PL222771B1

PL222771B1 - Sposób i układ do pomiaru współczynnika nieliniowości światłowodu

Info

Publication number: PL222771B1
Application number: PL406795A
Authority: PL
Inventors: Krzysztof Perlicki
Original assignee: Orange Polska Spółka Akcyjna
Priority date: 2014-01-07
Filing date: 2014-01-07
Publication date: 2016-09-30
Also published as: EP2891874A3; EP2891874A2; PL406795A1

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób pomiaru współczynnika nieliniowości światłowodu i układ do pomiaru współczynnika nieliniowości światłowodu, zwłaszcza w procesie wytwarzania rdzeni światłowodu.

Sposoby pomiaru parametrów światłowodów telekomunikacyjnych są opisane w książce Krzysztofa Perlickiego pod tytułem: Pomiary w optycznych systemach telekomunikacyjnych. Wydawnictwa Komunikacji i Łączności, Warszawa 2002. Zaś w książce pod tytułem: Pomiary oscyloskopowe. Wydawnictwa Naukowo-Techniczne. Warszawa 2007, autorstwa Jerzego Rydzewskiego, są opisane metody pomiaru parametrów linii przesyłowych przy użyciu oscyloskopów cyfrowych. W książce pod tytułem: Nieliniowa optyka światłowodowa. Wydawnictwa Naukowo-Techniczne. Warszawa 2011, autorzy Mirosław Karpisz i Ewa Weinert-Rączka, szczegółowo opisują parametry propagacji sygnałów świetlnych w światłowodach.

W dokumentacji polskiego opisu patentowego PL 153768 B1 jest opisany sposób i układ do pomiaru bardzo małych wartości współczynnika zniekształceń nieliniowych. Z dokumentacji europejskiego zgłoszenia patentowego EP 2230782 A1 znane jest monitorowanie nieliniowych zakłóceń w światłowodowym systemie telekomunikacyjnym polegające na testowaniu sygnałem świetlnym o odpowiednio dobranej amplitudzie i czasie trwania impulsu, a wynik pomiaru jest prezentowany na płaszczyźnie liczb zespolonych. Opisane w amerykańskim opisie patentowym US 6909496 B2 sposób i urządzenie do łatwego i szybkiego pomiaru współczynnika nieliniowego odbicia w światłowodzie charakteryzują się tym, że odcinek badanego światłowodu jest umieszczany między źródłem modulowanego sygnału świetlnego o zmienianej odpowiednio amplitudzie a optycznym odbiornikiem układu pomiarowego.

Istota sposobu pomiaru współczynnika nieliniowości światłowodu, według wynalazku, polega na tym, że odcina się odcinek badanego światłowodu o długości określonej wzorem L_SWT = T_SWT(c/nSWT), w którym TSWT oznacza czas trwania interwału czasowego między dwoma kolejnymi impulsami sygnału świetlnego T_REP generowanego przez laser półprzewodnikowy, n_SWT - współczynnik załamania światła w rdzeniu odcinka badanego światłowodu, c - prędkość fali elektromagnetycznej światła widzialnego w próżni. Po czym jeden koniec odcinka badanego światłowodu łączy się z trzecimi wrotami sprzęgacza kierunkowego, zaś drugi koniec odcinka badanego światłowodu, poprzez drugi kontroler polaryzacji, łączy się z drugimi wrotami sprzęgacza kierunkowego. Następnie z lasera półprzewodnikowego, który jest sterowany sygnałami elektrycznymi z układu sterowania, emituje się impulsowe sygnały świetlne T_REP w równych odstępach czasu T_SWT. Po czym stany polaryzacji impulsowych sygnałów świetlnych doprowadzanych do pierwszych wrót i do drugich wrót koryguje się odpowiednio pierwszym kontrolerem polaryzacji i drugim kontrolerem polaryzacji. Tak skorygowane sygnały świetlne docierają do fotoodbiornika, w którym zamienia się je na sygnał elektryczny. Następnie przy użyciu oscyloskopu mierzy się amplitudę i fazę sygnału elektrycznego, przy czym do pomiaru fazy wykorzystuje się sygnał odbierany i pochodzący z układu sterowania. Pomiar fazy przeprowadza się w połowie zbocza narastającego impulsu sygnału elektrycznego (na spadku 3 dB impulsu sygnału). Po czym w module pomiarowym mierzy się wartość numeryczną dyspersji i tłumienności odcinka badanego światłowodu oraz amplitudy i fazy sygnałów świetlnych. Sygnały elektryczne z wynikami tych pomiarów zapisuje się w module rejestrującym, z którego sygnały elektryczne z wynikami tych pomiarów selektywnie przekazuje się do modułu obliczeniowego. W module obliczeniowym, na podstawie pobranych z modułu pomiarowego wyników pomiaru amplitudy i fazy, wyznacza się część rzeczywistą i część urojoną sygnału każdego z kolejnych odbieranych impulsów świetlnych, których wykres na ekranie oscyloskopu stanowi spirala Archimedesa. W module obliczeniowym wyznacza się długość spirali Archimedesa. Następnie wartość numeryczną współczynnika nieliniowości badanego odcinka światłowodu wyznacza się w module obliczeniowym na podstawie wzoru Y_SWT = mL_SPIR, gdzie m jest współczynnikiem zależnym od czasu trwania impulsu sygnału świetlnego, szczytowej mocy optycznej impulsów sygnału świetlnego o wartości numerycznej równej kwadratowi amplitudy sygnału świetlnego mierzonego oscyloskopem, długości odcinka badanego światłowodu, wartości numerycznej jego dyspersji i tłumienia.

Istota układu do pomiaru współczynnika nieliniowości światłowodu, według wynalazku, polega na tym, że układ sterowania jest połączony z oscyloskopem i laserem półprzewodnikowym. Laser półprzewodnikowy jest połączony, poprzez pierwszy odcinek światłowodu, z pierwszym kontrolerem polaryzacji, którego wyjście jest połączone z pierwszymi wrotami sprzęgacza kierunkowego, zaś do

PL 222 771 B1 drugich wrót sprzęgacza kierunkowego jest podłączone wyjście drugiego kontrolera polaryzacji. Trzecie wrota sprzęgacza kierunkowego, poprzez badany światłowód, są połączone z wejściem drugiego kontrolera polaryzacji, zaś czwarte wrota sprzęgacza kierunkowego, poprzez drugi odcinek światłowodu, są połączone z wejściem fotoodbiornika. Pierwsze wyjście fotoodbiornika, poprzez oscyloskop, jest połączone z modułem obliczeniowym, zaś drugie wyjście fotoodbiornika, poprzez szeregowo połączone moduł pomiarowy i moduł rejestracji, jest połączone z modułem obliczeniowym, do którego jest dołączona druga klawiatura.

Podstawowe korzystne skutki stosowania sposobu i układu do pomiaru współczynnika nieliniowości światłowodu, według wynalazku, w odniesieniu do dotychczasowego stanu techniki, polegają na skróceniu czasu trwania procedury pomiarowej zapewniającej uzyskanie na oczekiwanym poziomie ufności wyniku pomiaru współczynnika nieliniowości światłowodu poprzez dobór czynności i kolejności ich realizacji w tejże procedurze pomiarowej oraz poprzez dobór optymalnej liczby przyrządów optycznych i struktury ich wzajemnych połączeń na stanowisku pomiarowym.

Przykład wykonania układu do pomiaru współczynnika nieliniowości światłowodu, według wynalazku, jest odtworzony na rysunku w postaci schematu blokowego.

W przykładzie wykonania sposobu pomiaru współczynnika nieliniowości światłowodu, według wynalazku, odcina się odcinek badanego światłowodu SWT o długości określonej wzorem L_SWT = T_SWT(c/n_SWT), w którym T_SWT oznacza czas trwania interwału czasowego między dwoma kolejnymi impulsami sygnału świetlnego T_REP generowanego przez laser półprzewodnikowy LP, n_SWT - współczynnik załamania światła w rdzeniu odcinka badanego światłowodu SWT, c - prędkość fali elektromagnetycznej światła widzialnego w próżni. Dane o długości odcinka badanego światłowodu SWT i o jego parametrach technicznych oraz parametry impulsowych sygnałów świetlnych wprowadza się pierwszą klawiaturą K1 do stałej pamięci układu sterowania US. Po czym jeden koniec odcinka badanego światłowodu SWT łączy się z trzecimi wrotami 3 sprzęgacza kierunkowego SK, zaś drugi koniec odcinka badanego światłowodu SWT, poprzez drugi kontroler polaryzacji KP2, łączy się z drugimi wrotami 2 sprzęgacza kierunkowego SK.

Następnie z lasera półprzewodnikowego LP, który jest sterowany sygnałami elektrycznymi z układu sterowania US, emituje się impulsowe sygnały świetlne T_REP w równych odstępach czasu T_SWT. Przy czym stany polaryzacji impulsowych sygnałów świetlnych doprowadzanych do pierwszych wrót 1 i do drugich wrót 2 koryguje się odpowiednio pierwszym kontrolerem polaryzacji KP1 i drugim kontrolerem polaryzacji KP2. Tak skorygowane sygnały świetlne docierają do fotoodbiornika FO, w którym zamienia się je na sygnał elektryczny. Następnie przy użyciu oscyloskopu OS mierzy się amplitudę i fazę sygnału elektrycznego, przy czym do pomiaru fazy wykorzystuje się sygnał odbierany i pochodzący z układu sterowania US. Pomiar fazy przeprowadza się w połowie zbocza narastającego impulsu sygnału elektrycznego (na spadku 3 dB impulsu sygnału).

W module pomiarowym MP mierzy się wartość numeryczną dyspersji i tłumienności odcinka badanego światłowodu SWT oraz amplitudy i fazy sygnałów świetlnych, przy czym sygnały elektryczne z wynikami tych pomiarów zapisuje się w module rejestrującym MR. Z modułu rejestrującego MR sygnały elektryczne z wynikami tych pomiarów selektywnie przekazuje się do modułu obliczeniowego MO. Drugą klawiaturą K2 wprowadza się do modułu obliczeniowego MO sygnały elektryczne, którymi ustala się kolejność przetwarzania sygnałów elektrycznych pochodzących z oscyloskopu OS.

W module obliczeniowym MO, na podstawie pobranych z modułu pomiarowego MP sygnałów elektrycznych z wynikami pomiaru amplitudy i fazy, wyznacza się część rzeczywistą i część urojoną sygnału każdego z kolejnych odbieranych impulsów świetlnych, których wykres na ekranie oscyloskopu OS stanowi spirala Archimedesa. W module obliczeniowym MO wyznacza się długość spirali Archimedesa L_SPIR. Następnie wartość numeryczną współczynnika nieliniowości badanego odcinka światłowodu wyznacza się w module obliczeniowym MO na podstawie wzoru Y_SWT = mL_SPIR, gdzie m jest współczynnikiem zależnym od czasu trwania impulsu sygnału świetlnego T_REP, szczytowej mocy optycznej impulsów sygnału świetlnego o wartości numerycznej równej kwadratowi amplitudy sygnału świetlnego mierzonego oscyloskopem OS, długości odcinka badanego światłowodu L_SWT, wartości numerycznej jego dyspersji i tłumienia.

W przykładzie wykonania układu do pomiaru współczynnika nieliniowości światłowodu, według wynalazku, układ sterowania US jest połączony z klawiaturą K1, laserem półprzewodnikowym LP i oscyloskopem OS, do którego jest podłączony ploter PL.

Laser półprzewodnikowy LP jest połączony, poprzez pierwszy odcinek światłowodu SW1, z pierwszym kontrolerem polaryzacji KP1. Wyjście pierwszego kontrolera polaryzacji KP1 jest połą4

PL 222 771 B1 czone z pierwszymi wrotami 1 sprzęgacza kierunkowego SK, zaś wyjście drugiego kontrolera polaryzacji KP2 jest połączone z drugimi wrotami 1 sprzęgacza kierunkowego SK. Trzecie wrota 3 sprzęgacza kierunkowego SK, poprzez badany światłowód SWT, są połączone z wejściem drugiego kontrolera polaryzacji KP2. Czwarte wrota 4 sprzęgacza kierunkowego SK, poprzez drugi odcinek światłowodu SW2, są połączone z wejściem fotoodbiornika FO. Pierwsze wyjście fotoodbiornika FO, poprzez oscyloskop OS, jest połączone z modułem obliczeniowym MO, zaś drugie wyjście fotoodbiornika FO, poprzez szeregowo połączone moduł pomiarowy MP i moduł rejestracji MR, jest połączone z modułem obliczeniowym MO, do którego jest dołączona druga klawiatura K2.

Sprzęgacz kierunkowy SK z dołączonym do jego pierwszych wrót 1 wyjściem pierwszego kontrolera polaryzacji KP1 oraz z dołączonym do jego drugich wrót 2 wyjściem drugiego kontrolera polaryzacji KP2, którego wejście, poprzez badany światłowód STW, jest połączone z trzecimi wrotami 3 sprzęgacza kierunkowego SK, stanowi światłowodowy rezonator pierścieniowy ŚRP o jednoznacznie określonej długości odcinka światłowodu oraz wartości numerycznej jego dyspersji i tłumienia.

Jakkolwiek sposób i układ do pomiaru współczynnika nieliniowości światłowodu, według wynalazku, określono dwoma zastrzeżeniami patentowymi, przedstawiono w postaci konkretnego przykładu wykonania w opisie wynalazku i odtworzono na rysunku, to dla znawcy z dziedziny sposobów i układów do pomiaru współczynnika nieliniowości światłowodu, jest oczywiste, że zawarte w nich dane o sposobie i układzie do pomiaru współczynnika nieliniowości światłowodu, nie mogą być interpretowane jako ograniczające ideę wynalazczą tylko do tych danych.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób pomiaru współczynnika nieliniowości światłowodu polegający na emitowaniu z lasera półprzewodnikowego impulsowych sygnałów światła, kontrolowaniu ich polaryzacji, na wyznaczaniu długości odcinka badanego światłowodu, na pomiarze wartości numerycznej jego dyspersji i tłumienności, znamienny tym, że odcina się odcinek badanego światłowodu (SWT) o długości określonej wzorem L_SWT = T_SWT (c/n_SWT), w którym (T_SWT) oznacza czas trwania interwału czasowego między dwoma kolejnymi impulsami sygnału świetlnego (T_REP) generowanego przez laser półprzewodnikowy (LP), n_SWT - współczynnik załamania światła w rdzeniu odcinka badanego światłowodu (SWT), c - prędkość fali elektromagnetycznej światła widzialnego w próżni, po czym jeden koniec odcinka badanego światłowodu (SWT) łączy się z trzecimi wrotami (3) sprzęgacza kierunkowego (SK), zaś drugi koniec odcinka badanego światłowodu (SWT), poprzez drugi kontroler polaryzacji (KP2), łączy się z drugimi wrotami (2) sprzęgacza kierunkowego (SK), następnie z lasera półprzewodnikowego (LP), który jest sterowany sygnałami elektrycznymi z układu sterowania (US), emituje się impulsowe sygnały świetlne (T_REP) w równych odstępach czasu (T_SWT), po czym stany polaryzacji impulsowych sygnałów świetlnych doprowadzanych do pierwszych wrót (1) i do drugich wrót (2) koryguje się odpowiednio pierwszym kontrolerem polaryzacji (KP1) i drugim kontrolerem polaryzacji (KP2), i tak skorygowane sygnały świetlne docierają do fotoodbiornika (FO), w którym zamienia się je na sygnał elektryczny, następnie przy użyciu oscyloskopu (OS) mierzy się amplitudę i fazę sygnału elektrycznego, przy czym do pomiaru fazy wykorzystuje się sygnał odbierany i pochodzący z układu sterowania (US), pomiar fazy przeprowadza się w połowie zbocza narastającego impulsu sygnału elektrycznego (na spadku 3 dB impulsu sygnału), po czym w module pomiarowym (MP) mierzy się wartość numeryczną dyspersji i tłumienności odcinka badanego światłowodu (SWT) oraz amplitudy i fazy sygnałów świetlnych, przy czym sygnały elektryczne z wynikami tych pomiarów zapisuje się w module rejestrującym (MR), z którego sygnały elektryczne z wynikami tych pomiarów selektywnie przekazuje się do modułu obliczeniowego (MO), w którym to module obliczeniowym (MO), na podstawie pobranych z modułu pomiarowego (MP) wyników pomiaru amplitudy i fazy, wyznacza się część rzeczywistą i część urojoną sygnału każdego z kolejnych odbieranych impulsów świetlnych, których wykres na ekranie oscyloskopu (OS) stanowi spirala Archimedesa, w module obliczeniowym (MO) wyznacza się długość spirali Archimedesa L_SPiR, następnie wartość numeryczną współczynnika nieliniowości badanego odcinka światłowodu wyznacza się w module obliczeniowym (MO) na podstawie wzoru Y_SWT = mL_SPiR, gdzie m jest współczynnikiem zależnym od czasu trwania impulsu sygnału świetlnego (T_REP), szczytowej mocy optycznej impulsów sygnału świetlnego o wartości numerycznej równej kwadratowi amplitudy sygnału świetlnego mierzonego oscyloskopem (OS), długości odcinka badanego światłowodu (LSWT), wartości numerycznej jego dyspersji i tłumienia.

PL 222 771 B1

2. Układ do pomiaru współczynnika nieliniowości światłowodu zawierający laser półprzewodnikowy, układ sterowania z klawiaturą, sprzęgacz kierunkowy, kontrolery polaryzacji, fotoodbiornik, moduł obliczeniowy, znamienny tym, że układ sterowania (US) jest połączony z oscyloskopem (OS) i laserem półprzewodnikowym (LP), który jest połączony, poprzez pierwszy odcinek światłowodu (SW1), z pierwszym kontrolerem polaryzacji (KP1), którego wyjście jest połączone z pierwszymi wrotami (1) sprzęgacza kierunkowego (SK), zaś do drugich wrót (2) sprzęgacza kierunkowego (SK) jest podłączone wyjście drugiego kontrolera polaryzacji (KP2), przy czym trzecie wrota (3) sprzęgacza kierunkowego (SK), poprzez badany światłowód (SWT), są połączone z wejściem drugiego kontrolera polaryzacji (KP2), zaś czwarte wrota (4) sprzęgacza kierunkowego (SK), poprzez drugi odcinek światłowodu (SW2), są połączone z wejściem fotoodbiornika (FO), którego pierwsze wyjście, poprzez oscyloskop (OS), jest połączone z modułem obliczeniowym (MO), zaś drugie wyjście fotoodbiornika (FO), poprzez szeregowo połączone moduł pomiarowy (MP) i moduł rejestracji (MR), jest połączone z modułem obliczeniowym (MO), do którego jest dołączona druga klawiatura (K2).