Характеристики оптического оборудования

Центральная длина волны и спектральная полоса источника

Центральной длиной волны называется среднее значение длины волны, при котором достигается амплитуда источника света или относительно которого наблюдается снижение максимальной амплитуды до половинного значения. Спектральной шириной полосы называется разница в длинах волн, при которой достигается амплитуда источника света или между которыми наблюдается снижение максимальной амплитуды до половинного значения. Эти величины выражаются в нм. Обе величины измеряются для передатчика как в отсутствии модуляции, так и в режиме модуляции. Если измеряется цифровой передатчик, то он должен быть модулирован псевдослучайной битовой последовательностью (PRBS) длиной не менее 215 символов с точно определенной частотой повторения импульсов, шириной импульса и заданным коэффициентом затухания. Аналоговые передатчики должны быть модулированными, по крайней мере, одной несущей при фиксированном оптическом индексе модуляции. Используя оптический анализатор спектра, измеряют уровень мощности, соответствующий наибольшему значению спектральной мощности. Центральная длина волны вычисляется как среднее арифметическое крайних длин волн полосы, а спектральная ширина вычисляется как разность этих длин волн. Измеряют также неравномерность характеристики оптического передатчика и приемника в спектральной полосе в дБ.

Линейная полоса и частотное смещение одномодовых источников

Линейной полосой называется спектральная ширина полосы отдельной моды лазера. Она определяется как разница между теми ближайшими частотами, на которых наблюдается снижение максимальной амплитуды спектра источника до половинного значения. Частотное смещение вызвано частотной модуляцией интенсивности лазерного диода. Частотное смещение эффективно расширяет спектральную полосу частот лазера. Благодаря дисперсии волокна составляющие спектрального потока на различных скоростях способствуют образованию гармонического искажения передаваемого сигнала. Линейная полоса выражается в МГц/мА.

Полоса пропускания и время нарастания

Ширина полосы, как отдельного блока оборудования, так и системы передачи в целом, измеряется в герцах по уровню половинной мощности аналогового сигнала, т.е. по уровню, который на 3 дБ ниже максимального. Это значит, что в полосе пропускания данного блока или системы ни один сигнал не затухает сильнее, чем на 3 дБ по сравнению с сигналом наибольшей амплитуды, затухание которого минимально. Полоса активного оборудования определяется отдельно от волокна по параметру, называемому временем нарастания (rise time). Время нарастания определяется как время, необходимое для увеличения мгновенного значения амплитуды импульса от 10 до 90 процентов пикового значения амплитуды, и характеризует быстродействие активного оборудования. Следовательно, пропускная способность (или полоса пропускания) активного оборудования может быть определена по его амплитудно-частотной характеристике по уровню 3 дБ, либо рассчитана через время нарастания.

Измерение ширины полосы оптического волокна имеет свои особенности. Дело в том, что в общем случае полоса передачи, предоставляемая оптическим волокном, зависит от его длины, поскольку изменение длины волокна изменяет его оптические свойства, а также от уширения импульса. Уширение импульса происходит в волокне вследствие дисперсии. Величины уширения импульса и полосы пропускания оптического волокна связаны однозначной зависимостью — полоса пропускания является величиной, обратной уширению. Полосу пропускания волокна можно определить через параметр, называемый широко-полосностью, который показывает, какую ширину полосы имеет волокно длиной в 1 км (измеряется в МГц-км). Очевидно, чем больше расстояние передачи (длина волокна), тем меньше будет доступная для передачи полоса. В одномодовом волокне ширина полосы является линейной функцией от длины волокна. Например, одномодовое волокно, для которого широкополосность определена значением 250 МГц-км, при длине 5 км будет обеспечивать для передачи сигнала полосу, ширина которой составляет 50 МГц:

f = 250/5 = 50 МГц.

И наоборот, если хотим передать сигнал, полоса которого составляет 50 МГц, на расстояние 5 км, то должны взять волокно с параметром широкополосное 250 МГц-км:

f= 50-5 = 250 МГц-км.

В многомодовом волокне полоса передачи зависит от длины волокна нелинейно из-за дисперсии. Когда в волокне распространяется несколько мод, каждая из них ведет себя как относительно независимый канал передачи из-за статистической природы механизма многомодового распространения. Поэтому, полоса передачи определяется тем, насколько различаются времена распространения отдельных мод. Так, например, эффективная длина многомодового волокна длиной 5 км при полосе сигнала 50 МГц составляет 3,62 км. Эффективная длина волокна всегда меньше его действительной длины и, поэтому, для передачи сигнала с полосой 50 МГц на расстояние 5 км широкополосность волокна должна быть больше, чем 250 МГц-км.

Понятие уширения удобно использовать в цифровых системах для оценки искажений выходного импульсного сигнала. Если характеристики элементов системы даны в терминах уширения и времени нарастания At, можно вычислить общее уширение всей системы как среднеквадратическое значение отдельных ее элементов (квадратный корень из суммы квадратов времени нарастания передатчика, уширения импульса в волокне и времени нарастания приемника). Однако характеристики некоторых элементов системы производители определяют только в терминах полосы пропускания, не приводя значения времени нарастания и уширения импульса. Это гораздо удобнее с точки зрения проектирования оптической линии. В этом смысле оптическая система не отличается от обычной коаксиальной, где полосы пропускания всех элементов, включая усилители, ответвители и делители, должны удовлетворять требованиям к полосе системы в целом. Активное оборудование должно иметь ширину полосы, большую полосы пропускания волокна или, иначе говоря, время нарастания должно быть меньше уширения импульса на величину технологического запаса.

Оптическая мощность

На измерении оптической мощности базируются измерения следующих параметров оптической системы передачи:

• потери волокна, соединителей, мультиплексоров и оптических изоляторов;
• усиление оптических усилителей;
• направленность оптических разветвителей;
• развязка оптических изоляторов, мультиплексеров и оптических ответвителей.

Оптическая мощность измеряется в дБм.

Оптический коэффициент возвратных потерь

Для оптических систем также определяется коэффициент возвратных потерь. Отражение передаваемого света имеет место на границе двух различных диэлектрических материалов. Оптический коэффициент возвратных потерь -это коэффициент отражения, который является отношением падающей оптической мощности к отраженной оптической мощности, выраженным в дБ. Коэффициент возвратных потерь измеряется для всего оптического оборудования, а не только активного. Метод измерения описан в стандарте EN-50083. Если испытуемый прибор имеет более одного порта, то все другие порты, не задействованные в измерении, должны быть соединены с согласованными нагрузками, имеющими очень низкий коэффициент отражения.

Поляризация и поляризационная стабильность источника

Поляризация определяется как проекция электрического вектора на плоскость, перпендикулярную направлению распространения поляризационной световой волны. Поляризационная стабильность должна выражаться как логарифмическое отношение в дБ максимальной амплитуды к минимальной амплитуде на выходе прибора, когда поляризация на входе изменяется между 0 и 360 градусами.

Когерентное время и когерентная длина

Когерентным временем является время, которое необходимо свету для прохождения когерентной длины. Когерентное время находится как величина, обратная линейной полосе. Обе величины используются для определения фазовой стабильности источника света.

Выходная мощность насыщения оптического усилителя

Эта величина находится через измерение усредненной выходной оптической мощности тестового волокна, удаленный конец которого подключается к выходной оптической части насыщенного оптического усилителя. Выходная оптическая мощность насыщения выражается в дБм. При низких уровни выходной мощности наблюдается лучшая линейность характеристики, следовательно, при увеличении выходного уровня необходимо будет понизить усиление. Насыщенной выходной мощностью считается выходная мощность, которая ниже экстраполированной линейной величины на 3 дБ.

Чувствительность оптического приемника по напряжению

Это отношение приращения выходного напряжения к соответствующему приращению оптической мощности. Чувствительность по напряжению выражается в В/Вт.

Дальность действия

Современные источники излучения, в качестве которых используются оптические квантовые генераторы, позволяют получить узконаправленное и когерентное световое излучение, затухание которого в волокне, обеспечивающем высокую направленность луча, весьма мало. Кроме возможности передачи света на очень большие расстояния без усиления это позволяет детектировать световой сигнал в точке приема с меньшим количеством ошибок. Затухание и дисперсия сигнала в волокне определяет возможную дальность передачи. Таким образом, дальность действия приемопередающих устройств зависит от качества волокна, используемого в линии связи. Обычно те значения дальности передачи, которые приводят производители в спецификации своих оптических передатчиков, не учитывают характеристики различных типов волокна, а рассчитаны для волокна наивысшего качества. Бюджет активного оборудования должен превышать затухание в волокне на некоторую величину технологического запаса.