Пояснительная записка (1214924), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Вычисляется разность этих фаз. Витоге, измеряется зависимость изменения разности фаз от длины волны. Вкачестве опорного сигнала может быть электрический сигнал от ВЧ генератора.10Рисунок 1.3 - Структурная схема измерения ХД фазосдвиговым методомИзменение групповой задержки, вызванное изменением длины волны на вычисляется :∆ = −+∆2−−∆2360 ∙ ∙ 1012(1.6)где - центральная длина волны, на которой производится измерение, нм; fm частота модуляции, Гц; +∆ , −∆ - фаза сигнала, относительно опорного.22Далее определяется хроматическая дисперсия как отношение изменениягрупповой задержки к изменению длины волны=1 ∆∙ (1.7)где D - коэффициент ХД, пс/нм/км; ∆ - относительная групповая задержка,пс; L - длина тестируемого волокна, кмРассматриваемый метод имеет следующие преимущества:1) Длины волн излучения могут располагаться на любом расстоянии другот друга.
При необходимости в точных измерениях особо шаг можетсоставлять 0,1 нм.2) Высокая точность (не более 1 пс/нм).Этот метод имеет один минус: при высоких значениях ХД возникаетнеопределенность в n*2 в определении фазы. Во избежание неопределенностинужно большое число точек измерения (длин волн).111.2.2 Дифференциально-фазосдвиговый методВ данном методе [10] по сравнению с фазосдвиговым производитсяизмерение разности фаз между двумя длинами волн, близкорасположенныхдруг к другу. Т.е. измеряется зависимость разности фаз от длины волны.Рисунок 1.4 - Структурная схема измерения ХД дифференциально-фазосдвиговый методомИсточником излучения в этом методе может служить набор пар лазеров,которые различаются по длине волны на ∆, либо СЛД.В этом методе измеряется ХД, которая вычисляется по формуле:=∆ ∙ ∆(1.8)где ∆ - изменение фазы сигнала в зависимости от изменения на величину∆ центральной длины волны , углов. °; D - 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 излученияне позволяет проводить высокоточные измерения в исследуемой области.2) Затруднение в измерении разности фаз между двумя соседними точками.Из-за этого данный метод применим, если расстояние между точкамисоставляет больше 10 нм121.2.3 Фазово-дальнометрический методРисунок 1.5 - Структурная схема фазово-дальнометрического методаЭтот метод [11] основан на измерении фазы сигнала, который проходит поволокну на 3 или более частотах.
Далее исходя из полученных результатов этихизмерений вычисляется оптическая длина волокна. Измерения проводятсяпоследовательно на разных длинах волн, и в итоге определяется зависимостьоптической длины волокна от длины волны.Данный метод по сравнению с двумя предыдущими может измерять длинуволокна, но применяется лишь в приборе ИД-2-1 (Минск). Данный метод - этомодификация предыдущих методов, но обладает только одним достоинством прибольшихзначенияххроматическойдисперсииотсутствуетнеопределенность в n ∙ 2 в определении фазы. Поэтому в этом методе можетбыть использован любой шаг измерения по шкале длин волн.131.3 Интерферометрический метод (интерферометрия «белого» света»)После прохождения селектора длины волны излучение от источникапопадает в интерферометр Маха-Цендера.
По одному плечу сигнал проходитчерез измеряемое ОВ, а по другому - через регулируемую оптическую линиюзадержки. Оптическую линию задержки нужно выставить так, чтобы плечиинтерферометра обладали одинаковой оптической длиной - положениеммаксимума контраста интерференционной картины. Проведение измеренийпроисходит в различных спектральных диапазонах и, определяется оптическаядлина тестируемого ОВ в зависимости от длины волны.Рисунок 1.6 - Структурная схема интерферометрического методаИзменение групповой задержки, вызванное изменением длины волнына ∆ вычисляется как:∆ =+1− / /(1.9)где - центральная длина волны, на которой производится измерение, нм; - физическая длина плеча, которая создается регулируемой линией задержки, м;с - скорость света, м/с; n - показатель преломления воздуха, который находитсяв регулируемой линии задержки.Этот метод применятся для измерения ХД небольших отрезков ОВ (какправило до 1 м). Преимущество данного метода - очень быстрое измерение (0,514с) большим динамическим диапазоном (до 80 дБ) и погрешностью измеренияхроматической дисперсии [14] - до 0,0001 пс/нм.Недостаток-для измерения больших значений ХД требуется линия задержкис большой базой (более 1 м), что весьма проблематично.1.4 Метод, основанный на нелинейной оптикеДанныйметодизмеренияХДоснованнанелинейныхэффектах:четырехволновое смещение и генерация гармоник.Он показывает, что эффективность генерации оптической гармоникизависит от условия фазового синхронизма, который уже зависит от величиныХД.
Причем самая большая эффективность генерации гармоники определяетсяна длине волны нулевой дисперсии. Если изменять длину волны пробногоизлучения, то можно сканировать спектр возле длины волны нулевойдисперсии и измерять ХД в этом диапазоне.Рисунок 1.7 - Структурная схема метода, основанного на нелинейной оптикеПроанализировавлитературуиразличныеисследования,которыепроводились метрологической организацией NIST (США), показали, чтоданный метод еще мало исследован и пока нельзя сказать какова точностьизмерения ХД.
В качестве недостатков метода можно отметить:1) применение эрбиевого усилителя, который ограничивает областьизмерения из-за его узкого рабочего спектрального диапазона (~1550 нм);2) измерять можно только около длины волны нулевой дисперсии.3) метод ограничивает длину тестируемого ОВ и имеет оптимум ~1 км дляОВ со смещенной дисперсией (DSF).151.5 Выбор оптимального метода измерения для дальнейшего анализаИз всех методов измерения можно отметить, что фазосдвиговый методвыгодно отличается от остальных.
Он обеспечивает:1) Проведение измерений очень низких значений задержки оптическогоимпульса при высоком динамическом диапазоне (единицы наносекунд). Этопозволяет добиться высокой точности измерения ХД.2) Гибкость в выборе шага воспроизведения по шкале длин волн. Этопозволяет добиться высокой точности при измерении ХД, , причем как и принизких значениях ХД, так и при высоких.3) Возможность в выборе очень малого шага перестройки по шкале длинволн, это дает возможность проводить измерения значений ХД в узкомспектральном диапазоне, тем самым потенциально увеличивая точностьопределения значения длины волны нулевой дисперсии.Однако данный метод имеет ряд недостатков:1) Фиксированная частота модуляции оптического излучения;2) Влияние нестабильности температуры меры на неопределенностьрезультатов измерений;3) Влияние погрешности установки длин волн лазеров на неопределенностьрезультатов измерений.При анализе фазосдвигового метода можно увидеть, что главнымиметодическимиисистематическимисоставляющиминеопределенностирезультатов измерений ХД являются: неопределенность результатов длиныволны излучения, измерений фазы, а также фиксированная частота модуляцииоптического излучения и влияние температуры на результаты измерения ХД.ОцененноезначениенеопределенностирезультатовизмеренийХДфакторовнаклассическим фазосдвиговым методом составляет 1,3 пс/нм.Чтобыуменьшитьвлияниявышеречисленныхнеопределенность результатов измерений ХД и ликвидирования методическихнедостатков следует рассмотреть модифицированный фазосдвиговый метод.Описание и анализ этого метода приведен во втором разделе.162 ИССЛЕДОВАНИЕ МОДИФИЦИРОВАННОГО ФАЗОСДВИГОВОГОМЕТОДА ИЗМЕРЕНИЯ ХРОМАТИЧЕСКОЙ ДИСПЕРСИИ2.1 Составляющие неопределенности результатов измеренийхроматической дисперсии в фазосдвиговом методе.Рассмотрим подробнее фазосдвиговый метод, который применяется визмерительной аппаратуре ХД и возможные методы для его оптимизации.С этой целью в данном разделе проведем анализ основных составляющихнеопределенности результатов измерения ХД классическим фазосдвиговымметодом и исследуем коррективы, вносимые в классическую схему этогометода.РассмотримболеедетальноклассическуюсхемуизмеренияХДфазосдвиговым методом, которая использует набор лазеров, и сделаем оценкунеопределенности результатов измерений ХД.Рисунок 2.1 - Схеме измерения ХД фазосдвиговым классическим методомКак было упомянуто в 1 разделе, формула вычисления ХД имеетследующий вид:=2 − 1∙ 1012360 ∙ (2 − 1 )(2.1)где - длина волны, на которой происходит вычисление ХД ; f - частотамодуляции оптического излучения, Гц; 2 - фаза сигнала на текущей длиневолны, ° ; 1 - фаза сигнала на предыдущей длине волны, 2 - текущая длинаволны оптического излучения, нм; 1 - предыдущая длина волны оптическогоизлучения, нм17Глядя на формулу можно заметить, что основную роль в неопределенностирезультатов измерений ХД фазосдвиговым методом играют:а) неопределенность в результатах измерений фазы;б) неопределенность в результате измерения и установки длины волныизлучения и нестабильности лазеров;в) неопределенность в результатах измерений и установки частотымодуляции излучения.Также вклад в неопределенность результатов измерений ХД привноситнеопределенность,котораясвязанастемпературнойзависимостьюхарактеристик меры.Формула для расчета неопределенности результатов измерения ХДпредставляется в виде:1(, Δ, , , , , , Δ)=√2(360Δ)2 ∙ 2 + 2(Δ)2 ∙ 2 + 2 2 + (ΔTkn 2)Δ(2.2)где Δ - шаг измерений по длинам волн, нм; f - частота модуляции; Δ изменение температуры; - неопределенность результатов измеренийразности фаз; 2 - неопределенность в результатах измерений длины волныоптического излучения, нм; - неопределенность установки частотызадающего генератора; - неопределенность в результате измерений ХД из-запогрешность измерения длины волны излучения, пс/нмИз формулы неопределенности результатов измерений хроматическойдисперсии (2.9) и формулы (2.1) видно, что неопределенность результатовизмерений ХД уменьшается.1) при увеличении шага сканирования происходит увеличение разностифаз.
Это ведет к снижению неопределенности результатов измерений ХД из-зауменьшения фазовой составляющей;2) при уменьшении неопределенности результатов измерения фазыпонижается неопределенность результатов измерений ХД;3) при уменьшении неопределенности результатов измерения длины волныпонижается неопределенность результатов измерений ХД184) при уменьшении неопределенности установки частоты модуляциипонижается неопределенность результатов измерений ХД;5) при уменьшении длины ОВ уменьшается неопределенность результатовизмерений ХД;6)приуменьшениинестабильноститемпературыснижаетсянеопределенность результатов измерений ХД;7) при увеличением шага измерения по длине волны уменьшаетсянеопределенность результатов измерений ХДПервое условие и ограничение, которое накладывается классическимметодом (сдвиг фазы на шаг перестройки длины волны не должен превышать360°), приводит к тому, что разность фаз вследствие изменения шагаперестройки устремляется к 360°.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
