5.1.2 Приемники для тестирования

Тестирование компонентов систем WDM практически всегда связано с определением длины волны и чувствительности устройства к потерям. Поэтому измерительная установка обычно включает либо систему детектирования заданных длин волн для широкополосного источника, либо широкополосную систему детектирования сперестраиваемым лазерным источником.

Требования, предъявляемые к приемникам в задачах тестирования, аналогичны требованиям к источникам. Спектральная характеристика широкополосного приемника излучения должна быть однородной, отклик приемника − линейным в максимально возможном динамическом диапазоне, а вносимый при измерении уровень шумов – минимальным. Желательно также, чтобы поляризационная чувствительность была как можно меньше.

Измерители мощности излучения. В широкополосных оптических измерителях мощности чаще всего используются фотодиоды, имеющие высокую спектральную чувствительность в стандартном диапазонедлин волн. При этом могут использоваться сменные модули для переключения зон

приема. Они имеют гладкую и достаточно равномерную зависимость отклика от длины волны (в особенности фотодетекторы на основе InGaAs). Для обеспечения высокой точности измерений на произвольной длине волны фотодиоды обычно калибруют.

Измерители мощности (особенно модели с термоэлектрическими охладителями) имеют высокую стабильность и динамический диапазон, необходимый для большинства случаев измерения потерь, а также малую чувствительность к поляризации.

Анализаторы оптического спектра. Существуют разные способы выделения длин волн, которые используются для анализа оптического спектра.

В основе первого способа лежит интерференция двух пучков входного излучения. Эти пучки проходят по разным оптическим плечам интерферометра Майкельсона (фиксированной и переменной длины), и интенсивность света на выходе интерферометра меняется из-за перемещения зеркала. Попадая далее на фотодетектор, свет преобразуется в электрический сигнал, анализ которого с помощью быстрого преобразования Фурье (БПФ) позволяет получить спектр исходного сигнала (Рис. 5.3 а).

В другом подходе (Рис. 5.3, b) используется дисперсионная решетка, отражающая лучипод разными углами в зависимости от длины волны. При повороте решетки происходит сканирование всех длин волн, присутствующих в спектре входного сигнала, через выходную щель прибора. 

5.3a.png

Рисунок 5.3 a. В интерферометрическом методе для интерференции двух пучков света используется перемещаемое зеркало.

5.3b.png

Рисунок 5.3. b. Вращающаяся дисперсионная решетка отражает на зеркало излучение с разными длинами волны в зависимости от угла поворота

5.3s.png

 

Рисунок 5.3 c. Фиксированная решетка разделяет входной пучок на спектральные составляющие, которые затем попадают на детекторы

Для увеличения разрешения используется двойной проход оптического пучка через систему.

Третий способ (рис.5.3 c) аналогичен только что рассмотренному, но в данной конструкции решетка закреплена. Отраженные решеткой спектральные составляющие входного пучка распределяются по линейке отдельных фотодетекторов (или попадают на одиночный перемещаемый фотодетектор).

Отметим важнейшие характеристики анализатора оптического спектра:

• Динамический диапазон – определяет возможность измерения амплитуд сигналов в широком диапазоне. Большой динамический диапазон может потребоваться, например, при исследовании полосы пропускания оптического канала, когда могут быть важны аномальные характеристикибоковой полосы, уровень мощности которой ниже уровня основного сигнала более, чем на 50 дБ.

• Чувствительность – способность измерять оптические сигналы маленькой интенсивности.

• Разрешение по полосе пропускания RBW (ResolutionBandwidth) – возможность различения близко расположенных длин волн, которая необходима для исследования спектральной структуры каналов систем DWDM. RBW приобретает все большее значение с увеличением числа используемых каналов в прежнем волновом диапазоне.

• Точность – возможность точно и правильно измерять длины волн и мощность.

Первые две характеристики зависят в основном от используемого детектора, следовательно, выбирая детектор, можно частично удовлетворить требованиям конкретногоизмерения.

Важным достоинством анализаторов OSA, использующих дифракционные решетки, является их высокое спектральное разрешение. Современный уровень производствапозволяет изготовлять решетки со спектральным разрешением достаточным для тестирования систем DWDM. В тоже время абсолютная точность измерений является ахиллесовой пятой таких анализаторов: калибровка абсолютной длины волны зависит отположения множества механических компонентов – в частности углового положениярешетки – поэтому трудно гарантировать стабильные результаты.

Измерители длины волны. Измеритель длины волны представляет второй тип приемника с избирательностью подлинам волн. По сути, он является интерферометром Майкельсона, рис. 5.3, a. Перемещение зеркала в опорном плече интерферометра приводит к изменению картины интерференции двух пучков света. При этом результирующий сигнал на фотодетектореизменяется синусоидально для входного монохроматического светового пучка, а дляпучка с несколькими длинами волн - по более сложному закону. Чтобы получитьспектр входного оптического сигнала, электрический сигнал на выходе фотодетектораобрабатывается с помощью быстрого преобразования Фурье.

Измеритель длины волны по характеристикам сопоставим с анализатором OSA, однакоих сильные и слабые стороны полностью различаются. Во-первых, измеритель длиныволны полностью использует всю энергию источника, а потому измерения в спектральном диапазоне (или на нескольких разных длинах волн) с помощью измерителя длинволн выполняются одновременно, в отличие от OSA (детектор OSA в каждый моментвремени наблюдает лишь за небольшой спектральной зоной). Измеритель длины волныудобен для масштабного, быстрого тестирования каналов.

Точная информация об относительной длине волны извлекается из сигнала методами БПФ, а привязка к абсолютной длине волны производится по встроенному в прибор гелий-неоновому (He-Ne)лазеру. Таким образом, в итоге абсолютная точность измерений довольно высока (лучше, чем 0,005 нм), чего вполне достаточно для исследования спектрального распределения каналов, например, в 80-канальных системах WDM.

Измеритель длин волн имеет ограниченный динамический диапазон измерений (чуть больше 30 дБ), чего недостаточно для полного описания характеристик каналов системы DWDM, а также низкую чувствительность к слабым сигналам. Тем не менее, высокая точность измерения длин волн и возможность одновременной регистрации всех длин волн полосы пропускания делают его весьма полезным дополнением к анализатору спектра OSA. Измерители длин волн со встроенным эталоном абсолютной длины волны предназначены для измерений, требующих частой калибровки.