5.2.Основные контролируемые параметры компонентов системWDM, их тестирование

Каждому компоненту  систем WDM характерны определенные контролируемые параметры.

Мультиплексоры и демультиплексоры являются основными компонентами систем DWDM, поэтому их полоса пропускания, уровень перекрестных помех, вносимых потерь, потерь на отражение, степень изоляции и поляризационные характеристики являются важнейшими параметрами, определяющими эффективность работы системы.

Вносимые потери. На рис. 5.4 изображена типовая установка для определения вносимых потерь мультиплексора/демультиплексора. На вход мультиплексора/демультиплексора подают сигнал широкополосного источника ASE, спектр которого равномерен и покрывает рабочуюполосу устройства. Выходной сигнал, поступающий в анализатор OSA, непосредственно отображает форму кривой вносимых потерь.

Чтобы облегчить или автоматизировать тестирование многоканальных устройств, используется оптический переключатель 1xN. Все компоненты измерительнойсистемы должны обладать низкой чувствительностью к состоянию поляризации светового сигнала.

Используя широкополосный источник и анализатор OSA – можно измерить спектр потерь, зависящих от поляризации (PDL). Анализатор должен выполнить несколько циклов сканирования при разных случайным образом выбранных состояниях поляризации. Разница между минимальными и максимальными измеренными значениями и составляет потери PDL.

 

 5.4.png

Рисунок 5.4.  Сигнал от источника ASE проходит через мультиплексор и исследуется анализатором OSA на каждом выходном порту (с помощью оптического переключателя)

 

У многих компонентов систем DWDM (например, фильтров и брэгговских решеток) необходимо также измерять зависимость потерь PDL от длины волны. Для этого постоянный источник в рассмотренной конфигурации заменяют на перестраиваемый лазерный источник.

Перекрестные помехи. Чтобы измерять перекрестные помехи между каналами DWDM, источник ASE, использовавшийся в предыдущих схемах измерений, заменяют на узкополосный перестраиваемый лазерный источник. Далее пошагово изменяют длину волны излучения перестраиваемого источника (на величину волнового разрешения) и на каждом шаге сканируют анализатором OSA все каналы мультиплексора/демультиплексора. Измерения повторяются до тех пор, пока не будет исследован весь заданный диапазон длин волн. Разрешение измерения определяется шагом перестройки лазера, а не спектральным разрешением анализатора, и кривая потерь может быть определена с разрешением лучше 0,001 нм в большом динамическом диапазоне, рис. 5.5, a.

5.5.png

Рисунок 5.5.  Перекрестные помехи измеряют с помощью:

а) перестраиваемого лазера с анализатором OSA или

b) перестраиваемого лазера с измерителями мощности

 

Эта измерительнаяпроцедура занимает очень много времени, особенно при тестировании многоканальныхкомпонентов; ускорить ее можно, использую вместо OSA многоканальные измерители мощности, рис. 5.6, b. Для калибровки следует использовать измеритель длин волн.

Потери на отражение Оптические потери на отражение ORL (OpticalReturnLoss) измеряются с помощью источника излучения, разветвителя и фотодетектора, часто называемого измерителем обратного отражения OCWR (OpticalContinuousWaveReflectometer). На этапе калибровки вместо тестируемого компонента подключают компонент с известным коэффициентом отражения; после чего в измерительную схему вводят сам тестируемый компонент. ORL могут зависеть от длины волны. Чтобы определить эту зависимость, в рассмотренной измерительной конфигурации используют мощный, перестраиваемый лазер с умеренной степенью когерентности либо широкополосный источник (лазер ASE); при этом анализатор OSA используют в качестве детектора, рис. 5.6.

5.6.png

Рисунок 5.6.  Измерение зависимости ORL от длины волны

 

Полоса пропускания. Для измерения оптической полосы пропускания используется процедура, аналогичнаяпроцедуре измерения вносимых потерь. От спектральной характеристики самой измерительной системы можно избавиться при помощи опорного измерения. На рис. 5.7 показана типовая измерительная установка.

5.7.png

Рисунок 5.7.  С помощью простой схемы измерений, использующей источник ASE и анализатор OSA, определяют характеристики полосы пропускания

 

 

Во многих рассмотренных схемах измерений используется одно и тоже тестовое оборудование, что облегчает автоматизацию тестовых процедур.

Поляризационная модовая дисперсия. Для измерения PMD используют поляриметрические (волновые) методы, которые позволяют наблюдать функциональную зависимостьдифференциальной групповой задержки DGD от длины волны.

Переключатели. Во многих случаях важно знать такие характеристики переключающих элементов, как потери, перекрестные помехи и переходные характеристики. Контрольная аппаратура, используемая для их тестирования, должна иметь большие динамические диапазоны при высоких скоростях измерений.Для тестирования оптических переключателей используются источник излучения, многоканальный измеритель мощности излучения и подходящий контроллер переключателя, рис.5.8.

Для измерения скорости переключения необходим измеритель мощности с высокой скоростью АЦП и быстрой стабилизацией. Чтобы автоматизировать измерения, измеритель мощности должен идентифицировать наличие оптического сигнала на выходах переключателя и подавать на переключатель управляющие электрические сигналы.

5.8.png

Рисунок 5.8.  Высокоскоростные измерители мощности излучения позволяют тестироватьсовременные переключатели

 

Высокая скорость АЦП и быстрая стабилизация требуются также для устройств, с помощью  которых определяется предельная скорость переключения и уровень перекрестных помех.

Оптические источники.  Центральная длина волны и мощность излучения на выходе лазерных диодов являются важными параметрами систем WDM. Для измерения этих параметров используются волновые измерители и высокоскоростные измерителимощности излучения с большой скоростью выборки и соответствующие оптические переключатели.

На рис. 5.9 приведена конфигурация измерительной системы для быстрого сканирования зависимости выходной мощности от входного тока лазера сразу для четырех устройств при помощи четырехканального измерителя мощности. Повторное измерение длины волны при одном или нескольких заданных уровнях мощности можно обеспечить с помощью оптического переключателя 1х4 .

Последовательность измерений:

1. Управляющий триггер сигнализирует о начале нарастания тока, подаваемого на все лазеры, срабатывая чуть ниже ожидаемого порога генерации лазера.

5.9.png

Рисунок 5.9.  Измерение характеристик лазерного источника

 

2. Этот же триггер задает начало измерения мощности входных каналов. Если скорость нарастания управляющего тока постоянна, то выходную мощность в любой момент времени можно точно сопоставить с линейно меняющимся входным током на протяжении всего цикла сканирования. Используя быстродействующие измерители мощности, можно снимать несколько тысяч показаний в секунду, что обеспечивает достаточное разрешение в пороговой области, несмотря на малое время измерений.

3. После определения зависимости выходной мощности излучения от тока (кривая L-I) устройство, управляющее током лазера, задает уровень тока для каждого канала немного выше порога генерации (рабочий уровень мощности). После этого можно точно измерить длину волны при помощи волнового измерителя.

Стабилизатор длины волны должен выдерживать длину волны с очень высокой точностью, обеспечивая ее соответствие стандартному частотному плану ITU. Для определения характеристик стабилизатора обычно используется измеритель длин волн.

Приемники. Полупроводниковые фотодетекторы входят в режим насыщения с увеличением входной мощности, поэтому необходимо тестировать их линейность. Смещение p-i-n перехода улучшает линейность приемника, но увеличивает шум темнового тока, что ограничивает измерение слабых сигналов. Различные меры, предпринимаемые дляувеличения динамического диапазона (предусилители с высоким входным сопротивлением, автоматические цепи управления усилением или автоматический выбор постоянных шагов усиления), увеличивают нелинейности, особенно для сигналов малоймощности.

Усилители EDFA. Прежде чем оптический усилитель на волокне, легированном эрбием EDFA, можно будет использовать в системе DWDM, необходимо определить ряд его характеристик. В первую очередь, это коэффициент усиления для каждого канала. Во-вторых, это равномерность усиления – необходимо выровнять коэффициент усиление так, чтобыобеспечить одинаковое усиление оптических сигналов во всех каналах. Усиление впределах каждого канала также должно быть равномерным. Кроме того, требуетсяопределить усиление слабых сигналов по всей полосе пропускания, рис. 5.10.

 

5.10.png

Рисунок 5.10  Пример усиления оптического сигнала

 

Явление усиления спонтанного излучения вызывает шум в усилителе EDFA, поэтому нужно исследовать шум во всем рабочем диапазоне усилителя и определить отношение сигнал/шум для каждого канала. Требуется также провести измерение чувствительности EDFA к обратным отражениям (от устройств ниже по линии связи), а также общих поляризационных параметров PMD, PDL и PDG (PolarizationDependentGain).

Выходной сигнал EDFA при снятииАЧХ можно исследовать многоканальным измерителем мощности,анализатором OSA или волновым измерителем. Процедура эта выполняется поочередно для каждого канала. Во все остальныеканалы, кроме измеряемого в данный момент, должна быть подана типовая для планируемых рабочих условий мощность. Усиление слабых сигналов измеряют на каждой длине волны. Для этого предварительно уменьшают мощность входного сигнала с помощью регулируемого аттенюатора до –30 дБм, после чего повышают и непрерывно следят за уровнем усиления, отмечая момент, при котором усиление ослабевает на 3 дБ. Это – так называемая точка спада, которая обычно задает предельную рабочую входную мощность.

Приработе EDFA распределяет свою мощность по всем подаваемым на его вход каналам.Так как мощность излучения на выходе EDFA постоянна, то при удалении одного извходных каналов мощность, которую EDFA тратил усиление этого канала, распределится по оставшимся каналам. В связи с этим необходимо контролировать усиление вкаждом из оставшихся каналов, для того чтобы сохранить требуемый уровень сигнала вкаждом канале.

Еще одним важным контролируемым параметром является шум-фактор. Шум-фактор тестируемого компонента, на месте которого может быть оптическийусилитель или целиком линия связи от точки до точки, может быть определен как расстояние до нижнего уровня частотной характеристики RIN, рис. 5.11.

5.11.png

Рисунок 5.11.  Измерение типичного RIN для усилителя EDFA

 

Изоляторы. Чтобы не пропускать в обратном направлении отраженный сигнал, или другие нежелательные сигналы, например шум ASE, в оптической линии связи повсеместно необходимы оптические изоляторы. Любое из упомянутых явлений может нарушить целостность сигнала. Вносимые потери для изоляторов и, особенно, потери на отражение необходимо определить во всем диапазоне рабочих длин волн. Эти измерения можно выполнить, используя перестраиваемый лазер и измеритель мощности излучения, либо широкополосный источник ASE и анализатор OSA.

Потери PDL могут существенно повлиять на эффективность изолятора, но так как онипостоянны в области 1550 нм (зона DWDM), то обычно ограничиваются единственнымизмерением, рис. 5.12.

5.12.png

Рисунок 5.12. Схема для измерения потерь PDL изолятора