Антиплагиат (1214919), страница 2
Текст из файла (страница 2)
В этом случае вместолавинного фотодиода в режиме счета фотонов может быть использован pin-фотодиод.1.1.2 Рефлектометрический методРисунок 1.2 - Рефлектометрический методСуть метода состоит в измерении рефлектограмм на серии длин волн и в построении зависимости задержки(оптической длины волокна) от длины волны зондирующего импульса.Обычно, в качестве источников излучения применяются лазеры с резонатором Фабри-Перо на четырех длинахволн (4 окна прозрачности волокна ): 1310, 1410, 1550, 1610 нм.Время прохождения оптического[1]импульса на длине волны λi вычисляется как:Lλi / cn(λi)(1.3)где L - длинаОВ на длине волны λi, нм; n - показатель преломления ОВ на длине волны [1]λi , с - скорость светаИзменение групповой задерж ки, которое обуславливается изменением длины волны на ∆λ вычисляется:∆τλi=τλi+1-τλi(1.4)где λ - ц ентральная длина волны, на которой происходит измерение, нм;τλi -время прохождения оптического импульса в измеряемом ОВ на длине волны [1]λi.= 1L∙∆τλiλi+1-λi(1.5)где - коэ ффиц иент ХД, пс/(нм/км); ∆τλi - относительная групповая задерж ка, пс; L - длина измеряемого ОВ, км.Достоинствами метода являются - сравнительная простота реализац ии и низкая себестоимость.Недостатками являются:1) Сильноевлияние погрешности определения длины волны лазера на погрешность измерения ХД.
Обычно, в рефлектометрах,центральная длина волны известна с погрешностью 0,1 нм.2) Точность измерения ограничена количеством точек на[1]рефлектограмме.3) Погрешность измерения ХД - до 15 пс/нм.1.2 Фазовые методыИз фазовых методов мож но выделить:1) фазосдвиговый (сравнение фазы сигнала с длиной волны и опорного сигнала)2) дифференц иально-фазосдвиговый (сравнение фаз сигналов на длинах волн, близкорасполож енных друг к другу)3)фазово-дальнометрический (измеряется фаза сигнала на нескольких частотах и определяется оптическая длинаволокна для разных длин волн излучения)1.2.1 Фазосдвиговый методСуть метода [12][1]заключается в измерении фаз меж ду сигналом, который проходит по ОВ вместе с опорным сигналом.
Вычисляется разностьэ тих фаз. В итоге,измеряется зависимость изменения разности фаз от длины волны. В [1]качестве опорного сигнала мож ет бытьэлектрический сигнал от ВЧ генератора.Рисунок 1.3 - Структурная схема измерения ХД фазосдвиговым методомИзменение групповой задержки, вызванное изменением длины волны на λ вычисляется :∆τλ=-φλ+∆λ2-φλ-∆λ2360∙fm∙1012(1.6)http://dvgups.antiplagiat.ru/ReportPage.aspx?docId=427.24207038&repNumb=14/1921.06.2016Антиплагиатгде λ - центральная длина волны, на которой производится измерение, нм; fm - частота модуляции, Гц; φλ+∆λ2 ,φλ-∆λ2 - фаза сигнала, относительно опорного.Далее определяется хроматическая дисперсия как отношение изменения групповой задержки к изменению длиныволны=1L∙d∆ τdλ(1.7)где - коэффициент ХД, пс/нм/км; ∆τ - относительная групповая задержка, пс; L - длина тестируемого волокна, км[1]Рассматриваемый метод имеет следующ ие преимущ ества:1) Длины волн излучения могут располагаться на любом расстоянии друг от друга.
При необходимости в точныхизмерениях особо шаг мож ет составлять 0,1 нм.2) Высокая точность (не более 1 пс/нм).Этот метод имеет один минус: при высоких значениях ХД возникает неопределенность в n*2π в определении фазы. Воизбеж ание неопределенности нуж но большое число точек измерения (длин волн).1.2.2 Дифференц иально-фазосдвиговый методВ данном методе [10] по сравнению с фазосдвиговым производится измерение разности фаз меж ду двумя длинами волн,близкорасполож енных друг к другу. Т.е. измеряется зависимостьразности фаз от длины волны.Рисунок 1.4 - Структурная схема измерения[1]ХД дифференц иально-фазосдвиговый методомИсточником излучения вэтом методе может служить набор пар лазеров, которые различаются по длине волны на ∆λ,[1]либо СЛД.В э том методе измеряется ХД, которая вычисляется по формуле:=∆φfm∙∆λ(1.8)где ∆φ -изменение фазы сигнала в зависимости от изменения на величину ∆λ центральной длины волны λ, углов.
°; коэффициент ХД, пс/нм; fm - частота модуляции, ГцДанный метод обладает следующими достоинствами:1) Высокая точность и повторяемость результатов2) Проведение измерений возможно в широком диапазоне длин волн.Недостатки:1) Фиксированная разность между длинами волн тестирующего излучения не позволяет проводить высокоточныеизмерения в исследуемой области.2) Затруднение в измерении разности фаз между двумя соседними точками.[1]Из-за э того данный метод применим, еслирасстояние между точками составляет больше 10 нм1.2.3 Фазово- [1]дальнометрический методРисунок 1.5 - Структурная схема фазово-дальнометрического методаЭтот метод [11] основан на измерении фазы сигнала, который проходит по волокну на 3 или более частотах. Далееисходя из полученныхрезультатов этих измерений вычисляется оптическая длина волокна.
Измерения проводятся последовательно наразных длинах волн, и в итоге определяется зависимость оптической длины волокна от длины волны.[1]Данный метод по сравнению с двумя предыдущ ими мож ет измерять длину волокна, но применяется лишь в приборе ИД-2-1(Минск). Данный метод - э то модификац ия предыдущ их методов, но обладает только одним достоинством - прибольших значениях хроматической дисперсии отсутствует неопределенность в n ∙2π в определении фазы. Поэтомув этом методе может быть использован любой шаг измерения по шкале длин волн.1.3 Интерферометрический метод (интерферометрия «белого» света»)После прохождения селектора длины волны излучение от источника попадает в интерферометр Маха-Цендера.[1]По одному плечу сигнал проходит через измеряемое ОВ, а по другому - через регулируемую оптическую линию задерж ки.Оптическую линию задерж ки нуж но выставить так, чтобы плечи интерферометра обладали одинаковой оптическойдлиной - полож ением максимума контраста интерференц ионной картины.
Проведение измерений происходит вразличных спектральных диапазонах и, определяется оптическая длина тестируемого ОВ в зависимости от длиныволны.Рисунок 1.6 - Структурная схема интерферометрического методаИзменение групповой задержки, вызванное изменением длины волны на ∆λ вычисляется как:∆ τλ=lλi+1с/n-lλic/n(1.9)http://dvgups.antiplagiat.ru/ReportPage.aspx?docId=427.24207038&repNumb=15/1921.06.2016Антиплагиатгде λ - центральная длина волны, на которой производится измерение, нм; l - физическадлина плеча, котораясоздается регулируемой линией задержки, м; с - скорость света, м/с; n - показатель преломления воздуха,который находится в регулируемой линии задержки.[1]Этот метод применятся для измерения ХД небольших отрезков ОВ (как правило до 1 м).
Преимущ естводанного метода - очень быстрое измерение (0,5 с) большим динамическим диапазоном (до 80 дБ) и погрешностьюизмерения хроматической дисперсии [14] - до 0,0001 пс/нм.Недостаток-для измерения больших значений ХД требуется линия задержки с большой базой ([1]более 1 м), что весьма проблематично.1.4Метод, основанный на нелинейной оптикеДанный метод измерения ХД[1]основан на нелинейных э ффектах: четырехволновое смещ ение и генерац ия гармоник.Он показывает,что эффективность генерации оптической гармоники зависит от условия фазового синхронизма, который[1]уж е зависит от величины ХД. Причем самая большая э ффективность генерац ии гармоники определяется на длине волнынулевой дисперсии. Если изменять длину волны пробного излучения, то мож но сканировать спектр возледлины волны нулевой дисперсии и измерять ХД в этом диапазоне.Рисунок 1.7 -[1]Структурная схема метода, основанного на нелинейной оптикеПроанализировав литературу и различные исследования, которые проводились метрологической организац ией NIST(США), показали, что данный метод ещ е мало исследован и пока нельзя сказать какова точность измерения ХД.
Вкачественедостатков метода можно отметить:1) применение эрбиевого усилителя,[1]который ограничивает областьизмерения из-за его узкого рабочего спектрального диапазона (~1550 нм);2) измерять мож но только около длины волны нулевой дисперсии.3) метод ограничивает длину тестируемого ОВ и имеет оптимум ~1 км для ОВ со смещ енной дисперсией (SF).1.5 Выбор оптимального метода измерения для дальнейшего анализаИз всех методов измерения мож но отметить, что фазосдвиговый метод выгодно отличается от остальных. Онобеспечивает:1) Проведение измерений оченьнизких значений задержки оптического импульса при высоком динамическом диапазоне (единицы наносекунд).Это позволяет добиться высокой точности измерения ХД.2) Гибкость в выборе шага воспроизведения по шкале длин волн.[1]Это позволяет добиться высокой точности при измерении ХД, , причемкак и при низких значениях ХД, так и при высоких.3)[1]Возмож ность в выборе очень малого шага перестройки по шкале длин волн, э то дает возмож ность проводить измерениязначенийХД в узком спектральном диапазоне, тем самым потенциально увеличивая точность определения значения длиныволны нулевой дисперсии.[1]Однакоданный метод имеет1) Фиксированная2)[1]Влияние3)[1]Влияние[2]частотанестабильности[6]ряд недостатков:модуляции оптического излучения;[2]температурыпогрешности установки[2]длинмеры на неопределенность результатов измерений;волн лазеров на неопределенность результатов измерений.[1]При анализе фазосдвигового метода мож но увидеть, что главнымиметодическими и систематическими составляющими неопределенности результатов измерений ХД являются:неопределенность результатов длины волны излучения,измерений фазы, а также фиксированнаямодуляции оптического излучения и влияние температуры на[1]результаты[2]частотаизмерения ХД.
Оцененное значениенеопределенности результатов измерений ХД классическим фазосдвиговым методом составляет 1,3 пс/нм.[2]Чтобы уменьшить влияния вышеречисленных факторов на неопределенность результатов измерений ХД иликвидирования методических недостатков следует рассмотреть модифиц ированный фазосдвиговый метод. Описание ианализ э того метода приведен во втором разделе.2 ИССЛЕДОВАНИЕ МОДИФИЦИРОВАННОГО ФАЗОСДВИГОВОГО МЕТОДА ИЗМЕРЕНИЯ ХРОМАТИЧЕСКОЙ ДИСПЕРСИИhttp://dvgups.antiplagiat.ru/ReportPage.aspx?docId=427.24207038&repNumb=16/1921.06.2016Антиплагиат2.1 Составляющ ие неопределенности результатов измерений хроматической дисперсии в фазосдвиговом методе.Рассмотрим подробнее фазосдвиговый метод, который применяется в измерительной аппаратуре ХД и возмож ные методыдля его оптимизац ии.С э той ц елью в данном разделе проведем анализ основных составляющ их неопределенности результатов измерения ХДклассическим фазосдвиговым методом и исследуем коррективы, вносимые в классическую схему э того метода.Рассмотрим более детально классическую схему измерения ХД фазосдвиговым методом, которая использует наборлазеров, и сделаем оц енку неопределенности результатов измерений ХД.Рисунок 2.1 - Схеме измерения ХД фазосдвиговым классическим методомКак было упомянуто в 1 разделе, формула вычисления ХД имеет следующ ий вид:=φ2-φ1360∙fm(λ2-λ1)∙1012(2.1)где λ - длина волны, на которой происходит вычисление ХД ; f -частота модуляции оптического излучения, Гц; φ2 - фаза сигнала на текущей длине волны, ° ; φ1 - фаза сигналана предыдущей длине волны, λ2 - текущая длина волны оптического излучения, нм; λ1 - предыдущая длина волныоптического излучения, нм[1]Глядя на формулу мож но заметить, что основную роль в неопределенности результатов измерений ХД фазосдвиговымметодом играют:а) неопределенность в результатахизмерений фазы;б) неопределенность в результате измерения и установки длины волны излучения и нестабильности лазеров;в) неопределенность в результатах измерений и установки частоты модуляции излучения.[1]Такж е вклад в неопределенность результатов измерений ХД привносит неопределенность, которая связана стемпературной зависимостью характеристик меры.Формула для расчета неопределенности результатов измерения ХД представляется в в де:и(,Δλ,f,T,uφ,uf,uλ,Δφ)=2(1360Δλf)2∙uφ2+2(Δλ)2∙θ2λ+2и2f+(LΔTknΔλc)2(2.2)где Δλ - шаг измерений по длинам волн, нм; f - частота модуляц ии; ΔT - изменение температуры; uφ - неопределенностьрезультатов измерений разности фаз; θ2λ - неопределенность в результатахизмерений длины волны оптического излучения, нм; uf - неопределенность установки частоты задающегогенератора;uλ - неопределенность в результатеизмерений ХД из- за погрешность измерения длины волны излучения, пс/ нмИз формулы неопределенности результатов измерений хроматической дисперсии (2.9) и формулы (2.1) видно, чтонеопределенность результатов измерений ХД уменьшается.1)[1]при увеличении шага сканирования происходит увеличение разности фаз.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
