Устройство для измерения хроматической дисперсии одномодовых волоконных световодов

 

Сущность изобретения; устройство содержит опорный генератор синусоидального сигнала, генератор частот, N полупроводниковых лазеров, оптический переключатель и оптический соединитель, фотодетектор и фазометр. Опорный генератор синусоидального сигнала, вырабатывающий сигнал низкой частоты, соединен с генератором частот, который формирует сигнал высокой частоты. На одном из выходов генератора частот образуется сигнал суммарной частоты, который через оптический переключатель поочередно подается на (N-1J полупроводниковых лазеров. Сигнал высокой частоты модулирует излучение первого полупроводникового лазера, опорный оптический сигнал которого и измерительный сигнал одного из (N-1) полупроводниковых лазеров через оптический соединитель вводится в исследуемый одномодовый волоконный световод. С выхода исследуемого световода сигналы поступают на фотодетектор, на выходе которого образуется сигнал разностной частоты, который поступает на один из входов фазометра . На второй вход фазометра подается сигнал низкой частоты, вырабатываемый опорным генератором синусоидального сигнала . Хроматическая дисперсия определяется по измерению разности фаз этих сигналов. 1 ил. (Л С

союз соВетских социАлисти iFcKMx

РЕСПУБЛИК (я)ю G 01 N 21/41

ГОСУДАPСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

6 (21) 4856702/25 (22) 01.08.90 (46) 30.12.92, Бюл. N 48 (71) Минский радиотехнический институт (72) А,А, Марьенков, М,Л, Гринштейн и А.В.

Ивкович (56) Thevenas L., Pellaux I. — В Modulation

shift technique for dispersion measurements

in optical fibers using LEDS//Electronic

Letters. — 1987. — н.23, N. 20, р.1078 — 1079.

Tanaka S., Kitayama !. Measurement

accuracy of chromatic dispersion by the

modulation phase technique // l.of Lightwave

Techno l — 1984, LT-2, — р.1040 — 1044. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ХРОМАТИЧЕСКОЙ ДИСПЕРСИИ ОДНОМОДОВЫХ ВОЛОКОННЫХ СВЕТОВОДОВ (57) Сущность изобретения: устройство содержит опорный генератор синусоидального сигнала, генератор частот, N полупроводниковых лазеров, оптический переключатель и оптический соединитель, фотодетектор и фазометр. Опорный генератор синусоидального сигнала, вырабатываИзобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для контроля характеристик оптических кабелей.

Известны устройства для измерения хроматической дисперсии одномодовых волоконных световодов (ОВС), в основе которых лежит сравнение фазы синусоидального сигнала, прошедшего через исследуемый ОВС, с фазой опорного сигнала.

„„ЫЛÄÄ 1784879 А1 ющий сигнал низкой частоты, соединен с генератором частот, который формирует сигнал высокой частоты. На одном из выходов генератора частот образуется сигнал суммарной частоты, который через оптический переключатель поочередно подается на (N-1) полупроводниковых лазеров. Сигнал высокой частоты модулирует излучение первого полупроводникового лазера, опорный оптический сигнал которого и измерител ь н ы и си гнал одного из (N-1) полупроводниковых лазеров через оптический соединитель вводится в исследуемый одномодовый волоконный световод. С выхода исследуемого световода сигналы поступают на фотодетектор, на выходе которого образуется сигнал разностной частоты, который поступает на один из входов фазометра, На второй вход фазометра подается сигнал низкой частоты, вырабатываемый опорным генератором синусоидального сигнала. Хроматическая дисперсия определяется по измерению разности фаз этих сигналов, 1 ил, Одно из устройств для измерения хроматической дисперсии ОВ С содержит опорный генератор синусоидального сигнала, генератор частот, вырабатывающий сигналы с двумя различными модулирующими частотами (f>,f2) и их разностью, светодиод, акустооптический модулятор, монохроматор. фотодетектор и фазометр. Сигналом частоты f1, вырабатываемым генератором частот, модулируется оптическое излучение светодиода. После прохождения по OBC из1784879

25 фаэометра и существенно снижает точность 50 измерений. Кроме того, создание опорного

55 лучение вторично модулируется в акусто-оптическом модуляторе, куда от генератора . частот подается сигнал с частотой fz. Оптический сигнал на выходе акусто-оптическоIo модулятора имеет составляющую с разностной частотой. Сигнал раэностной частоты (f - f2) детектируется фотодиодом и поступает на вход фазометра, где он сравнивается по фазе с сигналом частоты (f< - fz), вырабатываемым генератором частот.

Недостатком этого устройства является низкая 1 очность измерения, т,к, в качестве источника излучения используется светодиод, а в модуляторе теряется значительная часть энергии сигнала, что приводит к уменьшению отношения сигнал/шум на выходе фотодиода и снижению точности измерения разности фаз, Кроме того, в этом устройстве используется внешний модулятор, что значительно усложняет его конструкцию. . Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является устройство для измерения хроматической дисперсии одномодовых волоконных световодов, содержащее опорный генератор синусоидального сигнала, N полупроводниковых лазеров с различными длинами волн, которые оптически связаны с оптическим переключателем, через, который сигналы от различных лазеров поступают в исследуемый световод. С выхода исследуемого OBC сигналы поступают в измерительный лавинный фотодиод и затем усиливаются. В устройстве создан также опорный канал, состоящий иэ опорного полупроводникового лазера, соединенного с опорным лавинным фотодиодом отрезком опорного волоконного световода, и усилителя. Дисперсия определяется по измерению разности фаз электрических сигналов с выхода измерительного фотодиода и опорного сигнала, с выхода опорного фотодиода.

Недостатком этого устройства является то. что задержка сигнала определяется по измерению фазы высокочастотного сигнала, что приводит к необходимости использования широкополосного приемника, уменьшает отношение сигнал/шум на входе канала значительно усложняет конструкцию устройства.

Целью изобретения являетс повышение точности измерения.

Указанная цель достигается тем, что устройство для измерения хроматической дисперсии ОВС, содержащее N полупроводниковых лазеров с различными дли; ами волн, один из которых является опорным, а

45 остальные оптически связаны с оптическим переключателем, опорный генератор синусоидального сигнала, лавинный фотодиод с усилителем, соединенный с первым входом фазометра, дополнительно снабжено генератором частот и оптическим соединителем, при этом выход опорного генератора синусоидального сигнала соединен с входом генератора частот, первый выход которого соединен с вторым входом фазометра, второй выход — с опорным полупроводниковым лазером, а третий выход — с остальными М-1 полупроводниковыми лазерами, выход опорного лазера оптически связан с первым входом оптического соединителя, второй вход которого оптически связан с выходом оптического переключателя.

На чертеже изображена структурная схема устройства для измерения хроматической дисперсии одномодовых волоконных световодов.

Устройство для измерения хроматической дисперсии ОВС (фиг.1) содержит опорный генератор синусоидального сигнала 1, генератор частот 2, опорный полупроводниковый лазер 3, (N-1) полупроводниковых лазеров 4 — 6, оптический переключатель 7, оптический соединитель 8, лавинный фотодиод с усилителем 10 и фазометр 11.

Выход опорного генератора синусоидального сигнала 1 соединен со входом генератора частот 2, первый выход которого соединен с вторым входом фазометра 11, второй выход — с опорным полупроводниковым лазером 3, а третий выход — с остальными N-1 полупроводниковыми лазерами 4 — 6, Излучение ППЛ 4 — 6 подается на входы оптического переключателя 7, объединяется вместе с излучением ППЛ 3 в оптическом соединителе 8 и поступает на вход исследуемого свето вода 9. В ыход исследуемого световода 9 соединен со входом лавинного фотодиода с усилителем 10, сигнал с выхода которого подается на первый вход фазометра 11, Устройство работает следующим образом. Опорный генератор синусоидального сигнала 1 вырабатывает сигнал, который служит опорным для генератора частот, который, в свою очередь, вырабатывает сигналы с частотами f1 (второй выход), fg (третий . выход), f<-f2 (первый выход). Сигнал частоты

f< модулирует излучение ППЛ 3, а сигнал частоты fz — излучение ППЛ 4-6.

Опорный оптический сигнал с выхода

ППЛ 3 и измерительный сигнал одного из

ППЛ 4-6 с помощью оптического переключателя 7 и оптического соединителя 8 вводятся в исследуемый ОВС 9. Вследствие воздействия хроматической дисперсии каж1784879

Ф вЂ” Ф> = Wg(T — т;).

Таким образом, видно, что при передаче сигнала по ОВС на высокой частоте, измерение разности фаэ осуществляется на низ10 кой частоте, и при этом разность задержек двух измерительных сигналов с различными длинами волн пропорциональна разности измеренных фаз, В предложенном устройстве точность

15 измерения хроматической дисперсии OBC выше, чем в прототипе.

В предложенном. устройстве по исследуемому OBC одновременно распространя ются два сигнала вида

P t(t) = Роз(1 + y1cos(W1(t - г1) + Ф1)) (1) 25 где Ро> и Pm — средние мощности сигналов с частотой модуляции f> и fz, соответственно; т — задержка опорного сигнала с частотой модуляции f< (с длиной волны ППЛ 3);

30 72 задержка измерительного сигнала с частотой модуляции fz (с длиной волны одного из ППЛ 4 — 6);

Ф и tIQ — начальные фазы опорного и измерительного сигнала, соответственно;

35 у> и у2 — глубина модуляции опорного и измерительного сигнала, соответственно;

M1 = 2%f1; N2 = 2 л f2.

Фаза сигнала, пришедшего на первый вход фазометра от генератора частот 45

U = iR = g PMR (3) где! — ток JlФД при коэффициенте усиления

М; — чувствительность ЛФД;

P — мощность излучения, падающего на

50 ЛФД (Р = Рф) + Р (т))

Коэффициентусиления ЛФД эависитот напряжения смешения и его можно определить по формуле

1/M = 1 - ((0см - U)/Unp)v, (4) где U

Unp — напряжение пробоя ЛФД; и — постоянная, зависящая от материаа, иэ которого изготовлен фотодиод.

Подставив выражение (4) в (3), получим

Фг= (W> - Wz)t+ Фо, Ф = 1г1 2 т1: ч1 = 1 t1 2т) дый сигнал в ОВС 9 испытывает задержку, зависящую от длины волны соответствующего ППЛ, С выхода исследуемого ОВС 9 измерительный и опорный сигналы поступают на лавинный фотодиод с усилителем 10. Поскольку лавин ный фотодиод имеет нелинейную зависимость тока от падающей мощности, на нагрузке лавинного фотодиода образуется сигнал разностной частоты

f1 — fz. Этот сигнал усиливается и подается на первый вход фаэометра. на второй вход которого подается сигнал с первого выхода генератора частот 2. Фазометр 11 измеряет разность фаз этих низкочастотных сигналов, С помощью оптического переключателя

7 к исследуемому ОВС 9 через оптический соединитель 8 последовательно подключаются различные ППЛ 4-6, что обеспечивает измерение задержек на различных длинах волн, из которых определяется хроматическая дисперсия.

В реальном устройстве могут быть использованы генератор частот, вырабатывающий сигналы с частотой f< = 50,01 МГц, fz

= 50 МГц и их разность (1 - fz) = 10 кГц, ППЛ с длинами волн 1230, 1280, 1310, 1360, 1500 и 1550 нм.

B качестве опорного может быть выбран ППЛ с длиной волны 1310 нм. Для измерения разности фаз может использоваться промышленный прибор Ф1-34.

Покажем, что разность фаз, измеренных фазометром, прямо пропорциональна разности задержек сигналов, распространяющихся по OBC.

Легко показать, что фаза сигнала низкой частоты пришедшего на второй вход фазометра, равна

Ф, = (W1 - W2)t - W1 T1 + W2 й. + (Ф - 42) где Ф о — начальная фаза сигнала генератора частот.

При поочередном подключении измерительных ППЛ. фазометр измеряет разность фаз (Ф вЂ” Ф ). Например, для двух разных ППЛ измеренные разности фаз равны

Разность измеренных значений прямо пропорциональна разности задержек на длинах волн этих ППЛ, P2(t) = Р02(1 + icos(Wz(t r2) + %)) (2) На лавинный фотодиод (ЛФД) приходит сигнал, который вызывает в цепи нагрузки

ЛФД напряжение.

1784879

0(1 - ((0см - U)/Опав)ч) = r)PR (5)

Из формулы (5) видно, что напряжение

U нелинейно зависит от падающей мощности Р. Поэтому, если оптический сигнал представляет собой сумму двух синусоидальных сигналов, то в спектре электрического сигнала U на нагрузке R будет присутствовать сигнал с разностной частотой.

Анализ уравнения (5) проводился при условии U «0,м, которое на практике обычно выполняется, После решения уравнения (5) получим зависимость U от P

U = UcM(-1 + ,/ !

2v(M - 1) (6)

Для определения амплитуды сигнала с разностной частотой необходимо подставить сумму выражений для мощности (1) и (2) в уравнение (6), выделить под знаком корня переменную составляющую сигнала, провести разложение в ряд по формуле 1+ x= 1 + x! 2 - x /8 и выделить из полученного выражения члены, содержащие сигнал с разностной частотой. В результате несложных преобразований была получена формула для амплитуды сигнала с разностной частотой

А1 = 2 1фчМ Ip(M — 1)R P01P02/Оси

Д

Амплитуда сигнала в прототипе равна

Аг = qRP0

Если О, =30 В, Po=0,1 мкВт, М=10, R = 10 кОм, tp 0,5 А/Вт, Р = 0,1 мкВт, ч = 2, 0,5, то отношение амплитуд в предложенном устройстве и в прототипе, равно

А1/А2 = 0,003

Видно, что по сравнению с прототипом, в предложенном устройстве имеется проигрыш по амплитуде применяемого сигнала.

Однако поскольку точность измерения хроматической дисперсии определяется точностью измерения разности фаз, которая, в свою очередь, зависит от отношения сигнал/шум на входе фазометра, рассмотрим отношение сигнал/шум в прототипе и в предложенном устройстве.

5 Известно, что отношение сигнал/шум на выходе приемника обратно пропорционально полосе пропускания приемника. Поскольку оптический приемник в предложенном устройстве должен быть на10 строен на низкую частоту f1 — f2, а в прототипе — на высокую частоту f2 и если считать, что добротность этих приемников одинакова, то отношение мощностей шумов этих приемников.

51/S2 = 2(11 12)

Видно, что мощность шума в приемнике предложенного устройства будет в М11-f2

20 раз меньше мощности шума s приемнике прототипа.

Если, например, f2 = 50 МГц, f1-f2 = 10 кГц, то отношение сигнал/шум в предложенном устройстве будет больше отноше25 ния сигнал/шум в прототипе в 15 раз (А1/S 1)/(Аг/S2) = 15

Поэтому в предложенном устройстве по

30 сравнению с прототипом точность измерения хроматической дисперсии выше, Формула изобретения

Устройство для измерения хроматической дисперсии одномодовых волоконных

35 световодов, содержащее N полупроводниковых лазеров с различными длинами волн, один из которых является опорным, а остальные оптически связаны с оптическим переключателем, опорный генератор сину40 соидального сигнала, лавинный фотодиод с усилителем, соединенный с первым входом фазометра, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерений, в устройство дополнительно введены генера45 тор частот и оптический соединитель, при этом выход опорного генератора синусоидального сигнала соединен с входом генератора частот, первый выход которого соединен с вторым входом фазометра, вто50 рой выход- с опорным полупроводниковым лазером, а третий выход — с остальными Й-1 полупроводниковыми лазерами, выход опорного лазера оптически связан с первым входом оптического соединителя, второй

55 вход которого оптически связан с выходом . оптического переключателя, 1784879

Составитель А.Ивкович

Редактор Т.Горячева Техред М.Моргентал Корректор М.Ткач

Заказ 4360 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4 5

Ф

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 101

Устройство для измерения хроматической дисперсии одномодовых волоконных световодов Устройство для измерения хроматической дисперсии одномодовых волоконных световодов Устройство для измерения хроматической дисперсии одномодовых волоконных световодов Устройство для измерения хроматической дисперсии одномодовых волоконных световодов Устройство для измерения хроматической дисперсии одномодовых волоконных световодов 

 

Похожие патенты:

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при точных угловых измерениях в атмосфере

Изобретение относится к измерительной технике и может быть применено для измерения показателя преломления жидкостей , при химико-биологических исследованиях , анализах горючего

Изобретение относится к методам определения характеристик вещества, а именно к измерению показателя преломления твердых и жидких веществ

Изобретение относится к измерительной технике и может быть применено для измерения показателя преломления жидкостей при химико-биологических исследованиях , анализах горючего

Изобретение относится к области оптического приборостроения, в частности к теневым методам исследования фазовых объектов

Изобретение относится к области технической физики и может использоваться для контроля концентрации глицерина в пищевой промышленности измерения влажности нефтепродуктов, хлопкового масла и показателей преломления и поглощения сред

Изобретение относится к медицине, в частности к лабораторному исследованию плазмы крови с целью диагностики степени тяжести синдрома эндогенной интоксикации (СЭИ) у детей с соматической, хирургической, инфекционной патологией, особенно в клиниках новорожденных и недоношенных

Изобретение относится к области контроля технологических параметров многокомпонентных растворов, а именно концентрации растворов

Изобретение относится к измерительной технике, а точнее к дистанционным измерениям, и может быть использовано при проектировании лазерных информационных систем и систем доставки лазерного излучения

Изобретение относится к измерению оптических характеристик веществ и может быть использовано для оптического детектирования вещественных компонентов

Изобретение относится к области аналитической техники, а именно к способам и средствам оценки детонационной стойкости автомобильных бензинов

Изобретение относится к области оптики, а именно к определению коэффициента нелинейности показателя преломления оптических сред

Изобретение относится к оптической диагностике пространственных динамических процессов, протекающих в прозрачных многофазных пористых и зернистых средах, и может быть использовано в химической и нефтяной промышленности, инженерной экологии

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при точных измерениях углов в атмосфере
Наверх