Обеспечение единства измерений хроматической дисперсии в оптическом волокне

У

Обеспечение единства измерений хроматической дисперсии в оптическом волокне

Применение оптических кабелей вызвало существенные изменения в проектировании, строительстве и эксплуатация линий связи. Растущая потребность в увеличении скорости и объема передаваемых данных требует от телекоммуникационных компаний по всему миру прокладки десятков тысяч километров оптических кабелей в год. В этой ситуации определяющими становятся новые качественные параметры ВОЛС, ограничивающие увеличение пропускной способности линий связи и влияющие на скорость передачи данных. При использовании металлических кабелей основным параметром, который учитывался при определении расстояний между ретрансляторами, было затухание. Затухание оптического кабеля существенно меньше, поэтому большую роль начинают играть другие параметры. Одним из таких параметров является хроматическая дисперсия (ХД). ХД приводит к уширению оптического импульса, тем самым вызывая ограничение скорости и уменьшение дальности передачи без восстановления исходной формы импульса. На российском рынке имеется большой ассортимент средств измерений ХД. Это привело к необходимости обеспечения единства измерения хроматической дисперсии путем создания правовой, организационной и технических подсистем, позволяющих обеспечить необходимую точность, а также поверку, калибровку и испытание средств измерений хроматической дисперсии. Данные задачи в настоящее время решены созданием Государственной поверочной схемы, Государственного и рабочих эталонов единицы хроматической дисперсии в оптическом волокне, методов калибровки и поверки средств измерений (СИ). Разработка эталона была выполнена во "Всероссийский научно-исследовательский институт оптико-физических измерений" (ФГУП "ВНИИОФИ") под руководством д.т.н. Тихомирова С.В. В настоящее время в РФ утвержден Государственный первичный специальный эталон единицы хроматической дисперсии в оптическом волокне ГЭТ 184-2010, обеспечивающий воспроизведение, хранение и передачу единицы хроматической дисперсии, а также утверждена Государственная поверочная схема, описанная в ГОСТ 8.608-2012, для средств измерений ХД в оптическом волокне, что позволило обеспечить единство измерений хроматической дисперсии в стране. При разработке Государственного первичного специального эталона единицы хроматической дисперсии в оптическом волокне ГЭТ 184-2010 за основу взят фазосдвиговый метод измерения ХД. Фазосдвиговый метод измерения хроматической дисперсии основан на последовательном измерении разности фаз между опорным и измерительным каналами на разных длинах волн. По измеренным фазам на разных длинах волн вычисляют групповую задержку, а затем и хроматическую дисперсию. С учетом недостатков в эталоне использован модифицированный фазосдвиговый метод, в котором применен опорный канал, измерителя длины волны и в качестве фазометра векторный анализатор. Рассматриваются особенности построения Государственного эталона единицы хроматической дисперсии в оптическом волокне, поверочной схемы их характеристики и возможности.

Ключевые слова: "дисперсия", "хроматическая", "поверка" "калибровка", "затухание", "эталон".

Аджемов А.С.,

Ректор МТУСИ, тЮа@ mtuci.ru

Хромой Б.П.,

Зав. кафедрой Метрологии, Стандартизации и измерении в технике связи, P_khromoy@rambler.iv

Применение оптических кабелей вызвало существенные изменения в проектировании, строительстве и эксплуатаций линий связи. При использовании металлических кабелей основным параметром, который учитывался при определении расстояний между ретрансляторами, было затухание. Затухание оптического кабеля существенно меньше, поэтому большую роль начинают играть другие параметры.

Растущая потребность в увеличении скорости и объема передаваемых данных требует от телекоммуникационных компаний по всему миру прокладки десятков тысяч километров опти-

8

ческих кабелей в год. В этой ситуации определяющими становятся новые качественные параметры ВОЛС, ограничивающие увеличение пропускной способности линий связи и влияющие на скорость передачи данных.

Одним из таких параметров является хроматическая дисперсия (ХД). Хроматическая дисперсия представляет собой зависимость групповой скорости распространения сигнала от длины волны излучения (рис. 1). ХД приводит к уширению оптического импульса, тем самым вызывая ограничение скорости и уменьшение дальности передачи без восстановления исходной формы импульса. Хроматическая дисперсия измеряется в единицах пс/нм. Кроме того хроматическая дисперсия дополнительно характеризуется наклоном кривой хроматической дисперсии (пс/нм2) и длиной волны нулевой дисперсии (нм). Две последние характеристики являются вспомогательными, но играют существенную роль при модернизации существующих, а также вновь создаваемых ВОСП.

На российском рынке имеется большой ассортимент средств измерений ХД. Это привело к необходимости обеспечения единства измерения хроматической дисперсии путем создания правовой, организационной и технических подсистем, позволяющих обеспечить необходимую точность, а также поверку, калибровку и испытание средств измерений хроматической дисперсии. Данные задачи в настоящее время решены созданием Государственной поверочной схемы, Государственного и рабочих эталонов единицы хроматической дисперсии в оптическом волокне, методов калибровки и поверки средств измерений (СИ). Разработка эталона была выполнена во "Всероссийский научно-исследовательский институт оптико-физических измерений" (ФГУП "ВНИИОФИ") под руководством д.т.н. Тихомирова С.В.

В настоящее время в РФ утвержден Государственный первичный специальный эталон единицы хроматической дисперсии в оптическом волокне ГЭТ 184-2010, обеспечивающий

Т-Сотт #9-2014

т

Наклон дисперсионной кривой, пс/нмг

\ / !

\ Длин \ " a вол испер нь си нулево и, нм А

1 1

50

-50

Длина волны, нм Рис 1

РИс 2

Таблица 1

Фирма производитель JDSU США А11Г ¡1S LI Япония EXFO Канада Neltest США Pcrkin Eimer США

Прибор MTS8000/ 6ÜS3 CD MW9076DI FTB400/ FTÍ3-5800 СМА-8000 CD appl ¡catión FD-440

Метод измерения Импульсный Импульсный Фазо-сдв и говы н Фазо-сдв 11 го вы íi Дифференц. -фачо-сдвиговын

Спектральный диапазон 1260-1650 нм 1260-1650 нм 1530-1625 нм 1500-1640 нм 1250-1350 нм 1500-1600 нм

Погрешность измерения ХД. {пс/нм) 1,6 пс/нм 1% 1,5%

Таблица 2

Диапазон длин волн, им 1260 -i-1650

Дпшюи измерения хроматической дисперсии, пс/нм -4(11) - +41 Hl

Расширенная не определенность вое произведения едмиппм хроматической дисперсии, пс/нм (К=2) 6,56+0,(10040

Расширенная неопределенность результата измерении длины волны нулевой дисперсии, нм (fe=2 f 0,1

Расширенная неопределенность результата измерения наклона дисперсионной кривой, пс/нм1 (к=2) 0,01

T-Comm #9-2014

воспроизведение, хранение и передачу единицы хроматической дисперсии, а также утверждена Государственная поверочная схема, описанная в ГОСТ 8.608-2012, для средств измерений ХД в оптическом волокне, что позволило обеспечить единство измерений хроматической дисперсии в стране.

К настоящему времени в ряде ведущих зарубежных метрологических институтов (METAS - Швейцария, NIST - США, NPL - Великобритания, CSIC — Испания, HUT — Финляндия) создана эталонная аппаратура для измерения ХД, разработаны международные стандарты по измерению данной величины и проводятся международные сличения.

Эталонная аппаратура перечисленных выше стран позволяет производить поверку рабочих средств измерений ХД основные характеристики которых приведены в табл. 1. При создании измерительной аппаратуры, перечисленной в табл. 1 были использованы международные стандарты и рекомендации [1-4].

При разработке Государственного первичного специального эталона единицы хроматической дисперсии в оптическом волокне ГЭТ 184-2010 за основу был взят фазосдвиговый метод измерения ХД. Фазосдвиговый метод измерения хроматической дисперсии основан на последовательном измерении разности фаз между опорным и измерительным каналами на разных длинах волн. По измеренным фазам на разных длинах волн вычисляют групповую задержку, а затем и хроматическую дисперсию.

Однако данный метод имеет существенные недостатки:

1) Фиксированная частота модуляции оптического излучения, не позволяет в полной мере использовать гибкость выбора шага измерения ХД

2) Сильное влияние температуры меры на погрешность измерения

Поэтому был разработан модифицированный фазосдвиговый метод, лишенный данных недостатков за счет введения опорного канала, измерителя длины волны и применения в качестве фазометра векторного анализатора.

Принцип работы модифицированного фа-зосдвигового метода поясняется на рис. 3.

Характеристики Государственного первичного специального эталона единицы хроматической дисперсии представлены в табл. 2

Кроме Государственного первичного специального эталона единицы хроматической дисперсии принята Государственная поверочная схема для СИ ХД ГОСТ 8.608-2012, представленная на рис. 4.

9

т

Рис 3

Литература

1.IEC 60793-1-42

2. TIA/EIA-455-168-A Chromatic Dispersion Measurement of Multimode Graded-Index and Single-Mode Optical Fibers by Spectral Group Delay Measurement in the Time Domain

3. ANSI/TIA-455-169 Chromatic Dispersion Measurement of Optical Fibers by the Phase-Shift Method

4. ANSI/TIA-455-175 Chromatic Dispersion Measurement of Optical Fiber by the Differential Phase-Shift

5. Григорьев В.В., Кравцов 5.В.Е., Митюрев А.К., Пнев А.Б., Тихомиров С.В. Государственный первичный специальный эталон хроматической дисперсии в оптическом волокне // Фотон-Экспресс. -2011. — №5(93). — с. 39-41.

Рис. 4

Ensuring the uniformity of measurements chromatic dispersion in an optical fiber

Adzhemov A.S., rector of MTUCI, mtuci@ mtuci.ru Khromoy B.P., Head of Department of Metrology standardization and measurement in Infocommunications, P_khromoy@rambler.ru

Abstract. The use of optical cables caused significant changes in the design the construction and maintenance of communication lines. When using metal cables main parameter which was taken into account when determining distances between repeaters was fading. The attenuation of the optical cable is substantially less therefore, come into play other parameters. One such parameter is the chromatic dispersion (CD). CD leads to broadening of the optical pulse thereby causing the speed limit and decrease the distance transfer without restoring the original pulse shape. On the Russian market a wide range measuring means CD. This has led to the need to ensure unity of measurement of chromatic dispersion by creating a legal organizational and technical subsystems, to ensure the required accuracy as well as the verification of calibration and testing tools measurement of the chromatic dispersion. These tasks currently solved by creating state inspection scheme, state and working standards unit chromatic dispersion in an optical fiber, methods of calibration and verification measuring instruments (MI). It then examines the characteristics of building state standard unit chromatic dispersion in an optical fiber, calibration schemes of their characteristics and capabilities. Keywords: dispersion, chromatic, verification calibration, attenuation, etalon.

References

1. IEC 60793-1-42 (2007-04) Optical fibre. Part 1-42: Measurement methods and test procedures — Chromatic dispersion.

2. TIA/EIA-455-168-A Chromatic Dispersion Measurement of Multimode Graded-Index and Single-Mode Optical Fibers by Spectral Group Delay Measurement in the Time Domain.

3. ANSI/TIA-455-169 Chromatic Dispersion Measurement of Optical Fibers by the Phase-Shift Method.

4. ANSI/TIA-455-175 Chromatic Dispersion Measurement of Optical Fiber by the Differential Phase-Shift.

5. Grigoryev V.V., Kravtsov V. E., MaturewA.K., PnevA.B., Tikhomirov S.V State primary special etalon chromatic dispersion in an optical fiber // Photon-Express, 2011. №5(93). pp. 39-41.

10 T-Comm #9-2014