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라디오 전자 및 전기 공학의 백과사전 광섬유 정보 전송 시스템의 측정. 무선 전자 및 전기 공학 백과사전
최신 광섬유 전송 시스템은 고속 기능과 광대역, 안정성 및 신뢰성, 높은 수준의 정보 전송 신뢰성을 갖추고 있습니다. 이러한 특성을 충족하려면 모든 요소가 엄격한 기술 프레임워크 내에서 작동해야 합니다. 그러나 정보 매체가 전기 통신 회선에서와 같이 전자가 아닌 광자의 흐름인 광 케이블, 광 스레드의 수많은 매개 변수를 제어하는 방법은 무엇입니까? 여기서 기존의 측정 장치는 적합하지 않습니다. 이러한 통신 회선에서 매개변수의 측정 및 제어에 사용되는 방법 및 도구는 게시된 기사에 설명되어 있습니다. 광섬유 전송 시스템(FOTS)과 모든 케이블 시스템(동축 케이블 또는 평형 케이블)의 경우 구성, 시운전, 인증 및 시운전 테스트는 물론 운반 중 작동 중에 측정해야 하는 일반 매개변수가 있습니다. 밖으로 예방 작업. 동시에 FOTS는 정보 매체가 광자 플럭스라는 사실 때문에 중요한 기능을 가지고 있습니다. 광학 범위에서 작동하기 위해 간섭성 방사선, 양자 광검출기(포토다이오드 및 포토트랜지스터), 광섬유 자체 및 기타 여러 요소를 생성하는 광학 양자 발생기(레이저)가 사용됩니다. 그들은 FOTS용 터미널 장비뿐만 아니라 측정 장비도 만들었습니다. FOTS에서는 다음과 같은 일반화된 매개변수를 측정해야 합니다. 1) 라인에 도입된 광학 방사의 평균 상대 전력(단위: dBm(dB re 1 mW)) 2) 라인의 광 신호 감쇠(dB) 3) 전송 경로에서 주어진 오류율에 대한 전송 시스템의 감도(dBm); 4) 미크론 또는 nm 단위의 광 복사 파장; 5) 방사선의 스펙트럼 라인의 폭, nm; 6) 광로에서 광 펄스의 분산, ps/nm*km. 이러한 매개변수를 측정하는 것 외에도 시스템은 사고(예: 광 케이블 파손)가 발생한 경우 레이저의 자동 꺼짐과 복원된 제품을 테스트할 때 임시 켜짐의 빈도 및 지속 시간을 제어합니다. 선. 양자 및 광학 FOTS 요소의 측정된 특성에는 특정 기능, 특히 이미 터의 매개 변수가 있습니다. 반도체 레이저: 방사 파장 leav(μm 또는 nm), 스펙트럼 선폭 Dl(nm), 평균 방사 전력 Po(mW) ), 등. 광검출기의 스펙트럼 감도 범위(μm), 감도(A/W), 암전류 값(nA), 광다이오드의 고유 정전용량(pF), 감광 면적(μm), 양자 효율(h) . 다음 매개변수는 광섬유 및 케이블에서 측정됩니다. 1km 길이에 걸쳐 도입된 OF 또는 OK의 킬로미터 감쇠(단위: dB/km); 광학 펄스 분산, ps/nm km; 굴절률 프로파일 유형; 보호 피복이 있는 섬유 직경 및 필요한 경우 보호 피복이 없는 경우 미크론 단위; 다중 모드 광섬유의 경우 - 개구수. 이 기사에서 일반화라고 하는 매개변수는 주요 매개변수이며 FOTS의 설계, 구성 및 작동의 다양한 단계에서 측정됩니다. 평균 광 파워 Po 측정 이 매개변수를 측정하려면 해당 스펙트럼 파장 범위에서 광 방사에 민감한 센서가 필요합니다. 우리의 경우에는 세 가지 범위가 있습니다(용인된 용어에 따르면 - 세 가지 투명도 창). I OP - Dl1=0,82...0,86 µm; II OP - D2=1,31...1,35㎛; III OP - Dl3=1,53...1,56 µm. 광 복사의 평균 전력을 측정하기 위해 이 목적을 위해 특별히 설계된 포토다이오드가 사용됩니다. 광섬유는 직경이 최대 500 미크론에 이르는 단일 모드 및 다중 모드 장치에 연결할 수 있습니다. 포토다이오드로 광출력을 측정하는 것은 평균 광출력에 비례하고 파장에 반비례하는 광복사에 의해 발생하는 광전류 IPD의 비율을 기반으로 합니다. 따라서 전력계의 눈금은 각각의 투명도 창에 대해 밀리와트(mW) 또는 dBm으로 보정됩니다. 현재 평균 광파워미터는 국내 업체와 다수의 외국 업체에서 생산하고 있다. 이러한 거의 모든 장치는 크기, 무게, 자율 전원 공급 장치가 작으며 실험실 또는 공장 조건, 건설, 시운전 및 FOTS 작동 중에 모두 사용할 수 있습니다. 계기판은 디지털 표시기, 대부분 액정을 기반으로 만들어집니다. 0,85µm, 1,3µm 및 1,55µm의 세 가지 투명도 창에 대한 측정 범위 스위치, mW/dBm 보정 스위치 및 제로 설정 다이얼이 있습니다. 측정된 광 방사는 광 커넥터(대부분 FC 또는 PC 유형)로 종단된 광섬유의 도움으로 공급되며, 광 커넥터의 소켓(소켓)은 장치의 측벽 중 하나에 설치됩니다. . 장치의 광학적 매개변수, 치수, 무게 및 작동 조건이 표에 나와 있으며 그 중 일부에 대한 일반적인 보기가 그림 1에 나와 있습니다. 2과 XNUMX.
OK 및 라인에서 감쇠 측정. 광섬유(OF) 및 광케이블(OC)에서 광 신호 에너지의 감쇠(또는 손실)는 흡수, 국부적 비균질성에서의 광 산란 및 물질 분자에서의 레일리(분자) 광 산란으로 인한 것입니다. 또한 OF(13dBm 이상)에 도입된 증가된 전력 레벨에서 예를 들어 소위 자극된 라만 산란과 같은 물리적 현상이 손실을 결정하는 요소에 추가됩니다. 재료 결함으로 인한 흡수에 의한 감쇠는 측정하기 어려울 정도로 작아졌으며, 10mW 미만의 광 신호 전력에서 광섬유의 손실은 주로 Rayleigh 산란에 의해 결정됩니다. 이러한 유형의 산란은 실리카 SiO2 분자에서 발생합니다. 그 전력은 파장의 XNUMX제곱에 반비례합니다. 즉, 파장이 증가함에 따라 이러한 손실은 급격히 감소합니다. 시공 길이를 접합할 때 OK에서 추가 손실이 발생합니다. 그들은 국부적 불균일성, 용접 장소 또는 광섬유 끝의 접착에 나타납니다. 국부적 비균질성에는 에너지가 반대(내부) 방향으로 반사되는 OF 끝의 평평한 끝도 포함됩니다. 석영 OF의 경우 이러한 손실은 입사 전력의 약 4%(또는 -14dB)입니다. 광 복사가 광섬유에서 전파될 때 광 방사의 감쇠를 측정하기 위한 몇 가지 방법이 있습니다: XNUMX점, 대체, 시간 영역에서 Rayleigh 후방 산란, 광섬유 추출. 이러한 방법 중 건설, 시운전 및 운영에 사용되는 가장 간단하고 신뢰할 수 있는 방법은 점대점 방법입니다. 그것은 차례로 파괴 방법, 파괴 방법 및 보정 산란 방법의 세 가지 종류로 나뉩니다. 건설 및 연구 실습에서 가장 널리 사용되는 방법은 섬유 절단 방법입니다. 광학 방사는 광섬유의 입력 단부(광섬유 축에 대해 평평하고 수직이어야 함)에 도입됩니다. 이 경우 방사선원과 OF의 입력단은 견고하게 고정되어 측정 중에 OF에 에너지 입력 조건이 위반되지 않습니다. 알려진 길이 L0의 OB가 사용됩니다. 출력단은 계량기의 수신 장치에 삽입되어 단단히 고정됩니다. 그 후 광섬유의 출력단에서 나오는 광출력 P1의 값을 측정한다. 이 값이 기록됩니다. 또한, 절단 방법의 OF로부터 길이 L1의 섬유가 분리된다. 길이가 L2=L0-L1인 나머지 섬유의 출력단도 편평하고 특수 현미경으로 제어되는 OF 축에 수직이어야 합니다. 출구 끝의 품질이 만족스럽지 않으면 광섬유를 다시 절단하고 제어하십시오. 원하는 품질의 단면을 얻은 후 다시 광 파워 미터의 수신부에 도입하고 광 파워 P2를 고정합니다. 따라서 길이 L1의 광섬유 출력과 입력 P1에서 광 출력 P2의 값이 결정됩니다. 길이 L1인 광섬유의 감쇠는 공식 k=P2/P1(배) 또는 a=10lgP2/P1(dB)로 결정됩니다. 이 방법의 장점은 표준 녹음 장치가 구현에 적합하기 때문에 특별한 도구가 필요하지 않다는 것입니다. 그러나이 방법에는 중요한 단점도 있습니다. "파괴적인"유형에 속하며 효율성이 낮습니다. 실제로 0,1점 방식의 두 번째 유형인 비파괴 측정이 더 자주 사용됩니다. 이 방법을 사용하면 주어진 파장의 광 방사원에 출력 광 단일 섬유 케이블이 공급되며 케이블의 끝은 광 커넥터에서 종료됩니다. 최신 광섬유 및 광 커넥터는 기하학적 및 광학적 매개변수의 분포가 매우 작기 때문에 하나의 광 커넥터를 다른 커넥터에 연결할 때 감쇠 값의 확산은 0dB를 초과하지 않습니다. 말한 바에 따르면 다음 계획에 따라 수행되는 0V 또는 OK의 감쇠 측정이 정확합니다. 투광기의 출력단자에 광파워미터를 연결하고 수신한 데이터를 기록한다. 그런 다음 출력 커넥터는 OR에도 내장된 XNUMXV 입력단(OK의 필수 부분)에 연결되고 전력계는 출력단에 연결됩니다. 측정된 전력 값에서 위의 공식을 사용하여 감쇠를 계산합니다. 설명된 방법을 사용하여 감쇠를 측정하기 위해 업계에서는 광학 테스터를 생산합니다. 이러한 장치에는 하나의 하우징에 안정적으로 보정된 방사원과 광 파워 미터가 포함되어 있습니다. 일부 회사는 이미 터와 파워 미터라는 두 개의 개별 장치로 구성된 광학 테스터를 생산합니다. 두 개의 별도 장치로 구성된 광학 테스터는 경우에 따라 라인의 다른 끝에서 측정할 수 있기 때문에 더 편리합니다. 두 가지 유형의 테스터는 예를 들어 SIMENS에서 제조합니다. 두 번째 유형의 테스터에는 Almaz 유형의 가정용 장치가 포함됩니다. 이 장치를 사용하면 850, 1310, 1540, 1550 및 1560 nm의 다섯 가지 파장 중 하나에서 OK의 광 신호 전력 및 감쇠를 측정할 수 있습니다. 측정값의 범위는 -50...+3dB이며 절대 오차는 +0,2dB 이하입니다.
시간 영역에서 Rayleigh 후방 산란 측정을 기반으로 하는 반사 측정 방법은 최신 FOCL의 감쇠 수준을 평가하는 데 가장 많이 적용됩니다. 이를 위해 지속 시간 t와 반복 주기 Ti를 갖는 주기적인 광 펄스 시퀀스가 광섬유에 도입됩니다. 에너지 펄스는 입력 끝으로 돌아갑니다. 진폭은 정방향 및 역방향의 펄스 이동 시간과 동일한 시간만큼 입력(기준) 펄스에서 떨어진 광학 펄스의 전력에 비례합니다. 오실로스코프 화면에서 이러한 신호를 보면 노이즈로 채워진 일부 곡선을 볼 수 있으며 평균값은 시간이 지남에 따라 기하급수적으로 감소합니다. 이러한 곡선은 판독값의 정확한 판독을 불가능하게 하고 사용하기 불편합니다. 그러나 곡선을 주기적으로 반복하면 결과가 여러 번 누적되어 측정된 섬유 길이에 대한 감쇠의 깨끗한 선을 얻을 수 있습니다. 통신 기술에서 모든 상대 매개변수는 dB로 측정되기 때문에 이 곡선은 기울어진 직선의 형태를 취하기 때문에 각 수직 좌표에서 로그화됩니다. 광섬유 길이에 대한 감쇠 값의 설명된 종속성을 광학 반사도라고 합니다. 반사도는 감쇠뿐만 아니라 광섬유의 길이, 손상 지점 0V를 포함하여 국부적 비균질성까지의 거리를 결정하는 데 사용될 수 있음이 분명합니다.
반사율 측정 방법은 다른 감쇠 측정 방법에 비해 여러 가지 장점이 있습니다. 측정은 라인의 한쪽 끝이나 광 케이블 또는 광섬유의 한쪽 끝에서 이루어집니다. 능률; 0V 또는 OK의 길이, 국부적 비균질성의 위치(예: 0V 크랙 또는 작은 반경의 굽힘)를 결정하는 기능 전체 경로 및 진단의 지속적인 모니터링 가능성. 광학 반사계(그림 3 및 4)는 전 세계 여러 회사에서 생산됩니다(표 2).
최신 전송 시스템의 감도 측정. 전송 품질을 결정하는 주요 매개 변수는 디지털 정보 전송 오류 확률입니다. 현재 10-9 ... 10-12(전송 속도에 따라 다름)와 같은 주어진 전송 기호 수(5과 XNUMX)에 대한 오류 확률이 표준으로 간주됩니다. 디지털 전송 시스템의 감도는 오류 확률의 지정된 값이 여전히 관찰되는 수신에서의 최소 신호 전력으로 이해됩니다. 광섬유 전송 시스템의 경우 감도 측정은 광학 가변 감쇠기를 사용하여 수행됩니다. 다음 구성표에 따라 작동합니다 (그림 XNUMX).
오류율 측정기(ECO)에서 STM 장비의 그룹 디지털 신호의 전기적 입력으로 실선으로 전송되는 코드에 해당하는 코드의 의사 난수 시퀀스가 공급됩니다. STM 장비에서는 이 신호를 디지털 신호로 변환하여 전송부의 광커넥터로 공급하며, 이 출력에는 단섬유 광케이블(OK)을 이용하여 광가변 보정 감쇠기( ATT)가 연결되고, 출력도 광 케이블을 통해 광 신호 수신 장치 STM 하드웨어에 연결됩니다. 수신 경로의 전기 출력에서 수신된 디지털 신호는 PPI 입력에 연결됩니다. 광 파워 미터를 사용하여 측정을 시작하기 전에 이러한 유형의 STM 장비에 허용되는 최대 광 파워 레벨은 수신 경로의 입력에 설정됩니다. 이는 가변 보정 감쇠기에 의해 라인에 도입된 감쇠를 줄임으로써 이루어집니다. 동시에 ATT 수치가 기록됩니다. 그런 다음 라인 케이블이 IM 파워 미터에서 분리되고 STM 수신 경로의 광 입력에 연결됩니다. 이 모드에서 에러율을 측정하고 그 결과를 저장한 후 에러율(오류 확률이라고도 함)이 Posh> 10-9 값으로 증가할 때까지 ATT 감쇠기에 의해 광경로에 감쇠가 도입됩니다. 10-10) 그 후 선형 광 케이블을 STM 수신 경로의 광 입력에서 분리하고 IM 전력계에 다시 연결합니다. 이 전력은 시스템의 감도를 결정하는 값이 됩니다. 그들은 또한 ATT에 의해 광학 경로에 도입된 감쇠량을 기억합니다. 업계에서는 FOCL 측정을 위해 가변 보정 감쇠기를 생산합니다. 예를 들어 HEWLET PACKARD의 가변 광 감쇠기 유형 OLA-15 E-0004가 있습니다. 이 유형의 감쇠기는 -3에서 -60dB까지 FOCL에 감쇠를 도입할 수 있습니다. 감쇠 값은 디지털로 표시됩니다. 지정된 범위의 감쇠 변경은 0,1dB 단위로 부드럽게 이루어집니다. 국내 산업은 또한 NTGV243 유형과 같은 감쇠기를 생산합니다. 감쇠 범위는 -1 ~ -45dB입니다. 표시 읽기 - 버니어. 광학 방사의 파장 및 스펙트럼 대역 측정. FOCL의 영역 및 로컬 네트워크에서 주로 두 번째 투명 창을 갖는 0V가 사용되는 것으로 알려져 있으며 트렁크 네트워크에서 세 번째 창입니다. 다양한 FOCL 시스템에서 주어진 투명 창과 일치하지 않는 하나 또는 다른 파장의 광섬유 증폭기를 사용할 수 있습니다. 이것이 건설 중이거나 수리 중인 시스템이 작동하지 않는 이유일 수 있습니다. 따라서 방사선의 파장 측정의 중요성을 이해할 수 있습니다. 파장 외에도 스펙트럼 라인의 폭(즉, 광 방사의 대역폭)을 아는 것도 중요합니다. FOCL의 다양한 섹션과 이 매개변수의 불일치로 인해 광 펄스가 광 라인에서 전파될 때 광 펄스가 분산(확대)됩니다. 선폭 불일치는 특히 STM-4, STM-16, STM-64 등의 전송 시스템에서 품질 성능에 큰 영향을 미칩니다. 광 방사의 파장과 스펙트럼 선의 폭은 광 스펙트럼 분석기라는 특수 장치를 사용하여 측정됩니다. 이러한 장치는 HEWLET PACKARD와 같은 여러 외국 회사에서 대량 생산됩니다. 광 펄스의 분산은 광섬유 및 광 케이블의 생산 및 공장 테스트 중에도 측정됩니다. 업계에서는 FOCL에서 광 펄스의 분산을 측정하기 위한 특수 장치도 생산합니다. 이러한 장치에는 예를 들어 열 전달 연구소(Minsk)에서 제조한 ID-3 유형의 장치가 포함됩니다. 여기서는 FOCL 시스템에서 측정된 여러 매개변수만 명명되었지만 실제로는 기존 통신 시스템에 내재된 다른 특성도 측정됩니다. 저자: O. Sklyarov, Ph.D. 기술. 과학, 모스크바
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