Метрология в ОТКС (Воронов)

1.Структура и параметры многомодовых и одномодовых оптических волокон. Основные технические характеристики волокон, в том числе зависимость затухания света в ОВ для разных длин волн. Рабочие длины волн современных ОТКС.

Общая структура оптического волокна выглядит следующим образом:

Сердцевина – светопередающая часть волокна, изготовляется либо из стекла, либо из пластика. Является оптическим каналом, по которому распространяется световое излучение;

Отражающая оболочка обеспечивает канали-

зацию светового излучения по сердцевине волокна; Защитный лак обеспечивает защиту от про-

никновения влаги и водорода; Защитная оболочка обеспечивает прочность волокна, поглощение ударов и дополнительную защиту волокна от воздействия окружающей среды.

Если диаметр сердцевины больше 10 мкм, то по волокну может одновременно распространяться несколько мод и такое волокно называется многомодовым. По стоимости многомодовые волокна являются более дешевыми, чем одномодовые, но и потери свет в них больше. Поэтому многомодовые волокна используют на расстояниях связи не более 10 километров. Одномодовые волокна используют на много больших расстояниях связи, в частности, для связи между городами, странами и континентами.

Сравнение характеристик одномодового и многомодового волокна

Зависимость коэффициента потерь α в волокнах от длины волны излучения λ в мкм имеет следующий вид

ренная в оптическом волокне в точках 1 и 2 отдаленных друг от друга на расстояние L

2.Принцип преобразования аналоговых сигналов в цифровые. Основные характеристики цифровых потоков DS0, Е1, E2, STM-1, STM-256.

Для того, чтобы преобразовать аналоговый сигнал в цифровой нужно выполнить три операции: дискретизация, квантование и кодирование.

Дискретизация – представление непрерывного аналогового сигнала последовательностью его отсчетов. Квантование – замена величин отсчетов сигнала ближайшим значением из набора фиксированных величин - уровней квантования.

Кодирование – это преобразование квантованного сигнала в последовательность кодовых слов.

DS0 – это основной цифровой стандарт канала с частотой, достаточной для передачи человеческого голоса. Скорость такого канала 64 кбит/с, а период импульсов 125 мкс. Плезиохронная цифровая иерархия (PDH) – это цифровой метод передачи данных, основанный на временном разделении канала и технологии представления сигнала с помощью импульсно-кодовой модуляции.

Здесь мультиплексирование выполняется по следующим правилам: первый мультиплексированный цифровой поток объединяет 30 абонентских линий плюс 2 служебные линии и, таким образом, содержит 32 канала. Этот поток называется потоком Е1 и его скорость равна 2048 кбит/с. Следующий поток объединяет 4 потока El плюс служебные каналы, называется потоком E2 и имеет скорость 8448 кбит/с. Таким же образом формируются потоки E3 и E4. Потоки со скоростями выше E4 формируются в более высокоскоростной системе связи, которая имеет название SDH.

Синхронная цифровая иерархия (SDH) — это цифровой метод передачи данных, основанный на синхронизации по времени передающего и принимающего устройств. В этой иерархии цифровые потоки имеют названия STM-1 (самый низкоскоростной поток со скоростью 155,2 Мбит/c), STM-4, STM-16, STM-64, STM-256 (40 Гбит/c).

3.Типовая структура однопролетной многоканальной ВОЛС и назначение отдельных элементов, образующих структуру ВОЛС. Пропускная способность линии и её связь с параметрами сигналов битовой последовательности.

1–Усилитель аналогового электрического сигнала; 2–АЦП; 3–Модулятор (модуляция по мощности, интенсивности); 4–Источник излучения. Обычно это светодиод или лазер с длиной волны излучения, соответствующей минимуму затухания используемого оптоволокна; 5–Фотодиод. Это приёмник оптиче-

ского излучения, который преобразует попавший на его фоточувствительную область свет

в электрический заряд. Основа действия фотодиодных элементов – внутренний фотоэффект; 6–ЦАП. (Принцип работы ЦАП заключается в суммировании аналоговых сигналов (ток или напряжение). Суммирование производится с коэффициентами, равными нулю или единице в зависимости от значения соответствующего разряда кода); 7–Усилитель аналогового электрического сигнала;

Пропускная способность – это наибольшая возможная в канале скорость передачи информации. Согласно теореме Шеннона ПС определяется следующей формулой:

= ∆ ∙ log2 (1 + ш) [бит/ ]

Любой канал имеет конечную полосу пропускания. В цифровом канале, то есть в канале с передачей импульсов, полоса пропускания связана с параметрами, характеризующих импульс, следующим образом: ∆ = 0,35/ ф, где ф – это длительность переднего фронта импульса (отсчитывается по уровню 0,9 амплитуду).

Из формулы следует логический вывод, что если фронт импульса будет увеличиваться, то импульс расшириться, а полоса пропускания канала ∆ уменьшится. А с уменьшением ∆ , уменьшится и пропускная способность.

4.Терминология, в том числе зарубежная, характеризующая различные виды потерь излучения в ОВ. Формулы, определяющие различные виды потерь. Измерение потерь излучения в ОВ методом обрыва

В оптических телекоммуникационных системах обычно регламентируются три вида потерь: вносимые потери (IL), возвратные потери (RL) и обратные потери (BL).

Вносимые потери — это потери, которые являются следствием несовершенства как самой конструкции соединителя, так и процесса сборки оптического шнура. Эти потери зависят от механической нестыковки, шероховатости на торце сердцевины; загрязнение участка между торцами волокон

(дБ) = 10 ∙ log( вых/ вх), где вых и вх – мощности излучения на входе и выходе соединителя, соответственно

Возвратные потери связаны с примесями, находящимися в сердцевине волокна. Участки примесей называются Рэлеевскими центрами. Они примерно равномерно распределены вдоль всего волокна и когда свет идёт (источник передаёт информацию) часть сигналов проходит беспрепятственно, другая часть наталкивается на эти Рэлеевские центры и отражается в разные стороны.

(дБ) = 10 ∙ log вх/ отр

Обратные потери напрямую связаны с отражением. Сильное обратное отражение от стыков соединителей при передаче по одномодовому волокну может взаимодействовать с активной средой одномодового лазерного диода и, в конечном итоге, приводить к ненужным дополнительным световым сигналам.

(дБ) = 10 ∙ log отр/ вх, где отр – это мощность отраженного излучения

Метод обрыва основан на сравнении значения мощности оптического излучения, измеренного на выходе длинного отрезка волокна, со значением мощности, измеренным на

выходе его короткого участка, образованного за счет обрыва волокна в начале измеряемого образца. При измерении необходимо обеспечить постоянство мощности, вводимой в

оптическое волокно измеряемого кабеля, и неизменность модового состава излучения. Метод применяют для измерения затухания оптических кабелей, не армированных оптическими соединителями.

1-Источник излучения; 2-Устройство ввода; 3-Смеситель мод; 4-Фильтр оболочечных мод; 5-Испытуемое волокно; 6-Приемник излучения; 7-Регистрирующее устройство.

Источником излучения может быть лазер или лампа накаливания. Смеситель мод обеспечивает стабилизацию мощности излучения различных мод и установление режима равновесного распределения их энергетики. Фильтр оболочечных мод позволяет дополнительно исключить влияние мод, распространяющихся по отражающей оболочке.

Затухания: ( ) = 10 ∙ log 1( ) , где 1 и 2 значение сигналов, соответствующих уровням

2( )

мощности на входе и выходе оптического кабеля; Коэффициент затуханий: ( ) = ( ) ,

2−1

где 2 – это длина испытуемого волокна; 1 – это длина короткого отрезка

5.Измерение потерь излучения в ОВ методом вносимых потерь. Условия использования данного метода. Факторы, влияющие на точность измерения потерь данным методом.

Метод основан на последовательном измерении мощности оптического излучения на выходе измеряемого волокна оптического кабеля и на выходе вспомогательного волокна, армированного оптическим соединителем.

1-Источник излучения; 2-Устройство ввода; 3-Смеситель мод;4-Вспомогательное ОВ; 5-Оптический разъемный соединитель; 6-Измеряемое ОВ; 7-Приемник излучения; 8 – Регистрирующее устройство.

Один конец измеряемого волокна оптического кабеля, заделанного в соединитель, сочленяют с соединителем на выходе вспомогательного волокна, второй - с соединителем, установленным на приемнике излучения. Сначала измеряет выходной уровень мощности на конце измеряемого ОВ. После его отсоединяют и сочленяют соединитель вспомогательного волокна с соединителем приемника излучения и регистрируют выходную мощность вспомогательного волокна. Оба измерения проводят не меньше 3-х раз.

Затухания: ( ) = 10 ∙ log 1( ) − ср; Коэффициент затуханий: ( ) = ( )/( 2)

2( )

где 1( ) и 2( ) значение сигналов, соответствующих уровням мощности на входе и выходе на выходе вспомогательного и измеряемого оптического кабеля; ср – среднее значение потерь в оптическом соединителе.

6.Измерение оптической мощности излучения, проходящего по ОВ. Устройства для измерения мощности излучения. Единицы мощности, используемые при оценке энергетических параметров излучения в ОВ. Типовые численные значения мощности излучения.

Мощность оптического излучения Р может измеряться в абсолютных единицах мощности (мВт, Вт, МВт) или в логарифмических единицах р (дБм).

Уровень мощности р связан с абсолютным значением мощности Р следующей формулой:

= 10 ∙ log ( мВт/1мВт) [дБм]

Типовые значения:

Для измерения мощности излучения используют специальные приборы - измерители оптической мощности (OPM) или оптические ваттметры

ФПУ (фотоприемник) преобразует мощность оптического излучения в электрический сигнал. Должен обладать малым уровнем шума и низким порогом реагирования; УФТ (усилитель фототока) имеет автоматически или вручную переклю-

чаемый коэффициент передачи для выбора диапазона измерения; ЛОГ (логарифматор) обеспечивает преобразование значений абсолютной мощности в логарифмические единицы; АД (его ставят на случай измерения максимальных значений мощности); ФНЧ (его ставят на случай измерения средних значений мощности); АЦП (пересчет полученного электрического сигнала в соответствии с характеристикой фотодиода в единицы измерений); УО (дисплей)

Основной характеристикой прибора является характеристика зависимости выходного сигнала фотодиода от мощности входного оптического сигнала на разных длинах волн

7.Модовая структура излучения в оптическом волокне. Межмодовая дисперсия и способы ее снижения. Другие виды дисперсии в ОВ и их влияние на цифровой поток.

Лучи в оптическом волокне отражаются от стенок под различными углами. Лучевые потоки при распространении группируются вдоль отпрядённых траекторий. Каждая такая группа имеет в поперечном сечении свое распределение интенсивности. Эти группы лучевых потоков и соответствующие им распределения интенсивности называются мо-

дами оптического волокна. Интенсивность моды в центре сердцевины имеет максимальное значение и монотонно спадает к краям волокна. При увеличении диаметра сердцевины, появляются моды высших порядков.

В ОВ разделяют три вида дисперсии: межмодовая, хроматическая (материальная, волноводная), поляризационная

1. Межмодовая дисперсия

Импульс основной моды проходит меньший путь, а импульсы лучевых потоков высших мод отражаясь от стенок волокна проходят больший путь. Так выходной импульс — это сумма всех, импульсы высших мод задерживаются и это привод к расширению выходного импульса и уменьшению его амплитуды.

2. Хроматическая дисперсия

Состоит из материальной и волноводной составляющих и имеет место при распространении как в одномодовом, так и в многомодовом волокне. Однако наиболее отчетливо она проявляется в одномодовом волокне из-за отсутствия межмодовой дисперсии.

Материальная дисперсия обусловлена зависимостью скорости света в волокне от показателя преломления волокна n(λ), который зависит от длины волны λ. (λ) = / (λ) Спектр выходного импульса состоит из многих вплотную расположенных друг к другу спектральных составляющих с разными λ. Разные спектральные составляющие идут по волокну с разными скоростями и приходят к его концу волокна в разное время. В результате конечный импульс расширяется.

Волноводная дисперсия. Этот вид дисперсии обусловлен зависимостью эффективного показателя преломления от длины волны, что приводит к различию скоростей распространения частотных составляющих излучаемого спектра и расплыванию импульса при прохождении оптического волокна.

3.Поляризационная модовая дисперсия — это явление увеличения длительности импульса сигнала, связанное с различием скоростей распространения двух поляризаций по оптоволокну. Различие скоростей распространения поляризационных компонентов приводит к возникновению временной задержки и на выходе импульс опять-таки расширяется.

8.Принцип и техника временного мультиплексирования цифровых потоков информации. Рекомендации ITU по параметрам мультиплексирования. Обобщенная структура TDM-мультиплексора и взаимодействие его модулей.

TDM – это мультиплексирование с временным разделением каналов, где несколько входных низкоскоростных каналов (DS0) объединяются в один составной высокоскоростной канал.

В каждом цикле мультиплексор выполняет следующие действия:

MUX укорачивает импульсы электрических входных потоков в число раз, равное числу объединяемых потоков и затем поочередно в получившиеся временные промежутки одного канала последовательно (побайтно или побитно) вставляются укороченные импульсы других каналов и некоторые служебные импульсы. Далее такой общий цифровой поток

(агрегатный) направляется на выход. Таким образом, на выходе MUX скорость выходного потока возрастает в число раз, равное числу мультиплексируемых потоков.

Международный телекоммуникационный союз ITU рекомендует при мультиплексиро-

вании выбирать коэффициенты мультиплексирования, кратные 4.

Например, в относительно низкоскоростной системе связи PDH мультиплексирование выполняется по следующим правилам: первый мультиплексированный цифровой поток объединяет 30 абонентских линий плюс 2 служебные линии и, таким образом, содержит 32 канала. Этот поток называется потоком Е1 и его скорость равна 2048 кбит/с. Следующий поток объединяет 4 потока El плюс служебные каналы, называется потоком E2 и имеет скорость 8448 кбит/с. Таким же образом формируются потоки E3 и E4. Потоки со скоростями выше E4 формируются в более высокоскоростной системе связи, которая имеет название SDH. В этой иерархии цифровые потоки имеют названия STM-1 (самый низкоскоростной поток со скоростью 155,2 Мбит/c), STM-4, STM-16, STM-64, STM-256

(40 Гбит/c).

9.Общая конструкция оптических соединителей, основные параметры и их числовые значения, Классификация и обозначения используемых типов соединителей.

Ферула представляет собой керамический наконечник с прецизионным продольным концентрическим каналом. Ферул соединяется с оптическим волокном и фиксируется. выступающий конец волокна скалывается параллельно с поверхностью торца ферула, сам торец ферула полируется. Далее ферул с волокном совмещается с корпусом разъема. После соединения волокна и ферула, качество сборки тестируется на наличие дефектов.

Все оптические коннекторы делятся по двум параметрам:

1)По типу корпуса (LC, SC, FC и т.д.);

2)По способу полировки ферул коннекторов (PC, UPC, APC, SPC);

Рассмотрим основные типы соединителей:

1)Коннектор LC – Оптический коннектор LC является уменьшенной копией коннектора SC. Его корпус прямоугольной формы. Ферул коннектора имеет диаметр 1,25 мм и изготавливается из керамики. На корпусе коннектора присутствует защелка. Данный вид коннекторов создан для использования при монтаже высокой плотности.

2Коннектор SC – Корпус этого коннектора изготовлен из пластика и имеет прямоугольную форму. Ферул имеет диаметр 2,5 мм и практически полностью прикрыт корпусом, что защищает его от механических повреждений и загрязнений. Цвет корпуса зависит от типа полировки коннектора: UPC - синий, АРС - зелёный. Многомодовые коннекторы SC (ММ) изготавливаются серого цвета. Ферула имеет диаметр 2,5 мм

3)Коннектор FC – Корпус этого коннектора изготавливается, из металла и имеет округлую форму. Фиксация коннектора осуществляется с помощью защелок па вращающейся оправе коннектора. Цвет коннектора зависит от типа полировки. Данный коннектор не рекомендуется использовать в современных линиях связи из-за нескольких отрицатель-

ных факторов - сильно выпирающий из корпуса ферул, возможность кругового вращения, низкая виброустойчивость. Ферула имеет диаметр 2,5 мм Виды полировок:

1)APC – угловая полировка 8 градусов контактных поверхностей. Имеет наибольшие возвратные потери RL ≥ 60 дБ;

2)UPC – RL ≥ 50 дБ;

3)SPC – RL ≥ 40 дБ.

4)PC сферические полировка – RL ~ 27-30 дБ

10.Принцип оптической рефлектометрии. Структурная схема рефлектометра и назначение его основных элементов.

Основные элементы: лазер (настроенный на определённую длину волны. Обычно это ЛД Ф- П мощностью 10-1000 мВт и длительностью импульсов 2 нс-

20мкс); оптический разветвитель (соединен с фотоприемником и выходным оптическим разъемом рефлектометра).

Когда излучение лазера через

выходной оптический разъем рефлектометра попадает в исследуемое оптическое волокно, наблюдается эффект так называемого Рэлеевского рассеяния. В любой сердцевине волокна находятся молекулы примесей со слегка отличающимися оптическими характеристиками. Лазерное излучение, распространяясь по такой среде, испытывает многочисленные преломления на границах этих областей, то есть, рассеивается. При этом часть излучения рассеивается в обратном направлении. Это излучение попадает через оптический разветвитель на фотоприемник. Фотоприемник вырабатывает слабый ток,

который усиливается специальной микросхемой и преобразуется в 1 и 0 микросхемой АЦП. Далее микропроцессор строит из 1 и 0 рефлектограммы, которые отображаются на дисплее. Типичная рефлектограмма содержит около 32 000 измеряемых точек и при вычислении каждой такой точки усредняется несколько тысяч импульсов. Весь этот массив данных рефлектометр обрабатывает за долю секунды. Первая измеренная рефлектограмма сразу выводится на дисплей. Далее на дисплей выводятся усредненные рефлектограммы.

11.Расшифровка рефлектограммы на примере возможных объектов, имеющихся в оптической линии передачи. Особенности измерения возвратных потерь с помощью рефлектометра.

Каждый тип неоднородности (сварное соединение волокон, трещина, оптический разъем и т.д.) имеет свой характерный образ на дисплее OTDR, п может быть легко идентифицирован оператором. Общий вид рефлектограммы имеет следующий вид:

Так, например, отражающие неоднородности (разъемные соединения волокон, трещины, торец волокна) проявляются на рефлектограмме в виде узких пиков, а неотражающие неоднородности (сварные соединения и изогнутые участки волокон) - в виде изгибов в рефлектограмме. Участки рефлектограммы, расположенные между неоднородностями, имеют вид прямых линий с отрицательным наклоном. Угол наклона этих прямых прямо пропорционален величине потерь в волокне.

Измерения возвратных потерь с помощью рефлектометра.

При сварке ОВ существует некоторая вероятность возникновения дефектов, которые представляют собой отражающие неоднородности, которые характеризуются возвратными потерями Измерить возвратные потери можно с помощью рефлектометра. На полученной рефлектограмме будет виден выброс сигнала обусловленный френелевским отражением YF в разъемном соединении. Данный метод может дать только приближенную оценку, а сами потери можно рас-

тельный уровень обратного рассеивания при длительности зондирующего импульса ti0;

12.Определение основных параметров оптического рефлектометра: времени измерения, динамического диапазона, мертвой зоны и пространственного разрешения.

Динамический диапазон рефлектометра DIEC определяется как разность между уровнем сигнала обратного рэлеевского рассеяния в начале рефлектограммы и пиковым значением шумов в отсутствие сигнала. Уровень сигнала обратного релеевского рассеяния находится путем экстраполяции прямолинейного наклонного участка рефлектограммы в начало рефлектограммы. Уровень пикового значения шума определяется исходя из условия, что вероятность попадания шумового сигнала в доверительный интервал должна быть равна

98%.

Пространственное разрешение OTDR, определяемое как наименьшее расстояние между двумя различаемыми событиями отражения, обычно определяется шириной импульса оптического излучения. Более короткая ширина импульса обеспечивает более высокое разрешение (близко расположенные точки), но ограничивает динамический диапазон и диапазон расстояний OTDR.

Мертвая зона OTDR – это расстояние от точки отражения до следующего аналогичного события, которое OTDR не может идентифицировать как отражение. Мертвая зона OTDR

обычно определяется шириной импульса, а также временем восстановления фотодетектора в пределах OTDR. Мертвые зоны часто наблюдаются на разъёме/входе OTDR и между любыми другими сильными отражателями.

Время измерения OTDR – это время, в течение которого происходит регистрация событий. Общее время измерений 180 секунд.

13.Принцип функционирования и схема прибора, используемого для измерения формы импульсов, назначение основных элементов. Оценка качества линии, в том числе дисперсии, по форме импульсов. Джиттер и вандер и их сравнение по проникающей способности. Оценка величины джиттера по параметрам формы сигналов.

Параметры оптических импульсов обычно измеряются в местах стыка отдельных отрезков оптического волокна – в местах оптических соединителей. Параметры импульсов измеряют на экране высокочастотных цифровых осциллографов по так называемой «глаздиаграмме» Блок-схема устройства для получения «глаз-диаграммы»

1-Генератор тактовых импульсов; 2-Формирователь ППИ; 3-MUX; 4-Лазер; 5-

Измеряемое ОВ; 6- Фотоприемник; 7-DMUX; 8- Усилитель ПП; 9-Усилитель РП; 10-Осциллограф

Формирователь ППИ содержит микроконтроллер, который формирует псевдослучайную последовательность чисел, а затем последующее электронное устройство преобразует числа в импульсы и полает эти импульсы на MUX.

На сигнальный вход осциллографа поступают псевдослучайные импульсы, прошед-

шие оптико-волоконную линию. За счет дисперсии они уширены. Форма импульсов искажается по различным причинам, в том числе за счет неравномерности полосы пропускания электрического и оптического трактов передачи и приема. В итоге на экране осциллографа глаз-диаграмма может, например, иметь следующий вид:

По времени переднего фронта можно определить полосу пропускания ВОЛС. По выбросам на осциллограмме импульсов можно оценить качество излучателя. Быстрое «дрожание» импульсов во времени называется «джиттером» и фиксируется на «глаздиаграмме» как уширение линий на переднем и заднем фронте импульса. Вандером называется медленное перемещение импуль-

сов слева-направо на экране осциллографа с частотой менее 10 Гц.

14.Принцип спектрального (оптического) мультиплексирования. Пример технической реализации спектрального мультиплексирования. Сравнение TDM и спектрального мультиплексирования по скоростям передачи информации, в том числе типичные значения скоростей передачи информации, характерные для двух типов мультиплексирования.

Принцип спектрального уплотнения каналов WDM

и DWDM основан на том, что оптические цифровые потоки, идущие по своим оптическим

волокнам от разных телекоммуникационных узлов и на разных длинах волн заводят в одно волокно, идущее к приемному узлу. Каждый оптический цифровой поток распространяется по волокну на своей длине волны, отличающейся от длины волны других оптических цифровых потоков, поэтому надобности в укорачивании импульсов нет.

На приемном узле оптические потоки преобразуются фотоприемниками в электрические цифровые потоки и затем с помощью DMUX демультиплексируются и направляются к конечным абонентам.

Спектральное уплотнение позволяет существенно увеличить информационную ёмкость оптических кабелей и организовать двустороннюю многоканальную связь по одному волокну

Максимальная скорость передачи, которое может обеспечить TDM – это 40 Гбит/с

(STM-256).

Канальная скорость сети, построенной по технологии DWDM, может достигать 100 – 600 Гбит/с, а общая пропускная способность 28 Тбит/с и более.

15.Оптическая схема, принцип работы, особенности и характеристики Фурьеспектрометра.

В качестве анализатора спектра излучения может выступать Фурье-спектрометры, который выглядит следующим образом:

В – светоделитель; М1 – это фиксированное зеркало интерферометра; М2 – подвижное зеркало интерферометра; Д – это фотоприемники; А – усилитель; И – интерфейс связи с ЭВМ.

Излучение с выхода оптического волокна проходит через коллиматор, и попадает на светоделитель В. Часть излучения, отражаясь от све-

тоделителя проходит на

зеркало M1, отражается от него, снова проходит через светоделитель и попадает на фотоприемник Д1. Вторая часть излучения проходит через светоделитель и попадает на зеркало М2, отражается от него, подходит снова к светоделителю, отражается от него и также попадает на фотоприемник Д1. На этом фотоприёмнике обе части излучения интерферируют между собой, образуя интерференционные полосы. Электрический сигнал с выхода фотоприемника поступает на аналого-цифровой преобразователь (АЦП) и только затем на ЭВМ, который применяет Фурье-преобразование и получает искомый спектр.

Особенности работы и характеристика Фурье-спектрометра 1)Скорость перемещения зеркала М2 должна быть стабильной, иначе с изменением ско-

рости при неизменной длине волны изменится частота электрического сигнала; 2)Ф-С в основном разрабатываются для работы в ИК-диапазоне и для длин-волн 1,3 и 1,55 мкм;

3)Во время измерений спектр излучения не должен меняться. Иначе результат будет неверным так, как спектр рассчитывается после того, как в ЭВМ поступит весь сигнал от начала сканирования до его конца.

К преимуществам можно отнести: малые габариты и вес, быстроту сканирования, высокую точность определения длин волн, высокую светосилу и т.д.

16.Анализаторы спектра на дифракционных решетках: принцип работы, уравнение решетки, эшелеты, вогнутые дифракционные решетки и их свойства.

Дифракционная решетка — это оптический прибор, действие которого основано на использовании явления дифракции света. Дифракционная решетка представляет собой совокупность большого числа регулярно расположенных щелей, нанесённых на некоторую

поверхность.

При падении излучения на решетку отраженное излучение в результате дифракции на штрихах распадается на отдельные лучевые потоки, идущие под разными углами между лучем и нормалью к плоскости решетки.

Расстояние d – период решетки; угол – угол падения излучения на решетку; m – порядок

спектра.

∙ ( + ) = ± ∙ – уравнение решетки показывает, что направления на глав-

ные максимумы зависят от порядка спектра, периода решетки, угла падения излучения и длины волны излучения.

Эшелетами называется дифракционные решетки, у которых профиль штрихов треугольной несимметричной формы. Такой профиль позволяет сконцентрировать в направлении какого-либо одного m-го максимума почти 80% энергии падающего излучения

В спектрометрах на дифракционных решетках получить резкое изображение спектра можно и без объективов. Но для этого используют вогнутую отражательную дифракционную решетку. Такая решетка одновременно осуществляет разложение в спектр и обеспечивает фокусирование (высокий контраст в изображении полос спектра).

Вогнутая решетка обладает свойством фокусировки спектра по окружности с диаметром, равным радиусу кривизны решетки r0. Эта окружность называется кругом Роуланда.

17.Принцип работы, структурная схема, измеряемые параметры и характеристики оптико-волоконных усилителей (EDFA). Методика оценки шум-фактора усилителя

EDFA.

Накачка современных эрбиевых усилителей осуществляется светом с длинами волн 0,98 мкм или 1,48 мкм. При поглощении фотонов накачки 0,98 мкм ионы эрбия переходят из основного состояния на

короткоживущий уро-

вень, с которого за счёт процессов релаксации переходят на метастабильный уровень. Термин метастабильный означает, что время жизни частиц в этом состоянии относительно велико (10 мс). Поэтому даже при умеренном уровне мощности накачки можно перевести почти все ионы эрбия в возбуждённое состояние.

При отсутствии накачки или малом уровне ее мощности (когда населённость верхнего уровня мала) усиление отрицательно, то есть наблюдается поглощение. По мере увеличения мощности накачки все большее число активных ионов переходит в возбуждённое состояние. Это приводит сначала к уменьшению коэффициента поглощения, а затем к усилению света.

Излучение накачки направляется вдоль волокна так же, как и усиливаемое излучение. При этом возможна как (и одном направлении с усиливаемым излучением) накачка, так и встречная. В ряде усилителей EDFA оба типа накачки используются одновременно.

Накачка на длине волны λ = 0,98 мкм обеспечивает меньший шумовой сигнал по сравнению с накачкой на λ = 1,48 мкм. Но на λ = 0,98 мкм требуются более мощные источники.

Основными измеряемыми характеристиками и параметрами усилителей EDFA являются:

1)спектральные характеристики мощности

2)коэффициент усиления в линейном режиме работы;

3)выходная и входная насыщающая мощность;

4)перераспределение мощности в каналах EDFA;

5)шум-фактор (NF - Noise Factor).

6)оптическое отношение сигнал/шум (OSNR) на входе и выходе EDFA

Оценку шум-фактора усилителя EDFA можно сделать через следующую формулу:

= 10 ∙ log ( ∙ ∙ )

где: – это мощность шума усиленного спонтанного излучения; G – это коэффициент усиления; B – это полоса пропускания