Systemy ze zwielokrotnieniem falowymSystemy ze zwielokrotnieniem falowymDWDMDWDM

• I. Wprowadzenie

• II. Budowa systemów DWDM

• III. Elementy składowe systemu DWDM

• IV. Ograniczenia transmisji w systemach DWDM i sposób ich eliminacji lub minimalizacji

• V. Standaryzacja systemów DWDM

Ewolucja techniki WDM

Ewolucja techniki WDM lata 1996-2001

Cel 1000 kanałów

Rozwiązania

Budowa i zasada działania systemu WDMBudowa i zasada działania systemu WDM

Technika zwielokrotnienia długości fali polega na tym, że wiele kanałów optycznych może być transmitowanych jednocześnie na różnych długościach fali w tym samym włóknie światłowodowym. Pierwsze doniesienia o zastosowaniu tej techniki pochodzą z roku 1970. WDM: od 100 nm (13 THz) do 1 nm (130 GHz) DWDM: od 1 nm (130 GHz) do 0,1 nm (13 GHz) FDM: od 0,1 (13 GHz) do 0,01 nm (1,3 GHz) DFDM: poniżej 0,01 nm (1,3 GHz)

S e l e k t y w n y s y s t e m W D M

M U X D M U X

Dwukierunkowy system WDM

P i e r w s z a g e n e r a c j a s y s t e m ó w W D M ( a r c h i t e k t u r a t y p u p u n k t - p u n k t )

N 1

N 2

N n

O 1

O 2

O n

O M U X O D M U XW O

tor św ia tłowodowy

D r u g a g e n e r a c j a s y s te m ó w W D M ( a r c h i te k t u r a p i e rś c i e n io w a )

pierśc ień pierśc ień

O XC

O A D M

O A D MO A D M

O A D M

O A D M

Trzecia generacja systemów WDM (architektura pierścieniowo-kratowa)

pierśc ień

O A D M

O A D M

O XC

pierśc ień

pierśc ień

O A D M

O A D M

O A D M

O A D M

O XC

O XCO A D M

główny p ierśc ień

O A D M

O XC

Przewidywana archtektura optycznych sieci miejskich

Elementy składowe systemu DWDMElementy składowe systemu DWDM

I. Krotnice falowe (multipleksery i demultipleksery)

II. Krotnice transferowe (OADM)

III. Przełącznice optyczne (OXC)

IV. Wzmacniacze optyczne

Krotnice faloweKrotnice falowe

n

n

n

n

a) b)

1 ) F i l tr y o p ty c z n e ( in te r f e r e n c y jn e )

F i l tr y o p ty c z n e ( in te r f e r e n c y jn e ) są z b u d o w a n e z c ie n k ic h p r z e z r o c z y s ty c h p ły te k zn a n ie s io n y m i w a r s tw a m i d ie le k tr y c z n y m i.

B u d o w a p r z y kła d o w e g o f il tr u o p ty c z n e g o

3

F 1

F 2

2) Siatki dyfrakcyjne

Do rozdzielenia przestrzennego sygnałów o różnej długości fali wykorzystuje się elementywykazujące tak zwaną dyspersję kątową.Dyspersja kątową wykazuje np. pryzmat i odbiciowa siatka dyfrakcyjna,

Krotnica falowa z siatką dyfrakcyjną Littrowa

3) Układy fazowane wykonane w technice optyki zintegrowanej

Falowodowy układ fazowany zwany AWG (ang. Arrayed Waveguide Grating)

Główny element układu fazowego tworzą paskowe falowody planarne zakrzywione w łuki o różnych długościach. Ze względu na różne długości łuków światło o danej długości przechodząc przez układ doznaje różnych opóźnień fazowych w różnych falowodach. W rezultacie tego front fazowy na wyjściu układu jest zorientowany pod pewnym kątem zależnym od opóźnienia fazowego, które z kolei jest zależne od długości fali. Sygnał na danej długości fali trafia w określony punkt tj. falowód wyjściowy znajdujący się na wyjściu układu.

Główne zalety Główne wady

Filtry optyczne Duża odporność na zmiany

temperatury.

Dobre parametry optyczne tj. niski

poziom przesłuchu

międzykanałowego, niski poziom

tłumienia sygnału, mała wartość

tłumienia zależnego od polaryzacji.

Kosz urządzenia jest

proporcjonalny do liczby

kanałów.

Siatki dyfrakcyjne Bardzo dobra charakterystyka

filtracji.

Dobre parametry optyczne tj. niski

poziom przesłuchu

międzykanałowego, niski poziom

tłumienia sygnału.

Wymagana jest stabilizacja

temperaturowa.

Kosz urządzenia jest

proporcjonalny do liczby

kanałów.

Krotnice planarne Względnie niski poziom tłumienia

sygnału optycznego.

Małe rozmiary.

Możliwość integracji z innymi

urządzeniami wykonanymi w

technice planarnej.

Duża wartość tłumienia

zależnego od polaryzacji.

Wymagana jest stabilizacja

temperaturowa.

Słaba charakterystyka filtracji.

Problem ze sprzężeniem optyki

włóknistej (światłowody) z

planarną (falowody planarne).

Podstawowe parametry krotnic falowych

- zakres długości fali optycznej,

- odległość między kanałami,

- liczbę kanałów,

- tłumienie krotnicy,

- przesłuch międzykanałowy,

- reflektancję,

- tłumienie zależne od polaryzacji.

Parametry przykładowej krotnicy falowej przeznaczonej dla systemu DWDM 100 GHz

Jedn. WartośćLiczba kanałów 8 16

Środkowa długość fali nm III okno optyczne; siatka ITUPasmo nm 0,2

Płaskośćcharakterystyki

dB 0,5

Straty wtrąceniowe dB Typ 3,5 Max.4,5 Typ 5,5 Max. 6,5Przesłuch między

kanałamidB -25

PDL dB 0,15Tłumienie fali odbitej dB 45Stabilność termiczna

parametrówwidmowych

nm/ C 0,001

Stabilność termicznastrat wtrąceniowych

dB/ C 0,008

Parametry przykładowej krotnicy falowej przeznaczonej dla systemu CWDM

Jedn. WartośćLiczba kanałów 4 8

Środkowa długość fali nm 1470, 1490, 1510, 1530, 1550, 1570, 1590, 1610Pasmo nm 12

Płaskośćcharakterystyki

dB 0,5

Straty wtrąceniowe dB Typ 2,0 Max.3,5 Typ 3,5 Max. 4,5Przesłuch między

kanałamidB -30

PDL dB 0,15Tłumienie fali odbitej dB 40Stabilność termiczna

parametrówwidmowych

nm/ C 0,002

Stabilność termicznastrat wtrąceniowych

dB/ C 0,007

Krotnice transferoweKrotnice transferowe

Krotnice transferowe służą do odebrania w danym węźle sygnału o danej długości fali

przy jednoczesnym zastąpieniu go sygnałem własnym, który będzie dalej transitowany

w sieci.

Optyczne krotnice transferowe można podzielić na dwa rodzaje: urządzenia w których wybór przełączalnych długości fal jest stały (nieprzestrajalne) i urządzenia w których można zmieniać przełączane długości fali (przestrajalne).

B u d o w a p r z y k ł a d o w e g o O A D M

św ia tłow odow a odb ic iow asia tka B ragga

cyrku la to r cyrku la to r

1,...n 1,...,n

k k

k k

Parametry przykładowego OADM

Jedn. Wartość

Środkowa długość fali nm 1528-1640

siatka ITU

Odległość między

kanałami

GHz 100

Straty wtrąceniowe dB <1,5

Przesłuch związany z

wprowadzaniem kanału

dB <-15

Przesłuch związany z

wyprowadzaniem

kanału

dB <-25

Tłumienie fali odbitej dB >45

PDL dB <0,2

PMD dB <0,2

Przełącznice optycznePrzełącznice optyczne

Przełącznice optyczne pozwalają na realizację na poziomie optycznym procesu

rekonfiguracji sieci.

Przełączniki optyczne można podzielić na dwie kategorie: a) technologia planarna, b) technika prowadzenia strumienia światła się w wolnej przestrzeni. Mechanizm wykorzystywany w procesie przełączania: - zjawisko mechanooptyczne, - zjawisko elektrooptyczne, - termooptyczne.

Przełącznik termooptyczny-pęcherzykowy

Parametry przełącznika termooptycznego-pęcherzykowego 32x32

Jedn. Wartość

Zakres długości fali nm 1270-1650 Tłumienie dB 2,5-7,5

Przesłuch między kanałami

dB <-50

Czas przełączania ms <10

Przełącznik mechano-optyczny 2D MEMS (Micro-ElectroMechanical Systems)

Przełącznik mechano-optyczny 3DMEMS (Micro-ElectroMechanical Systems)

Parametry MEMS 32x32

Wartość Jedn.

2D 3D Tłumienie dB 12 6

Przesłuch między kanałami

dB <-70

PDL dB 0,11 Czas przełączania ms 10 20

Wzmacniacze optyczneWzmacniacze optyczne

I. Wzmacniacze optyczne domieszkowane pierwiastkami ziem rzadkichII. Wzmacniacze RamanaIII. Wzmacniacze półprzewodnikowe

Wzmacniacze optyczne domieszkowane Wzmacniacze optyczne domieszkowane pierwiastkami ziem rzadkichpierwiastkami ziem rzadkich

1. Budowa i zasada działania2. Parametry

Budowa i zasada działaniaBudowa i zasada działania

Wzmacniacze światłowodowe domieszkowane erbem znane pod skrótem EDFA (ang. Erbium

Doped Fiber Amplifier) są przeznaczone do pracy w tak zwanym trzecim oknie optycznym czyli w

rejonie długości fali równej 1550 nm. Proces wzmacniania sygnału w EDFA uzyskiwany jest w

skutek zachodzenia zjawiska emisji wymuszonej.

Budowa wzmacniacza EDFA

B u d o w a t r a k t u ś w i a t ł o w o d o w e g o z e z d a l n y m p o m p o w a n i e m ś w i a t ł o w o d u d o m i e s z k o w a n y m e r b e m

S S M

S M : E r+ 3

M

P

F ON O

S K

S y g n ał y w o ś r o d k u a k t y w n y m

ośrodek aktywnyP 0

P s=G P 0

P sz

P r z e jś c i a e n e r g e t y c z n e w e r b i e

p=980 nm

p=1480 nmpo

mp

ow

an

ie

po

mp

ow

an

ie

poziom podstawowy

em isja =1550 nm

poziom m etastab ilny

Pasmo przenoszenia wzmacniacza: od 30 nm do 50 nm (pasmo C: ok. 1530 nm do ok. 1565 nm).Moc pompy <300 mW

Charakterystyka widmowa wzmocnienia EDFA dla różnych mocy pomp ujących

1500 1510 1520 1530 1540 1550 1560 1570 15800

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50 Pp = 19 [dBm] Pp = 17 [dBm] Pp = 16 [dBm] Pp = 15 [dBm] Pp = 14 [dBm] Pp = 13 [dBm] Pp = 12 [dBm] Pp = 11 [dBm]

Pwej = - 42 [dBm]

Wzm

ocn

ienie

[dB

]

Długość fali [nm]

ParametryParametry

Podstawowe parametry wzmacniaczy optycznych:

1. Wzmocnienie

1.1. Skrośne nasycenie wzmocnienia

1.2. Płaskość charakterystyki wzmocnienia

1.3. Przechył i nachylenie charakterystyki wzmocnienia

2. Szumy

1) Wzmocnienie

Wzmocnienie wzmacniacza optycznego można określić jako stosunek:

we

wy

P

PG

.

1.1) Skrośne nasycenie w zm ocnienia

O kreślane jest jako w artość zm iany w zm ocnienia zachodzącego w określonym kanale podczasgdy w ejściow a m oc optyczna w innym kanale (lub innych kanałach) zostaje zm ieniona o pew ną,znaną w artość (w skrajnym przypadku kanał (lub kanały) optyczny m oże być w yłączona).

1531,0 1531,5 1532,0 1532,5 1533,0 1533,5 1534,0 1534,5 1535,0-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

4321

Moc

wyj

ścio

wa

[dB

m]

Długość fali [nm]

1.2) Płaskość charakterystyki wzmocnienia

Miarą płaskości charakterystyki wzmocnienia jest maksymalna wartości różnicy mocy

optycznej między wzmocnionymi sygnałami na wyjściu wzmacniacza, przy jednakowym

rozkładzie wejściowej mocy optycznej w poszczególnych kanałach.

1 .3 ) P r z e c h ył i n a c h y le n ie c h a r a k t e r y s ty k i w z m o c n ie n ia

P r z e c h ył c h a r a k te r y s ty k i d e f in io w a n y je s t ja k o s to s u n e k z m ia n y w a r to ś c i w z m o c n ie n ia d la

o k r eś lo n e j (b a d a n e j ) d łu g o ś c i fa l i d o z m ia n y w a r to ś c i w z m o c n ie n ia d la d łu g o ś c i fa l i p e łn ią c e j

r o lę p u n k t u o d n ie s ie n ia . N a c h y le n ie c h a r a k te r y s ty k i w z m o c n ie n ia o k r e ś la n e j e s t n a p o d s ta w ie

w a r toś c i w z m o c n ie n ia w y z n a c z o n e g o w d w ó c h p u n k ta c h o d d a lo n y c h o o d dłu g o ś c i fa l i

o d n ie s ie n ia 0 i w y r aż a s ię n a s tę p u ją c ą z a le ż n o ś c ią :

2

GG)(m 00

o ,

Wzmocnienie

Długość fali

Created using UNREGISTERED Top Draw 8/1/99 3:55:52 PM

2) Szumy

W obrębie obszaru wzmacniacza optycznego typu EDFA (to jest obszaru domieszkowanego jonamierbu) dochodzi do procesu emisji wymuszonej (co jest zjawiskiem pożądanym) i emisjispontanicznej (co jest zjawiskiem niepożądanym).

Przy pomiarach właściwości szumowych wzmacniaczy optycznych należy również pamiętać owpływie emisji spontanicznej źródeł światła - nadajników, zwanej dalej w skrócie SSE (ang. SourceSpontaneous Emission).

Podstawowe parametry wzmacniaczy EDFA

Wzmacniaczkońcowy

Wzmacniaczprzelotowy

Przedwzmacniacz

Wzmocnienie [dB] od 10 do 15 od 20 do 25 od 20 do 25Współczynnik szumu [ dB] od 6 do 8 6 5

Moc wyjściowa [ dBm] od 20 do 23 od 20 do 23 10

Dostępne są również wzmacniacze na zakres długości fal od ok. 1565 nm do ok. 1625 nm czyli

na tzw. pasmo L .

Wzmacniacze takie, zwane są w skrócie EBFA (ang. Extended Band Fiber Amplifier) lubEDFFA (ang. Erbium Doped Fluoride Fiber Amplifier) i występują jako osobne stopniewzmacniające.

Parametry przykładowego wzmacniacza EDFA

Jedn. WartośćZakres długości fali nm 1530-1560

Współczynnikszumu*

dB 4,5

Moc wyjściowa wnasyceniu*

dBm >17

Wzmocnieniemałosygnałowe**

dB >30

PDG dB <0,2PMD ps <0,5

Zasilanie W <8* moc wejściowa 0 dBm przy 1550 nm5 nm** moc wejściowa –30 dBm przy 1550 nm

Wzmacniacze RamanaWzmacniacze Ramana

Padająca fala świetlna zamieniana jest na falę o większej długości (fala Stokesa), falę o mniejszejdługości fali (fala anty Stokesa) i kwant energii drgań cząsteczki.

D o w z m o c n i e n i a s y g n ał u w y k o r z y s t u j e s i ę r ó w n i e ż n i e l i n i o w e z j a w i s k o w y m u s z o n e g or o z p r a s z a n i a R a m a n a .

D ługość fa li [nm ]

M oc optyczna

1460 1540

pom pa wzm ocn ien ie

Budowa wzmacniacza Ramana

Z a s t o s o w a n i e w z m a c n i a c z a R a m a n a

E D FA E D FA

pom pa pom pa

E D FA

m oc op tyczna efekty n ie lin iowe

szum

bez wzm ocnien ia R am anaze wzm ocnien iem R am ana

Parametry przykładowego wzmacniacza Ramana

Jedn. Min. Typowe Max.Zakres pracy

Pasmo CPasmo L

nm15281570

15621605

Wzmocnieniedla G. 652,

G. 653, G. 655

dB 10 16

Płaskośćcharakterystyki

wzmocnienia

dB 1,0

Moc wyjściowa dBm -40 10

Moc pompy mW 600

PDG dB 0,5

Współczynnikszumu

DB -1,5

Porównanie wzmacniacza EDFA i Ramana

EDFA Raman Zakres pracy zależne od domieszkowania zależne od długości fali pompującej

Szerokość pasma wzmocnienia

ok. 48 nm ok. 48 nm

Wzmocnienie >20 dB zależne od koncentracji domieszek,

długości włókna i konfiguracji pompy

4-11 dB proporcjonalne do natężenia fali

pompującej Długość fali

pompy 980 nm i 1480 nm przesunięta o 100 nm w stronę fal

krótszych względem maksimum wzmocnienia

Wzmacniacze półprzewodnikoweWzmacniacze półprzewodnikowe

Typowe wartości podstawowych parametrów wzmacniacza półprzewodnikowego

WartośćZakres długości fali 1300 – 1600 nm

Wzmocnienie 20-30 dB3 dB pasmo wzmocnienia > 50 nm

Współczynnik szumu <10 dBZależność wzmocnienia

od polaryzacji< 0,2 dB

Zakres prądowy 0-300 mA

Parametry przykładowego wzmacniacza półprzewodnikowego

Jedn. Min. Typowa Max.Zakres długości fali nm. 1525-1565

Wzmocnienie dB 20 223 dB pasmo wzmocnienia nm 50 70

Długość fali przymaksymalnymwzmocnieniu

nm 1530

Współczynnik szumu dB 8 9PDG dB <1,0 1,5

Prąd zasilający mA 300

Porównanie wymagań na wzmacniacze w sieciach miejskich z parametrami dostępnychwzmacniaczy

Parametr Jed. Wzmocnieniew sieci miejskiej

EDFA dla siecidalekiego zasięgu

Metro EDFA SOA

Wzmocnienie dB 10-20 >20 10-20 10-20Moc wyjściowa dBm 10-15 >20 15 10Współczynnik

szumudB 6 <5 6 8

Zależnośćwzmocnienia

od polaryzacji

dB 0,5 0,1 0,3 1

Płaskośćcharakterystyki

wzmocnienia

dB 1 50-10* 5-10* 1

Pobór mocy W 5 30 3-7 5Wymóg

integralnościbudowyz innymi

elementami

wysoka niska niska wysoka

* wymagana poprawa parametru przez zastosowanie odpowiednich filtrów

Zjawiska ograniczające przepustowość systemu WDMZjawiska ograniczające przepustowość systemu WDM

• I.I. Przesłuch międzykanałowyPrzesłuch międzykanałowy

• II. Zjawiska nielinioweII. Zjawiska nieliniowe

• III. Ograniczone pasmo optyczneIII. Ograniczone pasmo optyczne

• IV. Dyspersja chromatyczna IV. Dyspersja chromatyczna

• V. Dyspersja polaryzacyjnaV. Dyspersja polaryzacyjna

Przesłuch międzykanałowyPrzesłuch międzykanałowy

Przesłuch międzykanałowy określa poziom mocy światła przechodzący do wyjściasąsiedniego kanału.

1. Przesłuch liniowyPrzyczyna: demultipleksery mające za zadanie wydzielenie poszczególnych długości faliprzepuszczają niewielką część mocy sąsiednich kanałów.

n

n

n

n

a ) b )

T r a n s m i t a n c j a w i d m o w a k r o t n i c y f a l o w e j

2 . P r z e sł u c h n i e l i n i o w yP r z y c z y n a : z j a w i s k o m i e s z a n i a c z t e r o f a l o w e g o .

f i j k = f i + f j - f k

ff1 f2 f3

f f

f113 f331

f221f223f332f112

f123,213 f132,312 f231,321

f1 f2 f3

fn fm

f331f221f223 f332f112

f123,213 f132,312 f231,321

f113

Z ależność efektyw ności zjaw iska od w artości dyspersji chrom atycznej

efektywność FW M [% ]

od leg³oœæ m iêdzy kana³¹ m i[G H z]

50 100

100

0

50

0

św ia tłowód z przesun ię tącharakterystyką dyspersji

św ia tłowód standardowy

Ilość produktów =0,5 (N 3-N 2)

L iczba kanałów

w ejściow ych

3 4 5 8 10 16 32

L iczba

produktów

m ieszania

czterofalow ego

9 24 50 224 450 1920 15872

S k u te k : z m n ie j s z e n ie w a r t oś c i s t o s u n k u p o z io m u s y g n a łu d o p o z io m u s z u m u ,z w ię k s z e n ie e le m e n t o w e j s t o p y b łę d ó w .

log(B E R )

Q

-40

-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

przesłuch

Przeciwdziałanie:

1. Przesłuch liniowy: większa selektywność w procesie filtracji sygnału.

2. Przesłuch nieliniowy:- nierównomierne rozmieszczenie kanałów,- zastosowanie włókien typu NZDSF (LEAF, Teralight, True Wave),- zastosowanie techniki zarządzania dyspersją,- zastosowanie techniki opartej na nadaniu sygnałom wejściowym odmiennejpolaryzacji.

Zjawiska nielinioweZjawiska nieliniowe

Przyczyną występowania w światłowodach optycznych efektów nieliniowych jest zjawiskonieliniowego załamania światła.Zależność współczynnika załamania światła od jego natężenia jest określana jako efektKerra:

n(,I)=n()+n2I

Efekty nieliniowe w światłowodzie występują wtedy, gdy jego długość jest większa od tzw.długości nieliniowej L NL:

0NL P

1L

gdzie =n2/Ask jest współczynnikiem nieliniowości (1 do 30 W -1 km-1).

Do podstawowych zjawisk nieliniowych występujących w światłowodach należy zaliczyć:

- samomodulację fazy (ang. SPM – Self Pase Modulation),

- skrośną modulację fazy (ang. XPM – Cross Phase Modulation),

- mieszanie czterofalowe (ang. FWM – Four Wave Mixing),

- wymuszone rozpraszanie nieelastyczne:

- rozpraszanie Ramana (ang. SRS – Stimulated Raman Scattering)

- rozpraszanie Brillouina (ang. SBS – Stimulated Brillouin

Scattering).

W y m u s z o n e r o z p r a s z a n ie R a m a n aP a d a ją c a fa la ś w ie t ln a z a m ie n ia n a je s t n a fa lę o w ię k s z e j d łu g o ś c i ( fa la S to k e s a ) , fa lę om n ie js z e j dłu g o ś c i fa l i ( fa la a n ty S to k e s a ) i k w a n t e n e r g ii d r g ań c z ą s te c z k i.

S z e r o k oś ć w id m a w z m o c n ie n ia R a m a n a - r zę d u k ilk u n a s tu T H z .W a r toś ć w s p ó łc z y n n ik a w z m o c n ie n ia - 7 1 0 -1 2 c m /W .P o z io m p r o g o w y w y s tą p ie n ia r o z p r a s z a n ia R a m a n a :

R

prp g

16I

kana ł 1

kana ł 2

0

1

1

0

0

1

1

0

kana ł 1

kana ł 2

b)

a)

W y m u s z o n e r o z p r a s z a n i e B r i l l o u i n aP a d a ją c a f a l a ś w i e t l n a z a m i e n i a n a j e s t n a f a l ę o w i ę k s z e j d ł u g o ś c i ( f a l a S t o k e s a ) i f o n o na k u s t y c z n y .

S z e r o k oś ć w i d m a w z m o c n i e n i a B r i l l o u i n a – r zę d u k i l k a d z i e s ię c i u M H z .W a r t oś ć w s p ó ł c z y n n i k a w z m o c n i e n i a - 6 1 0 - 9 c m / W .P o z i o m p r o g o w y w y s tą p i e n i a r o z p r a s z a n i a B r i l l o u i n a :

B

prp g

21I

S k u t e k :1 . R o z p r a s z a n i e R a m a n a :- w j e d n y c h k a n ał a c h n a s t ę p u j e z m n i e j s z e n i e p o z i o m u s y g n a ł u , a w i ę c i w a r t o ś c i s t o s u n k up o z i o m u s y g n ał u d o p o z i o m u s z u m u ( z w i ę k s z e n i e e l e m e n t o w e j s t o p y b ł ę d ó w ) , a w d r u g i c hw z m o c n i e n i e s y g n ał u p r o w a d z ą c e d o p o g o r s z e n i e o d b i o r u w o d b i o r n i k a c h z a u t o m a t y c z n ąk o n t r o lą w z m o c n i e n i a ,- s t r a t y m o c y s y g n ał u .

2 . R o z p r a s z a n i e B r i l l o u i n a :- s t r a t y m o c y s y g n ał u .- p o g o r s z e n i e s t o s u n k u s y g n ał u d o s z u m u .

Przeciwdziałanie:1. Rozpraszanie Ramana: zmniejszenie mocy optycznej w kanałach.

2. Rozpraszanie Brillouina: poszerzenie szerokości widmowej generowanego sygnału(bezpośrednia modulacja lasera)

Przy szerokości linii widmowej lasera mniejszej od 38 MHz moc progowa przy której wystąpi rozpraszanieBrillouina wynosi 20 mW; zwiększenie szerokości linii widmowej do 100 MHz podnosi wartość mocyprogowej do ok. 100 mW.

Ograniczone pasmo optyczneOgraniczone pasmo optyczne

0,1

1

1200 1400 1600 długość fa li [nm ]1000800

10

[dB /km ]

LCS

P a s m o O ( a n g . O r i g in a l ) : o k . 1 2 6 0 n m – 1 3 6 0 n mP a s m o E ( a n g . E x t e n d e d ) : o k . 1 3 6 0 n m – 1 4 6 0 n mP a s m o S ( a n g . S h o r t ) : o k . 1 4 6 0 n m – 1 5 3 0 n mP a s m o C ( a n g . C o n v e n t io n a l ) : o k . 1 5 3 0 n m – 1 5 6 5 n mP a s m o L ( a n g . L o n g ) : o k . 1 5 6 5 n m – 1 6 2 5 n mP a s m o U ( a n g . U l t r a - lo n g ) : o k . 1 6 2 5 n m – 1 6 7 5 n m

Ograniczone pasmo optyczne

Skutek: Brak możliwości zwiększenia liczby kanałów.

Przeciwdziałanie :1. Wykorzystanie pasma L.zalety: dodanie do istniejących systemów dodatkowo kilkudziesięciu kanałówwady: konieczność zastosowania nowego typu wzmacniacza optycznego, silne uwidocznienie sięzjawiska rozpraszania Ramana

2. Wykorzystanie pasma S.zalety: dodanie do istniejących systemów dodatkowo kilkudziesięciu kanałówwady: brak odpowiednich wzmacniaczy optycznych (wzmacniacz ramanowski, włóknadomieszkowane tulem ?), konieczność zastosowania nowych źródeł światła

3. Zastosowanie światłowodów typu AllWave (włókna bez piku OH na 1384 nm).zalety: rozszerzenie użytkowego zakresu długości fal o ok. 100 nmwady: instalacja nowej infrastruktury

4. Zmniejszenie odległości między kanałami.zalety: zwiększenie ilości kanałów w dostępnym paśmiewady: nasilenie się zjawiska FWM, zaostrzenie wymagań na parametry krotnic falowych i źródełświatła

Charakterystyka tłumienności w funkcji długości fali wybranych światłowodów

Dyspersja chromatycznaDyspersja chromatyczna

Przez dyspersję rozumiemy zależność parametrów pewnego ośrodka od częstotliwości (długościfali) światła.

dyspersja

chromatyczna

falow odow a

miedzymodow a

materiałow a

światłowódjednomodowy

światłowódwielomodowy

v 1

v 2

światłowód wielomodowyskokowy

światłowód jednomodowy

mod 1mod 2

impuls wejściowy impuls wyjściowy

d

d

LD

g1

g jest o p óźn ien iem g ru p ow y m , k tó re o kreśla o p óźn ien ie ja k ie d o zn a je o b w ied n ia fa li n a jed n ostko w y m

o d cin ku św ia tłow o d u , jes t dłu go śc ią fa li, L jest d łu g ością św ia tło w od u .

S k u tek : o g ra n iczen ie za s ięg u tra n sm isji.

S T M -1 6 S T M -6 4 S T M -2 5 6M a x . d y sp ersja [p s /n m ] 1 6 0 0 0 1 0 0 0 6 0

M a x . o d legło ść d la S M F [k m ] 9 4 0 5 9 3 ,7

O g ra n ic zen ie za k resu tra n sm isji (1 0 G b it/s ) sp o w o d o w a n y d y sp ersją ch ro m a ty c zn ą

D yspersja [ps/nm ]

O dległość [km ]200 400 600

400

600

800

200

1000

S M FN ZD S F

Przeciwdziałanie: 1. Kompensacja dyspersji: - włókna typu DCF i RDF (technika oparta na zarządzaniu dyspersją), - kompensatory oparte na siatce Bragga. 2. Zmniejszenie szerokości linii widmowej: - zewnętrzna modulacja, - technika odpowiednie kształtowanie impulsu prądu modulującego. 3. Transmisja solitonowa. 4. Konwersja modulacji częstotliwości na modulację amplitudy.

Charakterystyki dyspersyjne wybranych światłowodów

O g ó l n a z a s a d a k o m p e n s a c j i d y s p e r s j i c h r o m a t y c z n e j :

D 1 L 1 - D k L k = 0 , g d z i e D 1 i L 1 w s p ó ł c z y n n i k d y s p e r s j i c h r o m a t y c z n e j i d ł u g o ś ć ś w i a t ł o w o d u r o b o c z e g o , D k i L k w s p ó ł c z y n n i k d y s p e r s j i c h r o m a t y c z n e j i d ł u g o ś ć ś w i a t ł o w o d u k o m p e n s u j ą c e g o .

Dyspersja [ps/nm ]

O dległość [km ]200 400 600 800

400

600

800

200

1000

NZDSF

DCF

Przykład działania światłowodu kompensującego dyspersję

Przepływność 10 Gbit/sŚwiatłowód standardowy D=16ps/nmkm o długości 120 kmŚwiatłowód kompensujący dyspersję D=-80 ps/nmkm o długości 24 km

Wykres oczkowy na końcu światłowodu standardowego

Wykres oczkowy na końcu światłowodu kompensującego dyspersję

Dyspersja polaryzacyjnaDyspersja polaryzacyjna

Przyczyny, które prowadzą do różnicy w prędkości przemieszczania się modówpolaryzacyjnych, czyli do tak zwanej dwójłomności, mogą być wewnętrzne i zewnętrzne.

Do przyczyn wewnętrznych zaliczamy:- nieidealną symetrię osiową światłowodu (dwójłomność kształtu),- niesymetryczny rozkład współczynnika załamania (dwójłomność profilu),- występowanie naprężeń mechanicznych na granicy rdzenia i płaszcza (dwójłomnośćnaprężeń).

Do przyczyn zewnętrzne zaliczamy między innymi: zginanie, skręcanie, ściskanie włóknaoraz oddziaływanie pola elektrycznego, magnetycznego i temperatury.Przyczyny zewnętrzne wywołują tzw. dwójłomność indukowaną.

światłowód jednomodowy

impuls wejściowy impuls wyjściowy

czas czas

polaryzacja

D w ó j ł o m n o ś ć ś w i a t ł o w o d u i z w i ą z a n a z n i ą r ó ż n i c a p r ę d k o ś c i ( g r u p o w e j ) m o d ó w p o l a r y z a c y j n y c h p o w o d u j e w y s t ą p i e n i e d y s p e r s j i p o l a r y z a c y j n e j . R ó ż n i c a c z a s u p r o p a g a c j i m i ę d z y „ s z y b k i m ” m o d e m a m o d e m „ w o l n y m ” n a r a s t a p r o p o r c j o n a l n i e d o p i e r w i a s t k a k w a d r a t o w e g o z d ł u g o ś c i ś w i a t ł o w o d u . S k u t e k : o g r a n i c z e n i e z a s i ę g u t r a n s m i s j i .

Wpływ dyspersji polaryzacyjnej na jakość odbieranego sygnału Przepływność 10 Gbit/s Długość światłowodu standardowego 100 km Dyspersja polaryzacyjna 10 ps/km-1/2 i 50 ps/km-1/2 Dyspersja chromatyczna 0 ps/nmkm

Na wejściu światłowodu

Na wyjściu światłowodu o PMD=10 ps/km-1/2

Na wyjściu światłowodu o PMD=50 ps/km-1/2

P rze c iw d z ia ła n ie :

- w y b ó r m n ie jsz y c h p r z e p ły w n o śc i,

- z a stą p ie n ie o d c in k ó w św ia tło w o d ó w o d u ż e j w a r to śc i d y sp e r sji,

- z a sto so w a n ie k o m p e n sa c ji d y sp e r sji z u ż y c ie m d y n a m ic z n y c h u k ła d a c h o p a r ty c h n a k o n tr o le r a c h p o la r y z a c ji.

S c h e m a t k o m p e n sa to r a d y sp e r sji p o la r y z a c y jn e j

+45o -45o 0o +45o -45o 0o +45o -45o 0o

to Receiver

QPM-LN

Phase Control Algorithm

A B

Rozwój przepustowości sieci optycznych i jego ograniczenia

Zadanie Wynik Ograniczenia

światłowodu

Inne ograniczenia

Zwiększenie

przepływności w

kanale

10 Gbit/s Dyspersja

chromatyczna i

polaryzacyjna

Koszt i dostępność

odpowiednich

układów

elektronicznych

Rozszerzenie okna

1550 nm w stronę

dłuższych fal

Zwiększenie

tłumienność i

większa wrażliwość

na mikrozgięcia

Dobór materiałów

półprzewodnikowyc

h na źródła światła

Rozszerzenie okna

1550 nm w stronę

krótszych fal

Wzrost tłumienia

spowodowany

absorpcją jonów OH

Komercyjna

dostępność

odpowiednich

wzmacniaczy

Mniejsze odstępy

między kanałami

Efekty nieliniowe Stabilność długości

fali nadajnika,

krotnic falowych,

zarządzanie

dyspersją

Zwiększenie liczby

kanałów

Zastosowanie okna

1310 nm

Zwiększenie

tłumienia

Dostępność

odpowiednich

laserów i elementów

pasywnych

Elementy projektowania systemu DWDMElementy projektowania systemu DWDM

• I. Bilans mocy optycznej

• II. Ograniczenie dyspersyjne

• III. Symulacja pracy systemu DWDM

Bilans mocy optycznejBilans mocy optycznej

Dopuszczalne straty w systemie = moc nadawana – czułość odbioru

1. Architektura punkt-punkt2. Architektura pierścieniowa

Typowe wartości podstawowych parametrów elementów składowych sieci WDM

Skrót Opis Wartość Moc wyjściowa Czułość odbiorumon Straty wyjścia

monitorującego0,2 dB

con Straty połączeniarozłącznego

0,25 dB

spl Straty spawu 0,15 dBfib Straty światłowodu 0,25 dB/km

foadm Straty OADM(nierekonfigurowalnego)

2 dB

roadm Straty OADM(rekonfigurowalnego)

10 dB

T1x Moc wyjściowa nadajnikadla 2,5 Gbit/s

+3 dBm

T2x Moc wyjściowa nadajnikadla 10 Gbit/s

0 dBm

R1x Czułość diody odbiorczejprzy 2,5 Gbit/s

-23 dBm

R2x Czułość diody odbiorczejprzy 10 Gbit/s

-16 dBm

1 . A r c h i t e k t u r a p u n k t - p u n k t

panel panel

e lem entpołaczeniowy

elem entpołaczeniowy

Tx

św ia tłowód

wyjściem onitoru jące

R x

po łączen ie rozłączne

spaw

wzm acniaczoptyczny

M o d e r n i z a c j a s y s t e m u d o 1 0 G b i t / s

f i b = T 2 x + G - 8 c o n - 2 s p l - m o n - R 2 x - M2 0 , 5 d B = 0 + G - 2 - 0 , 3 — 0 , 2 - ( - 1 6 ) - 3 [ d B ]

G = 1 0 d B

2 . A r c h i t e k t u r a p i e rś c i e n i o w a

węze łwęze ł

węze ł węze ł

50 km

50 km

50 km

50 km

Wę z e ł s i e c i

panel

panel

e lem entpołaczeniowy

panel

e lem entpołaczeniowy

elem entpołaczeniowy

w zm acn iacz

O A D M

Bilans mocy dla systemu 10 Gbit/s

G=-(T2x-4fib-4nod-R2x-M)G=-(0-50-15,2-(-16)-3) [dB]

G=52,2 dB

Cztery wzmacniacze o wzmocnieniu na poziomie ok. 13 dB.

Ograniczenie dyspersyjneOgraniczenie dyspersyjne

1. Wyznaczanie dopuszczalnego poszerzenia impulsu

2. Wyznaczanie dopuszczalnej całkowitej wartości dyspersji linii

1 . W y z n a c z a n i e d o p u s z c z a l n e g o p o s z e r z e n i a i m p u l s u

Z a kł a d a s i ę , ż e d o p u s z c z a l n e p o s z e r z e n i e i m p u l s u o p t y c z n e g o w y n o s i 2 0 % j e g o c z a s u t r w a n i a :

22 TTweTwe2,1 T w e – c z a s t r w a n i a i m p u l s u w e jś c i o w e g o ( T w e = 1 / B , g d z i e B j e s t p r z e p ł y w n o ś c i ą ) ,Δ T = D L Δ ,D – w s p ół c z y n n i k d y s p e r s j i c h r o m a t y c z n e j ,L – dł u g o ś ć ś w i a t ł o w o d u ,Δ - s z e r o k oś ć l i n i i w i d m o w e j ź r ó d ł a ś w i a t ł a Δ = - Δ f 2 / c .

Δ T = 0 , 6 6 T w eL = 0 , 6 6 T w e / ( D Δ )

P r z y j m u ją c D = 2 0 p s / n m k m , Δ = 0 , 1 n m , T = 1 0 0 p s ( B = 1 0 G b i t / s ) o t r z y m u j e m y d o p u s z c z a l nądł u g o ś ć l i n i i ś w i a t ł o w o d o w e j :

L m a x = 3 3 k m

2. Wyznaczanie dopuszczalnej całkowitej wartości dyspersji linii

W oparciu o parametry optyczne systemów SDH podane w zaleceniu G. 957:Optical interfaces for equipments and systems relating to the synchronous digital hierarchy

Przykład:System 2,5 Gbit/s, kod klasy L-16.2L – linia SDH długa tj. o długości od 40 km do 60 km16 – STM-16 (2,5 Gbit/s)2 – światłowód G.652

Wartość współczynnika dyspersji światłowodu G.652 wynosi D=20 ps/nmkm.Wartość dyspersji całego toru optycznego systemu L-16.2 Dcal=1200ps/nm.Dopuszczalna długość światłowodu Lmax = Dcal/D.

Lmax=60 km

Symulacja pracy systemu WDMSymulacja pracy systemu WDM

1. Photonic Transmission Design Suite firmy VirtualPhotonics

(www.virtualphotonics.com)

2. LinkSim firmy RSoft (www. Rsoftinc.com)

3. OptSim firmyArtis software (www.artis-software.com)

4. OptiSystem firmy Optiwave (www.optiwave.com)

4-kanałowy system WDM

a) b63 – miernik mocy optycznej Optical power at b0063 Run(s): 1 Power [dBm] = -6.923 Power [mW] = 0.203E+00 b) spe_in – analizator widma optycznego

c) opt_spe_1 – analizator widma optycznego

d) spe_ch3 – analizator widma optycznego

e) spe_ch4 – analizator widma optycznego

f) ch3 – oscyloskop

g) ch4 – oscyloskop

Standaryzacja systemów DWDMStandaryzacja systemów DWDM

• I.I. Przegląd standardówPrzegląd standardów

• II. Wymagania na system DWDMII. Wymagania na system DWDM

Przegląd standardówPrzegląd standardów

1. International Telecommunication UnionITU-T Rec. G.692 (10/98) Optical interfaces for multichannel systems with optical amplifiers

2. European Telecommunications Standards InstituteETSI ES 201 791 V1.2.1 (2000-10) Transmission and Multiplexing (TM); Dense wavelength divisionmultiplexing devices; Common requirements and conformance testing

3. Telcordia TechnologiesGR-2918-CORE (10/1999) DWDM Network Transport Systems with Digital Tributaries for Use inMetropolitan Area Applications: Common Generic CriteriaGR-2998-CORE (1/2000) Generic Requirements for Wavelength Division Multiplexing (WDM)Element Management Systems (EMSs)GR-2999-CORE (1/2000) Generic Requirements for Wavelength Division Multiplexing (WDM)Network Management Systems (NMSs)

4. Zalecenia krajowe - TP S.A.Wstępne wymagania na systemy metropolitalne DWDMWymagania techniczno-eksploatacyjne na urządzenia DWDM 4, 8, 16, 24, 32, 40, 64 i 80 kanałowe

Metodologia badań systemów DWDMMetodologia badań systemów DWDM

• I. Przyrządy pomiarowe stosowane w testowaniu systemów optycznych

• II. Metody pomiarowe stosowane podczas badań odbiorczych i utrzymaniowych systemów DWDM

Przyrządy pomiarowe stosowane w testowaniu systemów Przyrządy pomiarowe stosowane w testowaniu systemów optycznychoptycznych

• I. I. Źródła światłaŹródła światła

• II. Miernik mocy optycznejII. Miernik mocy optycznej • III. Analizator widma optycznegoIII. Analizator widma optycznego

• IV. Miernik długości faliIV. Miernik długości fali

Źródła światłaŹródła światła

• 1. 1. Przestrajalne lasery półprzewodnikowePrzestrajalne lasery półprzewodnikowe

• 2. Źródła szerokopasmowe2. Źródła szerokopasmowe

1. Przestrajalne lasery półprzewodnikowe

Lasery przestrajalne z rozłożonym sprzężeniem zwrotnym DFB dwu i trójelektrodowe

Zakres przestrajania około 10 nm.

Laser przestrajalny z zewnętrzną wnęką i przestrajalną siatka

Zakres przestrajania około 50 nm.

Przestrajalny laser powinien charakteryzować się:- dużą dokładnością bezwzględną i powtarzalnością długości fali,- szeroki zakres przestrajania,- niski poziom emisji spontanicznej,- dużą szybkość przestrajania.

P a r a m e t r y p r z y kł a d o w e g o p ół p r z e w o d n i k o w e g o l a s e r a p r z e r s t r a j a l n e g o

P a r a m e t r O p i sZ a k r e s dł u g o ś c i f a l i o d 1 4 8 0 n m d o 1 5 8 0 n m

R o z d z i e l c z oś ć 0 , 0 0 1 n mB e z w z g lę d n a d o k ł a d n o ś ć

dł u g o ś c i f a l i

0 , 1 n m

W z g lę d n a d o k ł a d n o ś ć d ł u g o ś c if a l i

0 , 0 3 5 n m

S t o s u n e k s y g n ał u d o s z u m ue m i s j i s p o n t a n i c z n e j

> 5 0 d B

P o z i o m m o c y w y jś c i o w e j > 8 d B mS t a b i l n oś ć d ł u g o ś c i f a l i 0 , 8 p m / h

S z e r o k oś ć l i n i i w i d m o w e j 2 0 0 k H z

C h a r a k t e r y s t y k a w i d m o w a l a s e r a w z dł u ż n i e j e d n o m o d o w e g o

Długość fali [nm]

Moc optyczna [dBm]

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

1250 17501400 1450 1550 1600150013501300 1650 1700

sygnał

emisja spontaniczna

E m i s j a s p o n t a n i c z n a l a s e r ó w p o w o d u j e p r z e d e w s z y s t k i m o g r a n i c z e n i a w d o kł a d n o ś c iu z y s k i w a n y c h w y n i k ó w p o m i a r ó w ( n a s tę p u j e z m n i e j s z e n i e d y n a m i k i p o m i a r u ) .

C h a r a k t e r y s t y k a p r z e n o s z e n i a f i l t r u z u w z g lę d n i e n i e ms z u m u e m i s j i s p o n t a n i c z n e j i b e z j e g o u w z g lę d n i e n i a

D ługość fa li [nm ]

T łum ien ie [dB ]

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

1543 15531546 1547 1549 1550154815451544 1551 1552

pom iar bez uwzględn ien iaem isji spontan iczne j

pom iar z uwzględn ien iemem isji spontan iczne j

S p o s o b e m n a z m n i e j s z e n i e w pł y w u e m i s j i s p o n t a n i c z n e j j e s t z a s t o s o w a n i e o d p o w i e d n i e j f i l t r a c j iś w i a t ł a g e n e r o w a n e g o p r z e z l a s e r .

2 . Ź r ó d ł a s z e r o k o p a s m o w e

2 .1 . Ź r ó d ł o ś w i a t ł a b i a ł e g o - l a m p a w o l f r a m o w aL a m p a w o l f r a m o w a z a p e w n i a m oż l i w o ś ć u z y s k a n i a p ł a s k i e j c h a r a k t e r y s t y k i e m i s y j n e j wz a k r e s i e c ał e j p o d c z e r w i e n i .

W i d m o o p t y c z n e l a m p y w o l f r a m o w e j

Długość fa li [nm ]

M oc optyczna [dBm ]

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

1200 17001300 1400 1500 1600

W a dą t e g o ź r ó d ł a j e s t m a ł a g ę s t o ś ć w i d m o w a m o c y j e g o p r o m i e n i o w a n i a , p r z y j m u j ą c a w a r t o ś ćn a p o z i o m i e – 6 0 d B m / n m .

2 . 2 . D i o d a e l e k t r o l u m i n e s c e n c y j n aD i o d y t e p o z w a l a ją n a u z y s k a n i e w i ę k s z y c h g ę s t o ś c i w i d m o w y c h m o c y w p o r ó w n a n i u z eź r ó d ł a m i ś w i a t ł a b i a ł e g o . S z c z e g ó l n i e d u ż e g ę s t o ś c i z a p e w n i a t z w . k r a w ę d z i o w a d i o d ae l e k t r o l u m i n e s c e n c y j n a ( a n g . E E L E D – E d g e E m i t t i n g L E D ) .

W i d m o o p t y c z n e k r a wę d z i o w e j d i o d y L E D

D ługość fa li [nm ]

M oc op tyczna [dB m ]

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

1200 17001300 1400 1500 1600

T y p o w a gę s t o ś ć w i d m o w a m o c y w y n o s i – 3 0 d B m / n m ( p r z y s z e r o k oś c i w i d m o w e jn a p o z i o m i e 5 0 n m ) .

2 . 3 . Ź r ó d ł o A S EŹ r ó d ł o A S E j e s t w z m a c n i a c z e m t y p u E D F A w k t ó r y m e f e k t g e n e r a c j i s a m e j w z m o c n i o n e j e m i s j is p o n t a n i c z n e j j e s t u z y s k i w a n y p r z e z o p t y c z n e p o m p o w a n i e m p r z y b r a k u s y g n ał u n a w e j ś c i uw z m a c n i a c z a .C h a r a k t e r y z u ją s i ę o n e n a j w i ę k s z ą g ę s t o ś ć w i d m o w ą m o c y o p t y c z n e j .Z a l e tą ź r ó d e ł A S E j e s t r ó w n i e ż t o , ż e ś w i a t ł o p r z e z n i e e m i t o w a n e j e s t n i e s p o l a r y z o w a n e .

W i d m o o p t y c z n e ź r ó d ł a A S E

D ługość fa li [nm ]

M oc optyczna [dB m ]

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

1500 16001520 1540 1560 1560

Gę s t o ś ć w i d m o w a o s i ą g a w a r t o ś ć b l i s k ą – 1 0 d B m n / n m w z a k r e s i e o d 1 5 2 5 n m d o 1 5 6 5 n m .

Szerokopasmowe źródła światła

Parametr Lampawolframowa

Krawędziowadioda LED

Źródło ASE

Środkowadługość fali

- zależnie odskładu

materiału

1550 nm (wprzypadku

wykorzystaniaEDFA)

Szerokośćwidmowa

całapodczerwień

od 50 nm do100 nm

od 30 nm do40 nm

Szczytowa gęstośćwidmowa mocy

- 60 dBm/nm -25 dBm/nm -10 dBm/nm

Całkowita mocoptyczna

~1 W ~100 W od ~1 mW do10 mW

Stopieńspolaryzowania

emitowanegoświatła

0% od 20% do60%

<5%

Czułość naodbicia

żadna średnia mała

Miernik mocy optycznejMiernik mocy optycznej

Do detekcji sygnału optycznego elektryczny wykorzystuje się fotodiody (głównie typu PIN). Działanie fotodiod półprzewodnikowych opiera się na efekcie fotoelektrycznym wewnętrznym.

Absorpcja fotonów połączona z generacją par elektron-dziura

Zależność czułości fotodiody PIN od długości fali

Fotodiody pomiarowe powinny charakteryzować się:a) długoterminową stabilnością parametrów,b) zdolnością do liniowego przetwarzania dużych mocy,c) małym prądem ciemnym,d) dużą jednorodnością czułości na całej powierzchni.

S c h e m a t b l o k o w y m i e r n i k a m o c y p r o m i e n i o w a n i a o p t y c z n e g o

fotodiodawzm acniacz

logarytm ującyprzetwornik

A /Cukład korekcji wyświetlacz

układkom pensacji

prądu ciem nego

Podstawowe parametry miernika mocy optycznej:

a) zakres długości fali: (dla fotodiody wykonanej z InGaAs od 800 nm do 1700 nm),b) zakres mierzonej mocy ( od +10 dBm do –90 dBm),c) nieliniowość. Nieliniowość miernika mocy optycznej jest wynikiem występowania nieliniowościfotodetektora oraz nieliniowości wprowadzanej przez część elektroniczną urządzenia np. przeznieliniowość wzmacniacza (od 0,015 dB do 0,05 dB tj. od 30 pW do 50 pW).

Kalibracja miernika mocy optycznej

Przez pojęcie kalibracji (wzorcowania) rozumiemy: zespół operacji, które ustanawiają, w

określonych warunkach, związek między wartościami wskazanymi przez przyrząd pomiarowy a

odpowiadającymi im znanymi wartościami wielkości mierzonej.

Mierniki mocy optycznej są zazwyczaj kalibrowane przez porównanie ich ze wzorcem o większej

dokładności (miernikiem wzorcowym).

W kalibracji mierników mocy optycznej używane są głównie albo laserowe półprzewodnikowe,

albo kombinacje źródeł światła białego (tzw. źródło „ białe") i filtrów wąskopasmowych.

Można rozróżnić sekwencyjne i równoległe metody pomiaru.

Gdy miernik wzorcowy i miernik testowany są naświetlane źródłem sekwencyjnie, wtedy zaleca

się aby moc emitowana była utrzymywana na tak stałym poziomie, jak to tylko możliwe, na

przykład przez odpowiednią stabilizację.

W kalibracji typu równoległego, do wytworzenia dwóch wiązek, które jednocześnie pobudzają

zarówno miernik wzorcowy, jak i miernik testowany, używany jest dzielnik. W tym przypadku

zaleca się, aby stosunek podziału dzielnika był określony tak dokładnie, jak to jest tylko możliwe,

oraz zalecane jest, aby była sprawdzona jego stabilność.

Z e s t a w p o m i a r o w y d o k a l i b r a c j i s e k w e n c y j n e j

źródłoświatła

elem entpobudzający

testowanym iernik

m ocy optycznej

wzorcowym iernik

m ocy optycznej

światłowód światłowód

J a k o d b i o r n i k w z o r c o w y m o c y o p t y c z n e j ( w z o r z e c p i e r w o t n y j e d n o s t k i m o c y o p t y c z n e j ) s t o s u j e

s ię r a d i o m e t r k r i o g e n i c z n y .

Analizator widma optycznegoAnalizator widma optycznego

Analizator widma składa się z dwóch podstawowych części: przestrajalnego filtru optycznego zwanego monochromatorem

i miernika mocy optycznej.

K o n s t r u k c j a C z e r n y e g o - T u r n e r a

siatka

zwierciadło

zwierciadło

szczelina wejściowa

szczelina wyjściowa

K o n s t r u k c j a L i t t r o w a

siatka

źródło światła

pryzmat

soczewka

fotodetektor

soczewka

Podstawowe parametry analizatora widma optycznego:

1. Zdolność rozdzielcza definiowana jest jako zdolność przyrządu do rozdzielania dwóch bliskoleżących względem siebie linii widmowych.Typowe wartości: 0,1 – 0,2 – 0,5 – 1 - ... 10 –20 nm.Zalecana wartość w przypadku badania diod elektroluminescencyjnych 1 nm,laserów wzdłużnie wielomodowych 0,2 nm, laserów wzdłużnie jednomodowych 0,1 nm.

2. Zakres pomiaru określa przedział w którym możliwe jest przeprowadzenie analizy odbieranegosygnału optycznego.Typowe wartości: od 600 nm do 1700 nm, od 1200 nm do 1700 nm.Zalecana wartość w przypadku badania diod elektroluminescencyjnych 200 nm, w przypadkulaserów 50 nm.

3. Czułość analizatora widma optycznego to najmniejsza wartość mocy sygnału optycznego, którą jestw stanie przyrząd zmierzyć.Typowa wartość: ok. –90 dBm.

4. Dokładność pomiaru analizatora widma optycznego określana jest jako zdolność przyrządu dodokładnego i prawidłowego wskazania mierzonej długości fali.Typowa wartość: ok. 0,02 nm.

5. Zakres dynamiki pomiaru odnosi się do możliwości pomiaru sygnału w szerokim zakresie jegowartości; jest on definiowany jako stosunek największej wartości mierzonego sygnału do jegonajmniejszej wartości przy danej zdolności rozdzielczej.Typowa wartość: od 55 dB do 85 dB.

Kalibracja analizatora widma optycznego

1. Kalibracja na drodze porównania wskazań urządzenia ze znaną wartością długością fali

odbieranego sygnału optycznego.

Stosowane podczas kalibracji analizatora wzorcowe źródła światła i ich długości fali

Źródło światła Długość fali [ nm]

Laser gazowy He-Ne 632,990762

Laser gazowy He-Ne 730,680511

Laser gazowy He-Ne 1152,5905013

Laser gazowy He-Ne 1523,4876119

Laser półprzewodnikowy DFB 800-1600

Kalibracja z zastosowaniem wzorcowego źródła światła pozwala na bardzo dokładną kalibrację

analizatora widma ale dla pojedynczego punktu (długości fali).

2 . M etoda ka libracji p o legająca n a porów n an iu w skazań m iern ika d ługości fa li, k tóre sątraktow an e jako w ska zan ia w zorcow e, ze w skazan iam i ka lib row anego an a liza tora w id m aop tyczn ego .

S ch em a t zestaw u p om iarow ego stosow an ego p odczas k a lib racji an a liza tora w idm a op tyczn egoz zastosow an iem w zorcow ego źród ła św iatła

m iernikdługości fali

źródłoświatła

analizator widm aoptycznego

3 . K a l i b r a c j a z w y k o r z y s t a n i e m w z o r c a a b s o r p c y j n e g o

S c h e m a t z e s t a w u p o m i a r o w e g o s t o s o w a n e g o p o d c z a s k a l i b r a c j i a n a l i z a t o r a w i d m a o p t y c z n e g o zw y k o r z y s t a n i e m w z o r c a a b s o r p c y j n e g o

kom oraz gazem

absorpcyjnym

analizator w idm aoptycznego

źródłoświatła

Ź r ó d ł o ś w i a t ł a t o s z e r o k o p a s m o w a d i o d a e l e k t r o l u m i n e s c e n c y j n a .

Dla zakresu trzeciego okna optycznego wykorzystuje się jako wzorzec absorpcyjny acetylen(C2H2) lub cyjanowodór (HCN).

Linie absorpcyjne acetylenu

Miernik długości faliMiernik długości fali

Do pomiaru długości fali światła wykorzystywane są następujące metody:

- metoda filtrowania widma optycznego za pomocą filtrów siatkowych lub filtru Fabry-Perot,

- metoda zliczania prążków interferencyjnych,

- metoda wykorzystująca dyskryminator długości fali.

Najpopularniejszą metodą stosowaną w miernikach długości fali jest metoda zliczania prążków interferencyjnych.

B u d o w a m i e r n i k a dł u g o ś c i f a l i

badaneźród ło św ia tła

fo todetek tor

soczew ka

rozdzie lacz w iązk i św ia tła(p łytka pó łprzepuszcza lna)

zw ierc iad ło s ta łe

zw ierc iad ło ruchom e

kierunek zm iany połóżenia zwierciadła

rozdzie lacz w iązk i św ia tła(p łytka pó łprzepuszcza lna)

soczew kazw ierc iad ło s ta łe

w zorcow eźród ło św ia tła

badana w iązka św ia tła

w iązka św ia tła odn iesien ia

N a p o d s t a w i e o b r a z u i n t e r f e r e n c y j n e g o o k r eś l a m y d ł u g o ś ć b a d a n e j f a l i

obad K

N

Podstawowe parametry miernika długości fali:

1. Zakres pomiarowy.Typowe wartości: od 700 nm do 1650 nm, od 1270 nm do 1650 nm.

2. Dokładność pomiaru. W przypadku miernika długości fali dokładność pomiaru długości falipodaje się zwykle w ppm (część milionowa).Typowa wartość: 3 ppm (0,005 nm dla 1550 nm i 0,004 nm dla 1310 nm).

3. W przypadku gdy dokonywana jest w mierniku długości fali analiza widmowa sygnałubardzo ważnym parametrem jest dokładność wyznaczenia poziomu mocy optycznej.Typowa wartość: 0,5 dB w przedziale długości fali 1310 30 nm i 155030 nm.

Miernik długości fali jest kalibrowany za pomocą wzorcowego źródła światła.

Pomiary światłowodówPomiary światłowodów

1. Pomiary tłumienia2. Pomiary dyspersji chromatycznej3. Pomiary dyspersji polaryzacyjnej

1 . P o m i a r tł u m i e n i a

M e t o d y p o m i a r u tł u m i e n i a :- m e t o d a d w u p u n k t o w a ,- m e t o d a w t rą c e n i a ,- m e t o d a w y k o r z y s t u ją c a r e f l e k t o m e t r ś w i a t ł o w o d o w y .

S c h e m a t u kł a d u p o m i a r o w e g o s t o s o w a n e g o w m e t o d z i e d w u p u n k t o w e j

ź r ó d ł oś w i a t ł a

p u ł a p k am o d ó w

p ł a s z c z o w y c h

b a d a n yś w i a t ł o w ó d

f o t o o d b i o r n i kp u ł a p k a

m o d ó wp ł a s z c z o w y c h

R e f l e k t o m e t r ś w i a t ł o w o d o w yR e f l e k t o m e t r ś w i a t ł o w o d o w y ( z a n g . O T D R - O p t i c a l T i m e D o m a i n R e f l e c t o m e t e r ) j e s tp o d s t a w o w y m u r zą d z e n i e m p o m i a r o w y m w y k o r z y s t y w a n y m d o o k r e ś l e n i a j a k o ś c iz a i n s t a l o w a n y c h l i n i i ś w i a t ł o w o d o w y c h .

M e t o d a p o m i a r u l i n i i ś w i a t ł o w o d o w y c h o p a r t a n a r e f l e k t o m e t r z e w y k o r z y s t u j e z j a w i s k or o z p r o s z e n i a ś w i a t ł a ( t a k z w a n e g o r o z p r a s z a n i a R a y l e i g h a ) z a c h o d zą c e g o n a c z ą s t e c z k a c hs z kł a z k t ó r e g o w y k o n a n y j e s t ś w i a t ł o w ó d .

Z a s a d a d z i ał a n i a r e f l e k t o m e t r u ś w i a t ł o w o d o w e g o

część nadawcza

część odbiorcza

sprzęgaczbadany światłowód

rozproszenieświatła

kierunek propagacjiświatła

Budowa reflektometru światłowodowego

A

C

sprzęgaczlaser

fotodioda

generator

wyświetlacz logarytmiczny integrator cyfrowy

wzmacniacze przetwornik A/C

badany światłowód

złącze

Echogram

Parametry reflektometrów światłowodowego:

1. Długość fali przy której reflektometr pracuje: 1310 nm, 1550 nm i 1625 nm

2. Rodzaj badanego światłowodu: wkładki wielomodowe i jednomodowe

3. Szerokość wysyłanych impulsów światła: od 10 ns do 20000 ns

4. Długości mierzonej linii światłowodowej: na odległość przekraczającą 200 km.

5. Rozdzielczość:Rozdzielczość odczytu tłumienia wynosi zwykle 0,01 dB.Rozdzielczość odległości, tj. pojedynczego punktu i dwóch punktów.Możemy wykonać pomiar od 5000 do 32000 punktów, co daje rozdzielczość odległości od 5 cm do800 m.

6. Dynamika pomiaru:Parametr ten określa odstęp między wartością najwyższego i najniższego sygnału, który możezostać przez przyrząd zmierzony. Zwykle od 20 dB do 45 dB.

7. Liniowość:Liniowość określa błąd, jaki może się pojawić przy pomiarze. Reflektometry mają liniowośćwynoszącą zwykle około 0,05 dB.

Połączenie rozłączne (złącze)

Połączenie spawane

Przykładowa tabela zdarzeń tworzona przez reflektometr

No Position (km)1)

Type2) Splice

(dB)3)R.Loss

(dB)4)dB/km

5)

T.loss

(dB)6)

01 25.28659 0.708 50.903 0.340 8.603

02 45.02047 0.481 **.*** 0.328 15.784

03 50.35824 0.666 33.415 0.337 18.071

04 56.81167 END 14.473 0.330 20.853

1) odległość od początku światłowodu,2) rodzaj zdarzenia w linii światłowodowe,3) straty (tłumienie) wnoszone przez połączenie,4) poziom odbicia światła,5) tłumienie na jednostkę długości (tłumienność),6) straty całkowite; opisujące straty od początku światłowodu do miejsca określonego wkolumnie Position.

a) złącze mechaniczne, b) połączenie spawane, c) złącze typu PC, d) złącze super typuPC, e) złącze z przerwą powietrzną; MM – światłowód wielomodowy, SM – światłowódjednomodowy

R e f l e k t o m e t r B r i l l o u i n aW o p t y c z n y m r e f l e k t o m e t r z e ( a n g . B O T D R – B r i l l o u i n O p t i c a l T i m e D o m a i n R e f l e c t o m e t e r )p o m i a r o p i e r a s ię n a w z b u d z e n i u i b a d a n i u s y g n a ł u p o c h o d z ą c e g o z n i e e l a s t y c z n e g o r o z p r o s z e n i aB r i l l o u i n a .

Z a s a d a d z i ał a n i a r e f l e k t o m e t r u B r i l l o u i n a

sprzęgaczbadany św iatłowód

źródłoświatła

fotodetektorsprzęgacz

heterodyna

im pulsy św iatła

fa la c iąg ła

f-fB1

f-fB2

2 . P o m ia r d y sp e rsji ch ro m a ty czn ej

1 ) M e to d a róż n icy c za su p ro p a g a c ji (a n g . d iffer e n tia l tim e d o m a in m e th o d )

d

1

2

1, 2,..., n

re flektom etrśw ia tłowodowy

badany św ia tłowód

2 ) M e t o d a w y k o r z y s t u ją c a m o d u l a c j ę z p r z e s u n i ę c i e m f a z y ( a n g . m o d u l a t i o n p h a s e - s h i f tm e t h o d )

U kł a d p o m i a r o w y s k ł a d a s i ę z w ą s k o p a s m o w e g o , p r z e s t r a j a l n e g o ź r ó d ł a ś w i a t ł a ( l a s e r a ) , ź r ó d ł as y g n ał u b e z p o ś r e d n i o m o d u l u j ą c e g o l a s e r , f o t o o d b i o r n i k a i m i e r n i k l u b k o m p a r a t o r a f a z y .

S c h e m a t u kł a d u p o m i a r o w e g o w y k o r z y s t y w a n e g o w m e t o d z i e w y k o r z y s t u j ą c e j m o d u l a c j ę z

p r z e s u n ię c i e m f a z y ( m o d u l a c j a b e z p o ś r e d n i a ź r ó d ł a ś w i a t ł a )

ź r ó d ł oś w i a t ł a

b a d a n yś w i a t ł o w ó d

f o t o o d b i o r n i k m i e r n i k f a z y

ź r ó d ł os y g n a ł u

m o d u l u ją c e g o

S c h e m a t u kł a d u p o m i a r o w e g o w m e t o d z i e w y k o r z y s t u j ą c e j m o d u l a c j ę z p r z e s u n i ę c i e m f a z y( m o d u l a c j a z e w nę t r z n a ś w i a t ł a )

źródłoświatła

m odulator(m odulacjaam plitudy)

badanyświatłowód

fotoodbiornik m iernk fazy

źródłosygnału

m odulującego

D o ś w i a t ł o w o d u w p r o w a d z a n y j e s t s y g n a ł o p t y c z n y z m o d u l a c j ą a m p l i t u d y ( s y g n a ł e m

m o d u l u ją c y m m o ż e b y ć n p . s y g n a ł s i n u s o i d a l n y ) .

P o p r z e jś c i u p r z e z ś w i a t ł o w ó d s y g n a ł o p t y c z n y j e s t o d b i e r a n y w f o t o d e t e k t o r z e , a j e g o f a z a j e s t

p o r ó w n y w a n a z f a zą s y g n a ł u m o d u l u j ą c e g o .

K o r z y s t a ją c z w y n i k ó w p o m i a r ó w u z y s k a n y c h d l a d w ó c h d ł u g o ś c i f a l i ( i o r a z

k ) m oż e m y

o k r eś l i ć z m i a n ę o p ó ź n i e n i e g r u p o w e d g ( w y r aż o n e w p s ) o d n o s zą c e s i ę d o r ó ż n i c y m i ę d z y

dł u g o ś c i a m i f a l i i -

k ( w y r aż o n e j w n m ) :

12

m

kig 10

f360

ddd

,

g d z i e f m j e s t c zę s t o t l i w o ś c i ą m o d u l a c j i f a l i n o ś n e j ( w y r a ż o n ą w H z ) , d i i d

k j e s t r óż n i c ą m i ę d z y

f a zą s y g n a ł u n a w y j ś c i u b a d a n e g o ś w i a t ł o w o d u a f a z ą s y g n a ł u m o d u l u j ą c e g o ( w y r a ż o n ą w

s t o p n i a c h ) o d p o w i e d n i o d l a p o m i a r u p r z e p r o w a d z o n e g o p r z y dł u g o ś c i f a l i i o r a z

k .

4 ) M e t o d a o p a r t a n a a n a l i z i e f u n k c j i p r z e n o s z e n i a ś w i a t ł o w o d u w d z i e d z i n i e c z ę s t o t l i w o ś c i( a n g . f r e q u e n c y t r a n s f e r f u n c t i o n m e t h o d )

S c h e m a t u kł a d u p o m i a r o w e g o w y k o r z y s t y w a n e g o w m e t o d z i e o p a r t e j n a a n a l i z i e f u n k c j ip r z e n o s z e n i a ś w i a t ł o w o d u w d z i e d z i n i e c z ę s t o t l i w o ś c i

ź r ó d ł oś w i a t ł a

b a d a n yś w i a t ł o w ó d

a n a l i z a t o r

D o b a d a n e g o ś w i a t ł o w o d u w p r o w a d z a n y j e s t s y g n a ł o p t y c z n y z m o d u l o w a n y a m p l i t u d o w os y g n ał e m o c z ę s t o t l i w o ś c i f m ; z w y k l e z z a k r e s u o d k i l k u d o k i l k u d z i e s ię c i u G H z .P o d w pł y w e m d z i a ł a n i a d y s p e r s j i c h r o m a t y c z n e j s k ł a d o w e s y g n a ł u t j . d w i e w s t ę g i b o c z n e ( s ą o n ez l o k a l i z o w a n e n a c zę s t o t l i w o ś c i a c h f m w o d n i e s i e n i u d o n oś n e j ) o r a z s a m a n o ś n a p o r u s z a j ą s i ę zr óż n y m i p r ę d k o ś c i a m i .

D o fo to o d b io r n ika d o cier a fa la św ie tln a , któ r e j w y p a d ko w a a m p litu d a z a le żn y o d fa z y w stęgb o c z n y c h . P rą d n a w y jśc iu fo to d e te k to r a w y n o si:

c4

DLcos

2m

2

,

g d z ie m = 2 f m , p rę d ko ść św ia tła w p ró ż n i.

A m p litu d a sy g n ału n a w y jśc iu fo to d e te k to r a p r zy jm u je w ar to ść zero g d y arg u m e n t w y ra że n ia

je st n ie p a rzy stą w ie lo kr o tn o ścią /2 (9 0 ).

W sp ółc zy n n ik d y sp e r sji m o ż n a p ow ią za ć z c zę sto tliw ośc ią o d p o w ia d a ją cą m in im a ln e j w a r to śc i

a m p litu d y za p o m o cą n a stę p u ją c e j za leż n o śc i:

2n,m

2 Lf

c2

1n

D

,

f m ,n je st c zę sto tliw o ścią p rz y k tó r e j w ystę p u je n -te m in im u m w p r z e b ieg u fu n kc ji p r z e n o sze n iaśw ia tło w o d u .

P r z y kł a d p r z e b i e g u f u n k c j i p r z e n o s z e n i a ś w i a t ł o w o d u w d z i e d z i n i e c z ę s t o t l i w o ś c i

amplituda [dB]

częstotliwość [GHz]

0

-10

-20

10

6 10 14

3. Pomiar dyspersji polaryzacyjnej

Metoda interferometryczna

Metoda interferometryczna oparta jest na analizie funkcji autokorelacji polaelektromagnetycznego na końcu badanego światłowodu w momencie wprowadzania doświatłowodu światła emitowanego przez źródło szerokopasmowe (diodę elektroluminescencyjnąlub źródło światła białego).

Metoda jest przeznaczona do pomiarów różnicowego opóźnienia grupowego w zadanymzakresie długości fali z przedziału od 60 nm do 80 nm.Pozwala na pomiar różnicowego opóźnienia grupowego w zakresie od 0,1 ps do 100 ps.

W metodzie interferometrycznej możliwe są różne rozwiązania układu pomiarowego.Do najczęściej stosowanych należy układ pomiarowy wykorzystujący interferometr Michelsonaoraz interferometr Macha-Zehdera.

U kła d p o m ia r o w y o p a r ty n a in te r fe r o m e tr z e M ic h e ls o n a z t z w . ś c ie ż k ą p o w ie tr z n ą

źród ło św ia tła

fo tode tekto r

soczewka

rozdzie lacz w iązki św ia tła(p łytka pó łp rzepuszcza lna)

zw ie rc iad ło sta łe

zw ie rc iad ło ruchom e

k ierunek zm iany połóżenia zw ierciadła

po la ryza tor

po la ryza tor

ana liza to r

po la ryza tor

badany św ia tłow ód

soczewka

M e t o d a i n t e r f e r o m e t r y c z n a s p r o w a d z a s ię d o a n a l i z y p o z i o m u m o c y o p t y c z n e j w z a l e ż n o ś c i o dp oł o ż e n i a z w i e r c i a d ł a r u c h o m e g o .

K r z y wą a u t o k o r e l a c j i ( s ł a b e s p r z ę ż e n i e m ię d z y m o d o w e )

m oc optyczna

czas

różn icoweopóźnien ie grupowe

różnicoweopóźnien ie grupowe

Ś r o d k o w y p i k - d ł u g o ś c i r a m i o n i n t e r f e r o m e t r u s ą j e d n a k o w e , b o c z n e p i k i p o j a w i a j ą s i ę g d y w

w y n i k u p r z e s u n ię c i a r u c h o m e g o z w i e r c i a d ł a w p r o w a d z o n e z o s t a n i e o p ó ź n i e n i e r ó w n e r ó ż n i c o w e m u

o p óź n i e n i u g r u p o w e m u b a d a n e g o ś w i a t ł o w o d u . R ó ż n i c o w e o p ó ź n i e n i e g r u p o w e j e s t r ó w n e :

c

k2r,g

,

g d z i e k j e s t o d l e gł o ś c i ą n a j a k ą z o s t a ł o p r z e s u n i ę t e z w i e r c i a d ł o r u c h o m e o d p o ł o ż e n i a w k t ó r y mo b i e d r o g i o p t y c z n e b ył y s o b i e r ó w n e , a c p r ę d k o ś c i ą ś w i a t ł a w p r ó ż n i .

K rzyw a autokow ariancji (silne sprzężen ie m ięd zym odow e )

m oc optyczna

czas

krzywa G aussa

Średniokw adratow e różn icow e opóźnien ie gru pow e :

4

3r,g ,

gdzie jest odchylen iem standardow ym ; lu b śred nie różn icow e opóźnien ie grupow e :

2r,g

Testowanie bierne - monitorowanie

• 1. Tor światłowodowy

• 2. Parametry sygnału optycznego

• 3. Wzmacniacz optyczny

1. Tor światłowodowy

Echogram

Zalecenie ITU-T G. 692 określa, że kanał nadzorczy powinien być ulokowany na długości fali:

- 151010 nm (198,51,4 THz),- 148010 nm,- 1310 nm,- 1625 nm.

Podstawowe urządzenie: reflektometr światłowodowy.

Pomiar tłumienia toru światłowodowego

Przebiegi A i B odpowiadają echogramom uzyskanym odpowiednio od początku i od końcatoru światłowodowego

Tłumienie fali odbitejPomiar tłumienia fali odbitej można przeprowadzić na dwa sposoby:- jako pojedynczy pomiar w całym paśmie zajmowanym przez system WDM,- jako kolejne osobne pomiary dla każdego z kanałów systemu.

Pomiar pojedynczy wykonuje się z zastosowaniem szerokopasmowe źródło światła obejmująceswym zakresem wszystkie długości fali stosowane w badanym systemie.Ze względu na to, że wartość tego parametru może ulegać zmianie dla różnych długości fali(kanałów) na skutek np. niedoskonałości siatki dyfrakcyjnej stosowanej w krotnicy falowej lubzłej jakości złączy, bardziej wartościowy okazuje się pomiar umożliwiający wyznaczenietłumienia fali odbitej dla każdego z kanałów.

Pomiar taki można przeprowadzić na dwa sposoby.Pierwszy sposób polega na wykorzystaniu przestrajalnego źródła światła i miernika mocy jakoodbiornika.Drugi sposób, wygodniejszy i szybszy od poprzedniego, polega na wykorzystaniuszerokopasmowego źródła światła i analizatora widma optycznego.

2. Parametry sygnału optycznego

Do najważniejszych parametrów, na które trzeba zwrócić szczególną uwagę należy zaliczyć:a) całkowitą moc optyczną w światłowodzie,b) poziom mocy optycznej w kanale,c) częstotliwość środkową (środkową długość fali) kanału,d) odległość między kanałami,e) odchylenie częstotliwości środkowej (środkowej długości fali) kanału,d) optyczny stosunek sygnału do szumu.

Ad.a)Parametr ten jest istotny ze względu na występowanie w światłowodzie zjawisk nieliniowych.

Ad.b)Parametr ten pozwala na wyznaczenie jednorodności rozkładu mocy w całym systemie.

Ad.c)Kanały muszą znajdować się w zakresie pracy wzmacniacza optycznego.

Ad.d)Zbyt mała odległość może doprowadzić do wystąpienia przesłuchu międzykanałowego.

Ad.e)Jak w Ad.d).Wielkość ta może ulegać zmianie pod wpływem takich zjawisk: jak migotanie (mówiąc inaczej chirp)źródła światła (lasera), odbicie transmitowanej fali, samomodulację fazy, efekty temperaturowe istarzeniowe.

A d .f )O p ty c z n y s to s u n e k s y g n ału d o sz u m u w d a n y m k a n a le sy s te m u z e z w ie lo k r o tn ie n ie mf a lo w y m o k r eś la z a le ż n o ś ć z a c h o d z ą c ą m ię d z y p o z io m e m m o c y o p ty c z n e j sy g n a łu ap o z io m e m s z u m u . Głó w n y m ź r ó d łe m s z u m u je s t s z u m A S E , k tó r y w y n ik a z p r a c yw z m a c n ia c z a o p ty c z n e g o .S z u m m a te n d e n c ję d o a k u m u la c j i w z d łu ż d r o g i t r a n s m is y jn e j , s z c z e g ó ln ie g d y w to r z eo p ty c z n y m z n a jd u je s ię w ie le w z m a c n ia c z y p r z e lo to w y c h . N a k ła d a n ie s ię n a s ie b iep r o c e s u tw o r z e n ia i w z m a c n ia n ia sz u m u o p ty c z n e g o o r a z p r o c e s u f i l t r a c j i s y g n ałuo p ty c z n e g o p o w o d u je , ż e w n ie k tó r y c h sy tu a c ja c h w y s tę p u ją p o w a ż n e p r o b le m zp r a w idło w ą in te r p r e ta c ją w a r to śc i o p ty c z n e g o s to s u n k u s y g n a łu d o s z u m u .

filtr

m oc optyczna

długość fa li

zm ierzony stosuneksygnału do szum u

rzeczywisty stosuneksygnału do szum u

-

S y s t e m W D M z z a z n a c z o n y m i p u n k t a m i m o n i t o r o w a n i a

N 1

N 2

N n

O 1

O 2

O n

O M U X W P

tor św ia tłowodowy

A B

G

W K

C D

P W O D M U X

E F

1. Pomiar w punkcie A: informacja na temat pracy nadajników światła i multipleksera.

2. Pomiar w punkcie B: informacja o pracy wzmacniacza końcowego i jego wpływie na sygnał WDM.

Na rysunku pokazano widmo czterokanałowego sygnału WDM na wyjściu wzmacniacza końcowego

wraz z kanałem nadzorczym o długości fali 1480 nm, który został dodany w stacji wzmacniacza

optycznego.

3. Pomiar w punkcie C: ocena wpływu odcinka traktu światłowodowego na wzmocniony

sygnał WDM; na rysunku wyraźnie widoczny jest wpływ tłumienia światłowodu na

propagujący się sygnał.

4. Pomiar w punkcie D: ocena pracy wzmacniacza przelotowego i jego wpływu na sygnał

optyczny. Na rysunku pokazano widmo sygnału WDM po kolejnym wzmocnieniu

dokonanym we wzmacniaczu przelotowym (widoczna kumulacja szumu ASE).

5. Pomiar w punkcie E: ocena wpływu odcinka traktu światłowodowego na wzmocniony

sygnał WDM.

6. Pomiar w punkcie F: informacja o pracy przedwzmacniacza i wpływie jego pracy na

sygnał WDM.

7. Pomiar w punkcie G: informacja na temat działania demutipleksera i ocena sygnału

optycznego docierającego do poszczególnych odbiorników.

3. Monitorowanie wzmacniacza optycznegoMonitorowanie wzmacniacza światłowodowego typu EDFA, pod kątem wartości jegowzmocnienia, może zostać przeprowadzone następującymi metodami:

- monitorowanie całkowitej mocy optycznej na wejściu i wyjściu wzmacniacza,- monitorowanie mocy optycznej w jednym kanale na wejściu i wyjściu wzmacniacza,- monitorowanie mocy optycznej we wszystkich kanałach na wejściu i wyjściuwzmacniacza,- monitorowanie sygnału pompy optycznej.

O g ó l n y s c h e m a t m o n i t o r o w a n i a ś w i a t ł o w o d o w e g o w z m a c n i a c z a o p t y c z n e g o t y p u E D F A

E D F A

R R

L P

w z m o c n i e n i e

m o cw y j ś c i o w a

m o cw e j ś c i o w a

m w

m s m s

m m w y p

m t p

k t pm p p

k p p k p

k a n a ł n a d z o r c z y

O S N Rp o m i a rO S N R

O z n a c z e n i a : O S N R - o p t y c z n y s t o s u n e k s y g n ał u d o s z u m u , R - o d b i o r n i k ,m m w y p - m o n i t o r o w a n i e m o c y w y jś c i o w e j p o m p y o p t y c z n e j , m s - m o n i t o r o w a n i e s y g n ał u ,L P - l a s e r p o m p u ją c y ( p o m p a o p t y c z n a ) , m t p - m o n i t o r o w a n i e t e m p e r a t u r y p o m p yo p t y c z n e j , m w - m o n i t o r o w a n i e w z m o c n i e n i a , m p p - m o n i t o r o w a n i e p rą d u z a s i l a j ą c e g op o m pę o p t y c z n ą , k t p - k o n t r o l a t e m p e r a t u r y p o m p y o p t y c z n e j , k p p - k o n t r o l a p rą d u p o m p yo p t y c z n e j , k p - k o n t r o l a p o m p y o p t y c z n e j .