pracy skoncentrowano się na pomiarze właściwości spektralnych nietypowych krotnic przeplotowych przeznaczonych dla systemów UDWDM, których odstępy międzykanałowe wynoszą od kilku do kilkunastu GHz.



Streszczenie— W prezentowanej pracy omówiono problemy pomiarowe oraz przedstawiono wyniki pomiaru właściwości optycznej krotnicy przeplotowej zrealizowanej w konfiguracji interferometru Macha-Zehndera przeznaczonej dla selekcji kanałów o gigahercowych odstępach.

Słowa kluczowe — Optyczne krotnice przeplotowe, interferometr Macha-Zehndera.

I. W STĘP

pracy skoncentrowano się na pomiarze właściwości spektralnych nietypowych krotnic przeplotowych przeznaczonych dla systemów UDWDM, których odstępy międzykanałowe wynoszą od kilku do kilkunastu GHz.

Planuje się, że krotnice będą współpracowały z opracowanymi w laboratorium wielofalowymi źródłami optycznymi. Źródła te umożliwiają uzyskanie odstępów międzykanałowych od 1 do ok. 3 GHz. Zwiększenie odstępu pomiędzy optycznymi częstotliwościami nośnymi do kilkunastu GHz możliwe jest dzięki separacji kanałów za pomocą krotnic przeplotowych.

Dla systemów UDWDM zaproponowano zastosowanie krotnic, których konstrukcja bazuje na konfiguracji światłowodowego interferometru Macha-Zehndera (Rys. 1).

Rys. 1. Krotnica przeplotowa w konfiguracji interferometru Mach-Zehndera.

Krotnica składa się z dwóch sprzęgaczy kierunkowych, o transmitancji wyrażonej równaniem:

ሾܶ _ଵ ሿ ൌ ͳ

ξʹ ൤ ͳ െ݆

െ݆ ͳ ൨ oraz ramion (linii opóźniających):

Jan Lamperski, Katedra Systemów Telekomunikacyjnych i Optoelektroniki, Politechnika Poznańska, ul. Polanka 3, 60-965 Poznań, (Tel.:

+48-61-6653809; e-mail: jlamper@et.put.poznan.pl).

ሾܶ _ଶ ሺߥሻሿ ൌ ൤ ͳ Ͳ Ͳ ݁ݔ݌ሺെʹߨ݆ߥ߬ሻ ൨

gdzie: W – różnica czasów propagacji w ramionach interferometru, Q – częstotliwość optyczna.

Charakterystykę transmitancyjną krotnicy otrzymujemy jako iloczyn macierzy oddzielnych elementów:

ൣܶ ௜௝̴ெ௓ ሺߥሻ൧ ൌ ͳ

ξʹ ൤ ͳ െ݆

െ݆ ͳ ൨ ൤ ͳ Ͳ

Ͳ ݁ݔ݌ሺെʹߨ݆ߥ߬ሻ ൨ ͳ

ξʹ ൤ ͳ െ݆

െ݆ ͳ ൨

ൌ ͳ

ʹ ൤ ͳ െ ݁ݔ݌ሺെʹߨ݆ߥ߬ሻ െ݆ሾͳ ൅ ݁ݔ݌ሺെʹߨ݆ߥ߬ሻሿ

െ݆ሾͳ ൅ ݁ݔ݌ሺെʹߨ݆ߥ߬ሻሿ െሾͳ െ ݁ݔ݌ሺെʹߨ݆ߥ߬ሻሿ ൨ Transmitancję mocy optycznej opisuje zależność:

ቂหܶ ௜௝̴ெ௓ ሺߥሻห ^ଶ ቃ ൌ ൤ ܿ݋ݏ ^ଶ ሺߨߥ߬ሻ ݏ݅݊ ^ଶ ሺߨߥ߬ሻ ݏ݅݊ ^ଶ ሺߨߥ߬ሻ ܿ݋ݏ ^ଶ ሺߨߥ߬ሻ ൨

Zwykle sygnał wejściowy doprowadzony jest do jednego wejścia i wtedy:

൤ ܲ ଵ̴ௐ௒

ܲ ଶ̴ௐ௒ ൨ ൌ ൤ ܿ݋ݏ ^ଶ ሺߨߥ߬ሻ

ݏ݅݊ ^ଶ ሺߨߥ߬ሻ ൨ ൈ ܲ ଵ̴ௐா

Powyższe równanie pokazuje, że transmitancja mocy jest funkcję okresową z okresem równym 1/W.

Krotnica przeplotowa zbudowana w oparciu o opisany układ będzie rozdzielała nieparzyste i parzyste częstotliwości nośne WDM gdy odstępy między nimi będą wynosiły:

ߜߥ ൌ ͳ ʹ߬ ൌ ܿ

ʹ݊ߜ݈

gdzie:

c – prędkość światła w próżni, n – współczynnik załamania włókna,

G l – różnica długości ramion interferometru Macha- Zehndera.

Pomiary spektralne filtrów optycznych, krotnic falowych oraz optycznych krotnic transferowych najczęściej realizowane są z wykorzystaniem analizatorów widma stosując jako źródło światła przestrajalne lasery lub szerokopasmowe źródła ASE.

Pomiar właściwości spektralnych optycznej krotnicy przeplotowej

Jan Lamperski

W

2012

Podjęte badania miały na celu opracowanie metodyki pomiaru oryginalnych konstrukcji optycznych krotnic przeplotowych przeznaczonych do systemów z ultra gęstym zwielokrotnieniem falowym.

II. P OMIAR KROTNIC PRZEPLOTOWYCH PRZEZNACZONYCH DLA SYSTEMÓW Z GIGAHERCOWYMI ODSTĘPAMI POMIĘDZY

OPTYCZNYMI CZĘSTOTLIWOŚCIAMI NOŚNYMI

Rozdzielczość klasycznych analizatorów widma nie jest wystarczająca do realizacji pomiarów krotnic przeznaczonych dla systemów, w których odstępy pomiędzy optycznymi częstotliwościami nośnymi wynoszą kilka GHz (Rys. 2) [2].

Rys. 2. Rezultaty próby pomiaru krotnicy UDWDM klasycznym analizatorem widma.

W związku z tym w proponowanych wcześniej pomiarach [2] wykorzystano własną konstrukcję analizatora widma wysokiej rozdzielczości wykorzystującego przestrajalny elaton Fabry-Perot.

Przykładowe wyniki pomiarów charakterystyk spektralnych światłowodowej krotnicy M-Z pokazano na Rys. 3 [2].

Rys. 3. Charakterystyka krotnicy w szerokim zakresie częstotliwości.

Jak widać zbudowany analizator posiada wystarczającą rozdzielczość jednakże jego wadą jest trudność w

precyzyjnym określeniu bezwzględnych i względnych wartości częstotliwości. Problem określenia względnej skali częstotliwości spowodowany jest, korzystną z innych względów, możliwością regulacji w szerokim zakresie parametru FSR.

W związku z tym w celu wyznaczenia parametrów krotnicy, a w szczególności odległości pomiędzy zerami transmitancji zastosowano metodę tradycyjną wykorzystującą precyzyjny przestrajalny laser.

Parametry najlepszych dostępnych laserów nie są wystarczające do zrealizowania założonych pomiarów.

W szczególności:

- względna dokładność długości fali wynosi ±0,035 nm, - rozdzielczość wynosi 0,001nm (125 MHz),

- powtarzalność ustawienia długości fali wynosi: ±0,035 nm.

Niektóre z problemów, związanych z ograniczoną rozdzielczością, powtarzalnością ustawień długości fal oraz stabilnością ilustrują poniższe rysunki.

Rys. 4 ilustruje problem nierównomierności skali długości fal.

Rys. 4. Charakterystyka spektralna krotnicy, wyjścia A i B, problem nierównomierności przestrajania długości fali.

Na Rys. 5 pokazano problem dokładności oraz powtarzalności dostrajania długości fali.

Rys. 5. Charakterystyka spektralna krotnicy, wyjścia A i B, problem

dokładności oraz powtarzalności dostrajania długości fali.

Na Rys. 6 pokazano charakterystyki krotnicy po uśrednieniu 4 cykli pomiarowych.

Rys. 5. Charakterystyka spektralna krotnicy, wyjścia A i B, wyniki uśrednione po czterech cyklach pomiarów.

Problem precyzji oraz powtarzalności dostrajania długości fali lasera przestrajalnego może być rozwiązany stosując dodatkowy miernik długości fal.

Stosując układ pomiarowy zawierający przestrajalny laser, miernik mocy optycznej oraz miernik długości fal, a także stosując procedurę uśredniania w szerokim zakresie długości fal oraz dopasowania wyników pomiarowych do znanej funkcji transmitancji uzyskano dokładność określenia FSR krotnicy na poziomie ok. 10 MHz. Dokładność potwierdzono porównując wyniki z danymi katalogowymi wzorcowego interferometru.

III. W NIOSKI

Uzyskane wyniki potwierdzają możliwość pomiaru i precyzyjnego zestrojenia budowanych krotnic przeplotowych przeznaczonych do zastosowania w systemach UDWDM.

L ITERATURA

[1] K. Perlicki, Pomiary w optycznych systemach telekomunikacyjnych, WKŁ, 2002.

[2] Jan Lamperski, Problemy pomiaru charakterystyki spektralnej optycznej

krotnicy przeplotowej UDWDM, XV Poznań Telecommunications

Workshop, 9 December 2011, s 86-87