Измеритель хроматической дисперсии оптического волокна

ИЗМЕРИТЕЛЬ ХРОМАТИЧЕСКОЙ ДИСПЕРСИИ ОПТИЧЕСКОГО ВОЛОКНА(71) Заявитель Белорусский государственный университет(72) Автор Козлов Владимир Леонидович(73) Патентообладатель Белорусский государственный университет(57) Измеритель хроматической дисперсии оптического волокна, содержащий последовательно соединенные блок питания лазера, лазер, обеспечивающий генерацию на двух различных длинах волн и оптически связанный через тестируемое волокно с фотоприемником, соединенным через усилитель с вычислительным блоком, отличающийся тем, что содержит одновибратор и триггер, причем -вход триггера и вход одновибратора соединены с выходом усилителя, соединенным также с информационным входом блока питания, вход синхронизации которого соединен с выходом одновибратора, неинвертирующий выход триггера соединен с входом управления блока питания и с вычислительным блоком, инвертирующий выход триггера соединен с его -входом, -вход триггера соединен с вычислительным блоком, выход которого соединен с входом запуска блока питания, при этом вычислительный блок выполнен с возможностью измерения разности периодов рециркуляции на двух указанных длинах волн, а блок питания лазера - с возможностью формирования первого лазерного импульса на меньшей из них, а второго - на большей. 8171 1 2006.06.30 Изобретение относится к технике волоконно-оптических систем и может быть использовано для измерения дисперсионных характеристик оптического волокна. Известно устройство для измерения дисперсии оптического волокна 1, содержащее перестраиваемый лазер, фотоприемник, генератор, модулятор, измеритель разности оптических задержек, вычислительный блок. Недостатком данного устройства является невысокая точность измерения дисперсии оптического волокна, обусловленная невысокой точностью измерения разности задержек оптических сигналов на различных длинах волн. Задача изобретения - повышение точности измерения дисперсии оптического волокна. Предлагаемое устройство наряду с повышением точности измерения дисперсии обеспечивает также измерение длины тестируемого оптического волокна. Для решения поставленной задачи в устройство вводятся одновибратор и триггер, а также осуществляются соответствующие функциональные связи и алгоритм обработки сигналов. При этом в системе реализуется режим оптоэлектронной рециркуляции одновременно на двух оптических длинах волн. Измеряя разность частот (периодов) рециркуляции на первой и второй длинах волн определяется разность оптических задержек излучения (коэффициентов преломления) в световоде на данных длинах волн, а, следовательно,дисперсия. Измеряя частоту (период) рециркуляции на первой длине волны излучения,определяется длина световода. На фигуре представлена функциональная схема измерителя дисперсии. Устройство содержит блок питания лазера 1, источник лазерного излучения 2, тестируемый волоконный световод 3, фотоприемник 4, усилитель 5, вычислительный блок 6, одновибратор 7,триггер 8. В качестве источника излучения используется полупроводниковый лазерный диод с асимметричной квантово-размерной гетероструктурой, обеспечивающий генерацию на двух различных оптических длинах волн 2. Устройство работает следующим образом. В начальный момент времени блок 6 на входе запуска з блока питания лазера 1 формирует два импульса, разнесенные во времени на интервал. Блок питания лазера формирует соответствующие амплитуды импульсов тока 1 и 2 для запуска лазера 2 таким образом,что первый импульс излучается на длине волны 1, а второй - на длине волны 2. Оптические импульсы от лазера 2 на длинах волн 1 и 2 последовательно поступают в тестируемый волоконный оптический световод 3. После прохождения световода оптические импульсы регистрируются фотоприемником 4, усиливаются усилителем 5 и поступают на информационный вход и блока 1, где формируются импульсы для очередного запуска лазера 2 и направления излучения в световод 3. Таким образом, при замкнутой петле оптической обратной связи в системе устанавливается процесс рециркуляции, периодкоторой определяется оптической задержкой излучения в световоде 3 при постоянной электрической задержке в блоках 1, 2, 4, 5. С выхода усилителя 5 информационные импульсы также поступают на вход С триггера 8. При этом триггер, вследствие соединения инвертирующего выхода с -входом, работает так, что с приходом каждого последующего импульса его выходной сигнал изменяется на противоположный (лог.0 на лог.1 и наоборот). Выход триггера соединен с входом управления у блока 1, который при сигнале лог.0 на входе управления по информационному импульсу запускает лазер на длине волны 1, а при сигнале лог.1 - на длине волны 2. Таким образом, зарегистрированный импульс на длине волны 1 запускает через блок 1 лазер на длине волны 1, а импульс на длине волны 2 запускает лазер на 2. В начальный момент запуска системы триггер находится в состоянии лог.0, а блок питания 1, при запуске с вычислительного блока по входу з, последовательно формирует импульсы тока 1 и 2 для запуска лазера 2 на длинах волн 1, 2. Как следует из описанного алгоритма работы, в тестируемый световод поочередно посылаются оптические импульсы на различных длинах волн 1 и 2, поэтому в устройстве реализуется режим оптоэлектронной рециркуляции одновременно на двух оптических длинах волн. Периоды рециркуляции на длинах волн 1 и 2 будут определяться следующими выражениями 2 где- длина световода, 1, 2 - коэффициенты преломления излучения в световоде на длинах волн 1 и 2, с - скорость света в вакууме,- время электрической задержки в блоках 1, 2, 4, 5. Так как скорость распространения оптического излучения в световоде зависит от длины волны, причем 12 (12), то задержка в световоде излучения с длиной волны 1 будет больше, чем с 2. Разность оптических задержек за один период рециркуляции равняется Следовательно, рециркулирующие импульсы на длине волны 1 будут сдвигаться во времени относительно импульсов на длине волны 2 каждый период рециркуляции на величину , т.е. импульсы на длине волны 2 будут догонять импульсы на длине волны 1. Для фиксации момента накопления разности временных задержек до величины Т в устройство вводится одновибратор 7, который по приходу информационного импульса с усилителя 5 формирует на выходе импульс длительностью , поступающий на вход синхронизации с блока питания 1. В начальный момент запуска системы импульсы на длинах волн 1 и 2 разнесены во времени на интервал, где- длительность импульса одновибратора 7. В режиме рециркуляции происходит накопление разности временных задержеки за число периодов рециркуляцииразность задержек станет равной Т, т.е. импульсы на длинах волн 1 и 2 сблизятся во времени на величину . Значит, фронт импульса на длине волны 2 поступит в блок питания 1 во время действия импульса одновибратора на входе синхронизации с и будет исключен из рециркулирующей последовательности, т.е. лазер на 2 запускаться не будет. Одновибратор 7 не позволяет рециркулирующим импульсам на длинах волн 1 и 2 сблизиться во времени на величину, меньшую . Таким образом, после того, как число периодов рециркуляции станет равным/, система прекращает рециркуляцию на длине волны 2 и заканчивает измерение разности оптических задержек излучения в световодена длинах волн 1 и 2/. Триггер 8 переключается по С-входу информационными импульсами с выхода усилителя 5, причем импульс на длине волны 1 переключает триггер в состояние лог.1, а импульс на длине волны 2 - в лог.0. Это происходит благодаря введению обратной связи с инверсного выхода триггера на -вход. В результате такого алгоритма работы на выходе триггера формируется импульс, длительность которого равна временному интервалу между рецикулирующими импульсами на длинах волн 1 и 2. По мере того, как импульсы вследствие дисперсии сближаются во времени, длительность импульса на выходе триггера будет уменьшаться. Импульсы с выхода триггера поступают в вычислительный блок,где происходит определение числа . После прекращения рециркуляции на длине волны 2, на выходе триггера будет находиться уровень лог.1 в течение времени, большего чем начальный сдвигмежду информационными импульсами. При этом вычислительный блок переключит по -входу триггер в лог. 0 и будет удерживать это состояние на выходе в процессе рециркуляции на длине волны 1. По значению периода (частоты) рециркуляции на длине волны 1 определяется длина тестируемого световода. Так как частоту следования импульсов можно измерить более просто и с большей точностью, чем временной интервал между импульсами, то в системе измеряется частота рециркуляции импульсов на длине волны 1, равная 3 где 1 - суммарная задержка излучения в петле обратной связи. Значение частоты рециркуляции 1 и число периодовопределяются с высокой точностью в вычислительном блоке 6. Из (1-5) расчетная формула для измерения дисперсии в пс/кмнм будет иметь вид где 1 - 2 - разность длин волн генерации лазера. Длина тестируемого световода определяется следующим образом Значение времени электрической задержкии коэффициента преломления 1 определяются при калибровке системы, например при известной длине световода, и вместе с величиной разности длин волн генерациивводятся в вычислительный блок. Как следует из формулы (3) с использованием данных 1 при длине волны излучения 11,3 мкм,2 - 120 нм и длине световода 500 м разность оптических задержек излучения при прохождении световодабудет равняться порядка 300 пикосекунд. Если взять значение Т 0,51 мкс, то величинасоставит 103104, при этом погрешность измерениябудет равняться 10-3-10-4, что составляет десятые доли пикосекунды. Современные измерители временных интервалов имеют значительно более худшую погрешность при измерении интервалов в десятки и сотни пикосекунд. За счет этого в заявляемом устройстве по сравнению с прототипом достигается повышение точности измерения дисперсии. Выбирая в зависимости от длины световода соответствующим образом величину Т и разность оптических длин волн , можно добиться требуемой погрешности измерений. Таким образом, введение в устройство одновибратора и триггера, применение двухволнового инжекционного лазера, реализация режима рециркуляции одновременно на различных длинах волн и использование соответствующего алгоритма обработки сигналов позволяет с высокой точностью определить разность оптических задержек излучения в световоде на этих длинах волн, что обеспечивает повышение точности измерения дисперсии данного оптического волокна, а также и дает информацию о длине тестируемого волокна. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4