Измерение обратных потерь (ORL)
Хорошо известно, что даже небольшая часть волны вернувшаяся обратно в лазерный диод ухудшает стабильность системы передачи. Наиболее сильно обратная волна влияет на работу аналоговых систем кабельного телевидения. Обратная волна в волокне образуется как за счет рассеяния, так и за счет отражения света. В кварцевом волокне свет рассеивается равномерно со всех участков волокна, а отражается только в местах нарушения однородности волокна (чаще всего в оптических разъемах).
Мощность, отраженная от удаленной неоднородности в длинном волокне, как правило, меньше мощности рассеянной назад во всем волокне, но она, оказывает значительно более сильное воздействие на лазерный диод. Обусловлено это тем, что участок волокна, расположенный между отражающей неоднородностью (например, оптическим разъемом) и лазерным диодом, образует дополнительный резонатор, связанный оптически с основным резонатором лазерного диода. Оптическая длина этого резонатора изменяется под действием окружающей среды, что приводит к флуктуациям мощности, частоты и длины когерентности излучения лазерного диода.
Долю мощности, вернувшейся обратно к источнику излучения, принято характеризовать величиной обратных потерь (optical return loss):
æ P ö
O R L = 10 log o ,
(3.18)
ç ÷
è P о б ø
где Po – мощность введенная в волокно, Роб – вернувшаяся обратно мощность. Запишем
|
|
|
æ P ö
(3.18) в единицах дБм ( p = 10 log )
|
O RL = po – pоб (3.19)
Отсюда видно, что ORL имеет смысл потерь на преобразование мощности введенной в волокно в мощность волны вернувшейся обратно к источнику излучения.
Величиной ORL можно характеризовать как отдельную неоднородность (например, оптический разъем), так и весь регенерационный участок линии передачи. Для отдельной неоднородности, как видно из сравнения выражений (3.12) и (3.18), ORL отличается от коэффициента отражения только знаком (ORL = –r). Поэтому качество оптического разъема с равным успехом можно характеризовать как величиной коэффициента отражения, так и
величиной O RL.
В тоже время понятие коэффициента отражения нельзя использовать для характеристики доли мощности, вернувшейся обратно с участка линии передачи, так как
оно определено только для отдельной (локальной) неоднородности. Мощность же
вернувшаяся с участка линии складывается как из мощности рассеянной в волокне, так и мощности отраженной от нескольких неоднородностей линии. Отражательную способность такой распределенной системы принято характеризовать величиной ORL.
|
|
|
В качестве примера найдем величину ORL для отрезка волокна длиной L. Схема
|
Рис. 3.37. Схема эксперимента по определению зависимости ORL от длины волокна L
и коэффициента отражения от торца волокна RT
Мощность волны, вернувшейся в рефлектометр, складывается из мощности рассеянной назад в моду волокна и мощности отраженной от торца волокна
1 - exp ( -2a L )
P об ( L ) = P o (Sa p Lэфф + Rт exp ( -2a L )) , где
Lэфф = – эффективная длина участка
2a
волокна, с которого приходит рассеянная назад мощность (она ограничена из-за потерь света в волокне). При aL << 1 эффективная длина Lэфф = L, а при a L >> 1 она не зависит от L и определяется только величиной потерь в волокне (Lэфф = 1/(2a)) Подставив выражение для Роб(L) в (3.18) найдем ORL для отрезка волокна:
|
|
|
O RL = –10log(S´ap´Lэфф + Rт´exp(–2aL)). (3.20)
Выражение для ORL содержит два члена. Первый член учитывает мощность света, рассеянную в волокне. Второй член учитывает мощность, отраженную от торца волокна. Эта мощность пропорциональна коэффициенту отражения от торца волокна Rт и экспоненци- ально уменьшается с увеличением длины L волокна. Двойка перед коэффициентом
поглощения a в показателе экспоненты появилась из-за того, что свет проходит через волокно дважды.
В длинном волокне (aL >> 1) обратные потери, как видно из (3.20), не зависят от
длины волокна и коэффициента отражения от торца волокна: ORLp= –10log(S´ap/(2a)). Оценим величину ORLp на l = 1550 нм. Коэффициент рассеяния с единицы длины волокна Saр = Q/L = 5´10–8 1/м. Для типичной величины потерь a = 0.20 дБ/км, учитывая, что
aL = –10loge–aL, находим:
a = 0.20
10 log e
= 0.20 = 0.20 × 0.23 = 0.046 км-1 ,
4.34
1
Lэфф =
2a
@ 10 км
и O RLp
= 33 дБ.
В коротком волокне (aL << 1) величина ORL зависит и от длины волокна и от
|
Рис. 3.38. Полные обратные потери в отрезке волокна длиной L
|
|
|
с коэффициентом отражения от торца равном rт
Как видно из рис. 3.38 а, при Rт = 0 (rт = –∞) обратные потери уменьшаются с
увеличением длины волокна и стремятся к предельному значению 33 дБ. При rт = –33 дБ они
не зависят от длины волокна и равны 33 дБ. При rт = rф = –13.6 дБ (френелевское отражение)
обратные потери увеличиваются с ростом длины волокна и также стремятся к 33 дБ. Вклад от френелевского отражения с дальнего конца волокна в обратные потери заметен почти до
70 км.
Зависимость ORL от длины волокна при малых значениях коэффициента отражения rт, характерных для PC разъемов (от –40 дБ до –60 дБ), изображена на рис. 3.38б. Видно, что при длине волокна более 20 км вклад в полные обратные потери от оптических PC разъемов уже мало заметен. Поэтому качество линии передачи принято характеризовать не только величиной O RL всего регенерационного участка линии, но и величиной ORL в строительных длинах оптического кабеля, так как при малых длинах вклад от оптических разъемов в ORL более заметен.
Требования к величине ORL для STM-16 (2.5 Гбит/с) относительно невысоки. Величина ORL для всего регенерационного участка линии должна быть больше 24 дБ, а для
отдельных неоднородностей в линии больше 27 дБ. Например, для того, чтобы отрезок
волокна удовлетворял этим требованиям достаточно, как видно из рис. 3.38, чтобы коэффициент отражения от торца волокна был меньше –33 дБ.
4
Дата добавления: 2018-11-24; просмотров: 795; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!