Bibliothèque technique gratuite ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE Mesures dans les systèmes de transmission d'informations par fibre optique. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / Technique de mesure Les systèmes de transmission à fibre optique modernes ont des capacités à haut débit et à large bande, une stabilité et une fiabilité, ainsi qu'un degré élevé de fiabilité de la transmission d'informations. Pour répondre à ces qualités, tous leurs éléments doivent fonctionner dans un cadre technique strict. Mais comment contrôler les nombreux paramètres d'un câble optique, les fils optiques, dont le support d'information est un flux de photons, et non d'électrons, comme dans les lignes de communication électrique ? Ici, les appareils de mesure traditionnels ne conviennent pas. Les procédés et instruments utilisés dans la mesure et le contrôle des paramètres dans de telles lignes de communication sont décrits dans l'article publié. Pour un système de transmission à fibre optique (FOTS), ainsi que pour tout système de câble (sur câbles coaxiaux ou équilibrés), il existe des paramètres généraux qui doivent être mesurés lors de la construction, de la mise en service, de la certification et des tests de mise en service, ainsi que pendant le fonctionnement lors du transport un travail préventif. Dans le même temps, FOTS présente des caractéristiques importantes du fait que le support d'informations est un flux de photons. Pour fonctionner dans le domaine optique, on utilise des générateurs quantiques optiques (lasers) qui génèrent un rayonnement cohérent, des photodétecteurs quantiques (photodiodes et phototransistors), la fibre optique elle-même et un certain nombre d'autres éléments. Ils ont créé non seulement des équipements terminaux pour FOTS, mais également des instruments de mesure. Sur FOTS, il est nécessaire de mesurer les paramètres généralisés suivants : 1) la puissance relative moyenne du rayonnement optique introduit dans la ligne, en dBm (dB re 1 mW) ; 2) atténuation du signal optique dans la ligne en dB ; 3) sensibilité du système de transmission en dBm pour un taux d'erreur donné dans le chemin de transmission ; 4) longueur d'onde du rayonnement optique en microns ou nm ; 5) largeur de la ligne spectrale de rayonnement, nm ; 6) dispersion de l'impulsion optique dans le chemin optique, ps/nm*km. En plus de mesurer ces paramètres, le système contrôle l'extinction automatique du laser en cas d'accident (par exemple, une rupture du câble optique), ainsi que la fréquence et la durée de son allumage temporaire lors du test de la restauration doubler. Les caractéristiques mesurées des éléments quantiques et optiques FOTS ont également des caractéristiques spécifiques, en particulier les paramètres de l'émetteur - un laser à semi-conducteur : la longueur d'onde de rayonnement leav (μm ou nm), la largeur de raie spectrale Dl (nm), la puissance de rayonnement moyenne Po (mW ), etc. Il est également important de connaître les paramètres des photodétecteurs : plage de sensibilité spectrale du photodétecteur (μm), sensibilité (A/W), valeur du courant d'obscurité (nA), capacité intrinsèque de la photodiode (pF), taille (diamètre) du surface photosensible (μm), efficacité quantique (h) . Les paramètres suivants sont mesurés dans la fibre optique et le câble : atténuation kilométrique de OF ou OK introduite sur une longueur de 1 km, en dB/km ; dispersion des impulsions optiques, ps/nm km ; type de profil d'indice de réfraction ; diamètre de la fibre avec gaine de protection et, si nécessaire, sans gaine, en microns ; pour les fibres optiques multimodes - l'ouverture numérique. Les paramètres dits généralisés dans cet article sont les principaux et font l'objet de mesures à différentes étapes de la conception, de la construction et de l'exploitation du FOTS. Mesure de la puissance optique moyenne Po. Pour mesurer ce paramètre, il faut un capteur sensible au rayonnement optique dans la gamme de longueur d'onde spectrale correspondante. Dans notre cas, il s'agit de trois gammes (selon la terminologie admise - trois fenêtres de transparence) : I OP - Dl1 = 0,82...0,86 µm ; II OP - Dl2 = 1,31...1,35 µm ; III OP - Dl3 = 1,53...1,56 µm. Pour mesurer la puissance moyenne du rayonnement optique, des photodiodes spécialement conçues à cet effet sont utilisées. Des fibres optiques peuvent être connectées à l'appareil, à la fois monomode et multimode, dont le diamètre peut atteindre jusqu'à 500 microns. La mesure de la puissance optique avec une photodiode est basée sur le rapport du photocourant IPD provoqué par le rayonnement optique, qui est proportionnel à la puissance optique moyenne et inversement proportionnel à la longueur d'onde. En conséquence, l'échelle du wattmètre est calibrée en milliwatts (mW) ou dBm pour la fenêtre de transparence respective. Actuellement, les wattmètres optiques moyens sont produits par la branche de production nationale et un certain nombre d'entreprises étrangères. Presque tous ces appareils ont de petites dimensions, un poids, une alimentation autonome et peuvent être utilisés à la fois dans des conditions de laboratoire ou d'usine, ainsi que dans la construction, la mise en service et également pendant le fonctionnement de FOTS. Le tableau de bord est réalisé sur la base d'indicateurs numériques, le plus souvent à cristaux liquides. Ils ont des commutateurs de plage de mesure pour trois fenêtres de transparence - 0,85 µm, 1,3 µm et 1,55 µm, des commutateurs d'étalonnage mW/dBm et un cadran de réglage du zéro. Le rayonnement optique mesuré est fourni à l'aide d'une fibre optique terminée par un connecteur optique (le plus souvent de type FC ou PC), pour lequel des douilles (prises) du connecteur optique sont installées sur l'une des parois latérales des appareils . Les paramètres optiques, les dimensions, le poids et les conditions de fonctionnement des appareils sont présentés dans le tableau, et une vue générale de certains d'entre eux est illustrée à la Fig. 1 et 2.
Mesure de l'atténuation en OK et en ligne. L'atténuation (ou la perte) de l'énergie d'un signal optique dans une fibre optique (OF) et dans un câble optique (OC) est due à l'absorption, à la diffusion de la lumière sur les inhomogénéités locales et à la diffusion de la lumière Rayleigh (moléculaire) sur les molécules du matériau. De plus, à des niveaux de puissance élevés introduits dans l'OF (plus de 13 dBm), des phénomènes physiques comme par exemple la diffusion Raman dite stimulée, s'ajoutent aux facteurs qui déterminent les pertes. L'atténuation due à l'absorption due aux défauts du matériau est devenue si faible qu'elle est difficile à mesurer, et à une puissance de signal optique inférieure à 10 mW, les pertes dans la fibre optique sont principalement déterminées par la diffusion Rayleigh. Ce type de diffusion se produit sur les molécules de silice SiO2. Sa puissance est inversement proportionnelle à la quatrième puissance de la longueur d'onde, c'est-à-dire qu'avec l'augmentation de la longueur d'onde, ces pertes diminuent rapidement. Des pertes supplémentaires se produisent dans OK lors du raccordement des longueurs de construction. Ils apparaissent au niveau d'inhomogénéités locales, lieux de soudure ou de collage des extrémités des fibres optiques. Les inhomogénéités locales comprennent également des extrémités plates aux extrémités de l'OF, à partir desquelles l'énergie est réfléchie dans la direction opposée (intérieure). Pour le quartz OF, ces pertes sont d'environ 4% (soit -14 dB) de la puissance incidente. Il existe plusieurs méthodes pour mesurer l'atténuation d'un rayonnement optique lors de sa propagation dans l'OF : deux points, substitution, rétrodiffusion Rayleigh dans le domaine temporel, extraction OF. Parmi ces méthodes, la plus simple et la plus fiable, qui est utilisée dans la construction, la mise en service et l'exploitation, est une méthode point à point. Elle est à son tour divisée en trois variétés : la méthode de rupture, la méthode sans rupture et la méthode de diffusion calibrée. La plus largement utilisée dans la pratique de la construction et de la recherche est la méthode de rupture des fibres. Le rayonnement optique est introduit dans l'extrémité d'entrée de la fibre optique (qui doit être plane et perpendiculaire à l'axe de la fibre optique). Dans ce cas, la source de rayonnement et l'extrémité d'entrée de l'OF sont rigidement fixées de sorte que les conditions d'entrée d'énergie dans l'OF ne soient pas violées pendant les mesures. Un OB de longueur connue L0 est pris. L'extrémité de sortie est insérée dans l'unité de réception du compteur et y est fixée de manière rigide. Après cela, la valeur de la puissance optique P1 est mesurée, sortant de l'extrémité de sortie de la fibre optique. Cette valeur est enregistrée. En outre, une fibre de longueur L1 est séparée de l'OF des procédés de clivage. L'extrémité de sortie de la fibre restante de longueur L2 = L0-L1 doit également être plate et perpendiculaire à l'axe OF, qui est contrôlé par un microscope spécial. Si la qualité de l'extrémité de sortie n'est pas satisfaisante, recoupez et contrôlez la fibre. Après avoir obtenu la face frontale de la qualité souhaitée, elle est à nouveau introduite dans l'unité de réception du wattmètre optique et la puissance optique P2 est fixée. Ainsi, les valeurs de la puissance optique P1 en sortie de la fibre de longueur L1 et à son entrée P2 sont déterminées. L'atténuation dans une fibre de longueur L1 est déterminée par la formule k=P2/P1 (fois) ou a=10lgP2/P1 (dB). L'avantage de cette méthode est qu'elle ne nécessite pas d'instruments spéciaux, car tous les appareils d'enregistrement standard conviennent à sa mise en œuvre. Mais cette méthode présente également un inconvénient important : elle appartient aux types "destructifs" et a une faible efficacité. En pratique, le deuxième type de méthode à deux points est plus souvent utilisé - la mesure non destructive. Avec ce procédé, la source de rayonnement optique à une longueur d'onde donnée est alimentée par un câble monofibre optique de sortie dont l'extrémité se termine par un connecteur optique. Étant donné que les fibres optiques et les connecteurs optiques modernes ont de très faibles écarts de paramètres géométriques et optiques, l'écart des valeurs d'atténuation lors de la connexion d'un connecteur optique à un autre ne dépasse pas 0,1 dB. De ce qui vient d'être dit, il s'ensuit que les mesures d'atténuation en 0V ou OK, effectuées selon le schéma suivant, sont correctes. Un wattmètre optique est connecté au connecteur de sortie de l'émetteur et les données reçues sont enregistrées. Ensuite, le connecteur de sortie est connecté à l'extrémité d'entrée 0V (qui fait partie intégrante de l'OK), également intégrée dans l'OR, et un wattmètre est connecté à son extrémité de sortie. A partir de la valeur de puissance mesurée, l'atténuation est calculée à l'aide de la formule ci-dessus. Pour mesurer l'atténuation à l'aide de la méthode décrite, l'industrie produit des testeurs optiques. De tels dispositifs contiennent une source de rayonnement calibrée stable et un wattmètre optique dans un boîtier. Certaines entreprises produisent des testeurs optiques composés de deux unités distinctes - un émetteur et un wattmètre. Un testeur optique, composé de deux unités distinctes, s'avère dans certains cas plus pratique, car il vous permet de mesurer à différentes extrémités de la ligne. Les deux types de testeurs sont fabriqués, par exemple, par SIMENS. Le deuxième type de testeurs comprend les appareils domestiques de type Almaz. Cet appareil vous permet de mesurer la puissance et l'atténuation du signal optique en OK à l'une des cinq longueurs d'onde : 850, 1310, 1540, 1550 et 1560 nm. La plage des valeurs mesurées est de -50...+3 dB avec une erreur absolue ne dépassant pas +0,2 dB. La méthode de réflectométrie basée sur la mesure de la rétrodiffusion de Rayleigh dans le domaine temporel a trouvé la plus grande application dans l'évaluation du niveau d'atténuation dans les FOCL modernes. Pour ce faire, une séquence périodique d'impulsions optiques de durée t et de période de répétition Ti est introduite dans la fibre optique. Les impulsions d'énergie reviendront à l'extrémité d'entrée. Leur amplitude est proportionnelle à la puissance des impulsions optiques espacées de l'impulsion d'entrée (de référence) d'un temps égal au temps de parcours des impulsions dans les sens aller et retour. Si ces signaux sont visualisés sur l'écran de l'oscilloscope, nous verrons une courbe remplie de bruit, dont la valeur moyenne diminue de façon exponentielle avec le temps. Une telle courbe rend impossible une lecture précise des lectures et est peu pratique à utiliser. Cependant, en répétant périodiquement la courbe, les résultats peuvent être accumulés plusieurs fois, de sorte qu'une ligne nette d'atténuation par rapport à la longueur de la fibre mesurée peut être obtenue. Étant donné que dans la technologie des communications, tous les paramètres relatifs sont mesurés en dB, cette courbe est logarithmée dans chacune de ses coordonnées verticales, grâce à quoi elle prend la forme d'une ligne droite inclinée. La dépendance décrite de la valeur d'atténuation sur la longueur de la fibre est appelée le réflectogramme optique. Il est évident que le réflectogramme peut être utilisé pour déterminer non seulement l'atténuation, mais aussi la longueur de la fibre optique, la distance aux inhomogénéités locales, y compris le point d'endommagement 0 V. La méthode de réflectométrie présente un certain nombre d'avantages par rapport aux autres méthodes de mesure d'atténuation : la mesure est effectuée à une extrémité d'une ligne ou à une extrémité d'un câble ou d'une fibre optique ; efficacité; la capacité de déterminer la longueur de 0V ou OK, l'emplacement de l'inhomogénéité locale (par exemple, une fissure 0V ou un coude de petit rayon); la possibilité d'un suivi continu de l'ensemble du parcours et de son diagnostic. Les réflectomètres optiques (Figs. 3 et 4) sont produits par diverses sociétés à travers le monde (Tableau 2).
Mesure de la sensibilité des systèmes de transmission modernes. Le paramètre principal qui détermine la qualité de la transmission est la probabilité d'erreur dans la transmission des informations numériques. Actuellement, la probabilité d'erreur pour un nombre donné de symboles transmis (10 et 9), égale à 10-12 ... 5-XNUMX (selon le débit de transmission), est considérée comme la norme. La sensibilité d'un système de transmission numérique est comprise comme la puissance minimale du signal à la réception, à laquelle la valeur spécifiée de la probabilité d'erreur est toujours observée. Pour les systèmes de transmission à fibre optique, la mesure de sensibilité est effectuée à l'aide d'atténuateurs optiques variables. Ils fonctionnent selon le schéma suivant (Fig. XNUMX). Une séquence pseudo-aléatoire d'un signal numérique dans un code correspondant à celui transmis dans une ligne réelle est envoyée à l'entrée électrique du signal numérique de groupe de l'équipement STM à partir du compteur de taux d'erreur (ECO). Dans l'équipement STM, ce signal est converti en un signal numérique, qui est envoyé au connecteur optique de l'unité de transmission.À cette sortie, à l'aide d'un câble optique à fibre unique (OK), l'entrée d'un atténuateur optique calibré variable ( ATT) est connecté, dont la sortie est également connectée via un câble optique au matériel STM de l'unité de réception de signal optique. A partir de la sortie électrique du chemin de réception, le signal numérique reçu est connecté à l'entrée PPI. Avant de commencer les mesures à l'aide d'un wattmètre optique, le niveau de puissance optique maximal autorisé pour ce type d'équipement STM est défini à l'entrée du chemin de réception. Cela se fait en réduisant l'atténuation introduite dans la ligne par un atténuateur à calibrage variable. En même temps, les lectures ATT sont enregistrées. Ensuite, le câble de ligne est déconnecté du wattmètre IM et connecté à l'entrée optique du chemin de réception STM. Après avoir mesuré le taux d'erreur dans ce mode, dont le résultat est stocké, l'atténuation est introduite dans le chemin optique par l'atténuateur ATT jusqu'à ce que le taux d'erreur (il est également appelé probabilité d'erreur) augmente jusqu'à la valeur Posh> 10-9 ( Ensuite, le câble optique linéaire est déconnecté de l'entrée optique du chemin de réception STM et reconnecté au wattmètre IM. Cette puissance sera la valeur qui détermine la sensibilité du système. Ils se souviennent également de la quantité d'atténuation introduite par l'ATT dans le chemin optique. L'industrie produit des atténuateurs calibrés variables pour les mesures sur FOCL. Un exemple est l'atténuateur optique variable de type OLA-15 E-0004 de HEWLET PACKARD. Ce type d'atténuateur peut introduire une atténuation dans le FOCL de -3 à -60 dB. La valeur d'atténuation est affichée numériquement. Le changement d'atténuation dans la plage spécifiée s'effectue en douceur avec un pas de 0,1 dB. L'industrie nationale produit également de tels atténuateurs, par exemple du type NTGV243. La plage d'atténuation qu'il introduit est de -1 à -45 dB. Lecture des indications - vernier. Mesure de la longueur d'onde et de la bande spectrale du rayonnement optique. On sait que dans les réseaux zonaux et locaux de FOCL, 0V est utilisé, ayant principalement une deuxième fenêtre de transparence, dans les réseaux interurbains - le troisième. Dans divers systèmes FOCL, des amplificateurs à fibre optique de l'une ou l'autre longueur d'onde qui ne coïncide pas avec une fenêtre de transparence donnée peuvent être utilisés. Cela peut être la raison pour laquelle le système en construction ou en réparation ne fonctionnera pas. Par conséquent, l'importance de mesurer la longueur d'onde du rayonnement est compréhensible. En plus de la longueur d'onde, il est également important de connaître la largeur de la raie spectrale (c'est-à-dire la largeur de bande du rayonnement optique). L'incohérence de diverses sections du FOCL avec ce paramètre conduit à la dispersion (c'est-à-dire à l'élargissement) des impulsions optiques lorsqu'elles se propagent dans la ligne optique. La non-concordance de largeur de ligne a un effet particulièrement important sur les performances de qualité dans les systèmes de transmission STM-4, STM-16, STM-64, etc. La longueur d'onde du rayonnement optique et la largeur de la raie spectrale sont mesurées à l'aide d'un appareil spécial - un analyseur de spectre optique. Ces appareils sont produits en série par un certain nombre d'entreprises étrangères, par exemple HEWLET PACKARD. La dispersion des impulsions optiques est également mesurée lors de la production et des tests en usine des fibres optiques et des câbles optiques. L'industrie produit également des dispositifs spéciaux pour mesurer la dispersion des impulsions optiques dans FOCL. De tels dispositifs comprennent, par exemple, un dispositif de type ID-3, fabriqué par le Research Institute of Heat Transfer (Minsk). Ici, seuls un certain nombre de paramètres mesurés dans les systèmes FOCL ont été nommés, mais en pratique, d'autres caractéristiques sont également mesurées, qui sont également inhérentes aux systèmes de communication conventionnels. Auteur : O. Sklyarov, Ph.D. technologie. Sciences, Moscou Voir d'autres articles section Technique de mesure. Lire et écrire utile commentaires sur cet article. Dernières nouvelles de la science et de la technologie, nouvelle électronique : Cuir artificiel pour émulation tactile
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