CC BY
73
Измерения длины биений оптических волокон при зондировании импульсами увеличенной длительности
Бурдин В. А., ПГУТИ, г. Самара
С внедрением волоконно-оптических систем передачи (ВОСП), работающих со скоростью 10 Гбит/ с и выше, крайне актуальной для строительства и реконструкции волоконно-оптических линий передачи становится задача локализации на регенерационных участках (РУ) места с повышенными значениями поляризационной модо-вой дисперсии (ПМД) [1-8]. Для этой цели используются поляризационные оптические рефлектометры обратного рассеяния, работающие во временной области, — POTDR [8]. Измерения ПМД методом обратного рассеяния базируются на определении изменений плоскости поляризации (State Of Polarization — SOP) оптического излучения вдоль исследуемого ОВ по результатам измерений длины биений и длины корреляции и, фактически, сводятся к измерениям распределения длины биений оптического волокна (ОВ) вдоль линии [8]. В работах [9-11] была теоретически и экспериментально обоснована возможность измерений длины биений методом обратного рассеяния при использовании зондирующих импульсов увеличенной длительности. Но можно ли, увеличивая длительность зондирующего импульса, увеличить динамический диапазон измерений длины биений ОВ? Анализ известных аналитических решений [8, 12-17], описывающих изменения на ближнем конце оптического излучения релеевского рассеяния, распространяющегося в обратном направлении, для зондирующего импульса конечной длительности Т"о, однозначного ответа не дает. Действительно, воспользовавшись выводами [17], мощность линейно поляризованной составляющей сигнала, рассеянного в однородном ОВ на расстоянии z от ближнего конца линии, в общем виде можно записать, как:
некоторого перепада уровней мощности сигнала А требуется отношение сигнал/помеха, определяемое из соотношения
PP(z) = PS0 ■ exp (-2a■ z)■ [i + Q■ cos (2 • z/ LB)],
(1)
A = 5lg
i + SNR
i - SNR
(2)
где A — изменение уровня оптической мощности, которое необходимо измерить, дБм; SNR — необходимое для измерений этой величины значение отношения сигнал/помеха в точке измерений, дБм.
Принимая этот перепад равным выраженному в децибелах размаху колебаний A = 2А, из (2) определим необходимое для выделения переменной составляющей отношение сигнал/помеха в зависимости от A, а требуемый для измерений длины биений динамический диапазон DLg по формуле:
Dlb = D - SNR,
(3)
где Р50 — суммарная мощность потока, рассеянного на ближнем конце и распространяющегося в обратном направлении; Q — параметр, определяемый в зависимости от характеристик ОВ, поляризатора и зондирующего импульса, значения которого лежат в пределах от 1 до +1; а — коэффициент затухания ОВ; Lв —длина биений ОВ.
Как следует из (1), сигнал обратного рассеяния содержит переменную составляющую. Для измерений длины биений необходимо выделить эту переменную составляющую. Динамический диапазон для измерений длины биений растет с увеличением амплитуды колебаний, которая прямо пропорциональна произведению A = PSQ Но при этом, если суммарная мощность PSQ растет с увеличением длительности зондирующего импульса, то параметр Q уменьшается. Попробуем оценить требуемый для измерений длины биений ОВ динамический диапазон и ответить на поставленный вопрос.
Известно [18], что для измерений методом обратного рассеяния
где D—динамический диапазон измерений потерь оптической мощности оптическим рефлектометром при заданной длительности зондирующего импульса.
Величина A определялась экспериментально следующим образом. Для измерений использовали простейшую схему POTDR, согласно которой ОВ подключалось к входу прибора через поляризатор [8, 12]. Для измерений характеристики обратного рассеяния использовали оптический рефлектометр HP E600A с модулем E416A Измерения производились при длительностях зондирующих импульсов 10 нс, 30 нс, 100 нс, 300 нс, 1 мкс, 3 мкс и 10 мкс, — в двух направлениях. Данные измерений характеристик обратного рассеяния записывались в формате ASCII, а затем обрабатывались с использованием разработанного программного обеспечения. Оценки среднего значения длины биений по нормализованным характеристикам обратного рассеяния ОВ определялись подробно описанным в литературе методом LCR (Level Crossing Rate), основанным на подсчете числа пересечений характеристики с линией заданного уровня [8, 14-16]. Нормализованную характеристику получали путем обработки результатов измерений характеристик обратного рассеяния на основе специально разработанного для этих целей алгоритма. Примеры характеристики обратного рассеяния ОВ, одного из ее участков в увеличенном масштабе, нормализованная характеристика и ее фрагмента в увеличенном масштабе приведены на рис.1-4. Также на рис. 4 показано, как определялось локальное значение A.
В качестве примера приведены данные линии, составленной из трех последовательно соединенных методом сварки длин одномодового ступенчатого ОВ с типичными для таких волокон характеристиками, протяженностью 3,4 км, 0,580 км и 1,7 км, соответственно. При длительности зондирующего импульса 10 нс среднее значение длины биений исследуемого участка ОВ около 32,3 м, а при длительности 10 мкс — 37,1 м. Расхождение между этими оценками менее 15%, что для исследуемой величины приемлемо.
Полученные в результате расчетов оценки отношения сиг-
Рис. 1
РИс. 2
2 2.5 3 35
45 5 55 6
РИс. 3
Рис 4
Таблица 1
т„, НС А .М/Л' > дБм SNR, дБм D, дБм DiB, дБм ■1ШГ » км
30 1,8 2,0 15 13.0 59
100 1,5 2,4 19 16,6 75
1000 0,1 8,2 27 18,8 85
10000 0.01 13.2 34 20,8 94
нал/помеха и запаса по затуханию, который определяет рабочий диапазон рефлектометра, сведены в табл.1. Для сравнения приведены и приближенные оценки расстояний, в пределах которых могут быть осуществлены измерения длины биений стандартного оптического ступенчатого ОВ со средним значением километрического затухания — 0,22 дБ/ км. Здесь, запас по затуханию — это разность между значением динамического диапазона и требуемым отношением сигнал/помеха для заданной длительности зондирующего импульса. Как видим рабочий диапазон и, соответственно, протяженность участков линии, в пределах которых допустимы измерения длины биений, увеличиваются при увеличении длительности зонди-рующзго импульса.
Как видим, для стандартных одномодовых ступенчатых ОВ зондирование импульсами большей длительности — до 10 мкс, — позволяет увеличить рабочий диапазон и, соответственно, длину участка, в пределах которого могут быть выполнены измерения длины биений ОВ. Следует отметить, что результаты получены при использовании простейшей схемы — включении поляризатора на выходе обычного оптического рефлектометра. Можно ожидать, что применение специальных узкополосных лазеров и оптимизированных
схем приема позволит существенно улучшить характеристики. Вместе с тем, следует отметить, что полученные результаты не позволяют еще делать однозначные выводы. Значения исследуемого параметра существенно зависят от свойств волокон. Это требует выполнения большого объема исследований для волокон различного типа с существенно отличающимися оценками длины биений. Полученные данные позволяют лишь определить общую тенденцию изменений динамического диапазона с увеличением длительности зондирующего импульса и достаточно грубо оценить его для ограниченного класса ОВ.
Литература
1. Optical fiber telecommunication. IVA. Components// Edited by I. R Kaminow, T. Li// Academic press, Elsevier science, 2002. — 876 p.
2. Optical fiber telecommunication. IVB. Systems and impairments// Edited by I. R Kaminow, T. Li// Academic press, Elsever science, 2002. — 1022 p.
3. Бродский М., Бородицкий М., Магилл П., Фриго Н. Дж, Тур М. Шарнирно-секционная модель ПМД — Lightwave Russian Edition, №1, 2005. — С. 24-28.
4. Brodsky M., Magill P. D., Frigo N. J. Polarization Mode Dispersion of Installed Recent Vintage Fiber as a Parametric Function of Temperature.- IEEE Rhoton. Technol. Lett. — 2004, vol. 16 (1), pp. 209-211.
5. Magi l P.D., Brodsky M. RMD of Installed Fiber — an Overview. — Rroc. LEOS RMD Summer Topical Meeting, 2003, pp. 7-8, Paper MB2.2.
6. Allen Ch., Kondamuri P. K., Richards D. L, Hague D.C. Measured temporal and spectral RMD characteristics and their implications for network-level mitigation approaches. — J. Lightwave Technol., vol. 21 (1), 2003. — pp. 79-86.
7. Kondamuri R., Allen Ch. RMD Characterization of Installed Fiber: Final Report. — Technical Report, ITTC-FY2004-TR-33750-01, June 2004. — 21 p.
8. Gallarossa A., Menyuk C.R. Rolarization mode dispersion. — Springer, 2005. — 296 c.
9. Бурдин А.В., Бурдин ВА Рефлектометрический способ измерений параметров ПМД оптических волокон с использованием зондирующих импульсов увеличенной длительности//Фотон-Экспресс, 2006. — № 6 (54). — С. 72-77.
10. Андреев ВА, Бурдин ВА, Бурдин А.В. Проблемы и методы локализации участков ВОЛП с повышенной поляризационной модовой дисперсией//Физика волновых процессов и радиотехнические системы, 2008. — № 3(11). — С.131-139.
11. Бурдин ВА, Бурдинт А.В., Дашков М.В., Ромодин А.В. Динамический диапазон оптического рефлектометра при измерении длины биений оптических волокон импульсами увеличенной длительности//Фотон-Экс-пресс, 2008. — № 5-6 (69-70).
12. Gdkaossa A, Rdmied L, Schiano M., Tambosso T. Single-end polarization mode dispersion measurement using backcreflected spectra through a linear polarizer. — J. of Lightwave Technol., vol. 17, no.10, 1999, pp. 1835-1842.
13. Huttner B., Gisin B., Gisin N. Distributed RMD measurement with a polar-ization-OTDR in optical fibers. — J. of Lightwave Technol., vol.17, 1999, pp. 1843-1848.
14. Wui part M., Van Malderen J. Method for characterizing an optical fibre link. — Патент WO 2005/041449, 2004.
15. Wui lpart M., Ravst G., Megnat R., Blondel M. Rolarization mode dispersion mapping in optical fibers with a polarization-OTDR. — IEEE Rhotonics technology letters, vol.14, No12, 2002, pp. 1716-1718.
16. Wuilpart M., Rogers A J., Delosse Y., Megret R., Blondel M. Measurement of the spatial distribution of birefrigence in optical fibers. — IEEE Rhotonics Technology Letters, vol.13, No18, 2000, pp. 836-838.
17. JasenekJ. The use of Rolarization Optical Time-Domain Reflectometry for the birefringence distribution measurement along the SM optical fiber. — 12th International Scientific Conference "Radioelectronics 2002" : Bratislava, Slovak Republic, 14-16 Мсу, 2002. — pp. 234-238.
18. Anderson D. R., Johnson L, Bell F. G. Troubleshooting optical-fiber networks. Understanding and using your optical time-domain reflectometer. — Elseiver Academic press, 2004. — 437 p.
19. Описание оптического рефлектометра HR600A Руководство пользователя.
