Назначение
Комплекс метрологический измерения хроматической дисперсии, поляризационной модовой дисперсии и спектрального пропускания в наноструктурных фотонно-кристаллических световодах (далее по тексту - комплекс) предназначен для измерения оптических характеристик наноструктурных фотонно-кристаллических волокон для перспективных высокоскоростных волоконно-оптических информационно-телекоммуникационных систем в качестве рабочего средства измерений.
Описание
Комплекс состоит из трех установок:
- установка для измерения хроматической дисперсии фотонно-кристаллических световодов;
- установка для измерения поляризационной модовой дисперсии фотоннокристаллических световодов;
- установка для измерения спектрального ослабления фотонно-кристаллических световодов.
Принцип действия установки для измерения хроматической дисперсии фотоннокристаллических световодов основан на двух методах: фазовом и интерферометрическом. В первом случае непосредственно измеряется сдвиг фазы модулированного оптического сигнала в зависимости от длины волны с помощью векторного анализатора. Во втором случае зависимость фазы сигнала от длины волны определяется с помощью равноплечного интерферометра и измерителя мощности на его выходе при сканировании длины волны за короткий промежуток времени (порядка 1 сек).
Принцип действия установки для измерения поляризационной модовой дисперсии фотонно-кристаллических световодов основан на измерении параметров вектора Стокса одночастотного поляризованного оптического излучения, прошедшего образец фотоннокристаллического волокна, для разных длин волн оптического излучения. Для каждой длины волны измерения проводятся для трёх состояний поляризации. В результате измерений определяют угол поворота вектора Стокса в зависимости от изменения длины волны источника излучения, значение которого напрямую связано с поляризационной модовой дисперсией соответствующим соотношением.
Принцип действия установки для измерения спектрального ослабления фотоннокристаллических световодов основан на методе обрыва, который заключается в том, что сначала проводятся измерения мощности на выходе исследуемого волокна в зависимости от длины волны, затем исследуемое волокно разрывается вблизи оптического разъёма источника излучения и проводятся измерения мощности оставшейся части волокна. Данная процедура позволяет исключить неопределенность падения мощности излучения на выходном разъёме источника излучения.
Конструктивно комплекс представляет собой набор приборов настольно-переносного типа, выполненных в прямоугольных корпусах, а также размещенный на направляющих и металлическом основании комплект специальных юстировочных приспособлений в виде прецизионных механических подвижек и микрообъективов, позволяющих осуществлять ввод/вывод оптического излучения в/из образцов фотонно-кристаллических волокон, а также комплект компараторов на основе образцов фотонно-кристаллических волокон, оконцованных соединителями типа FC/APC. В качестве источников излучения применяются перестраиваемые лазе-
ры TLB-6500 и TSL-210, входящие в состав Государственного первичного специального эталона единицы хроматической дисперсии ГЭТ 185-2010.
Для ограничения доступа внутрь корпусов измерителя мощности и векторного анализатора произведено пломбирование.
Управление работой комплекса, отображение и хранение информации по измеряемым параметрам осуществляется с помощью ПЭВМ, совместимой с IBM PC, связь с которой осуществляется через соединительные кабели.
Комплект компараторов на основе наноструктурных фотонно-кристаллических
Измеритель мощности
EXFO РМ-1623-FOA-322
Волоконно-оптический адаптер
Рисунок 1 - Общий вид комплекса
Фотоприёмное Фотоприёмное
ЭВМ устройство 1544-В устройство с АЦП Волоконно-оптическая линия задержки
Лазер перестраиваемый TSL-210 Передающий модуль Комплект юстировочных приспособлений для
ввода/вывода излучения в/из волокна
Рисунок 2 - Схема маркировки приборов, входящих в установку для измерения хроматической дисперсии фотонно-кристаллических световодов
Комплект компараторов на основе наноструктурных Система измерительная
ЭВМ фотонно-кристаллических световодов поляриметрическая
Лазер перестраиваемый TSL-210 ввода/вывода излучения в/из волокна
Рисунок 3 - Схема маркировки приборов, входящих в установку для измерения поляризационной модовой дисперсии фотонно-кристаллических световодов
Лазер перестраиваемый I SL-210 Комплект компараторов на основе наноструктурных
Рисунок 4 - Схема маркировки приборов, входящих в установку для измерения спектрального ослабления фотонно-кристаллических световодов
Место пломбирования
Рисунок 5 - Место пломбирования векторного анализатора.
Место пломбирования
Рисунок 6 - Место пломбирования измерителя мощности EXFO
Программное обеспечение
Измерения параметров наноструктурных фотонно-кристаллических волокон проводятся с помощью ПЭВМ, на котором установлено программное обеспечение (ПО) комплекса. ПО состоит из управляющих программ complex_PCF_CD.exe, complex_PCF_PMD.exe и com-plex_PCF_ATT.exe, файлов со служебными данными complex_PCF_СD.ini, com-plex_PCF_PMD.ini и complex_PCF_ATT.ini, а также файлов драйверов для работы через интерфейсы USB, RS232, GPIB. Управляющие программы работают в удобных диалоговых режимах. В программах предусмотрен ввод данных о допускаемой погрешности поверяемого оборудования для измерений параметров фотонно-кристаллических волокон, это позволяет после проведения измерений сразу сделать вывод о его пригодности для дальнейшего использования. Результаты поверки заносятся в протоколы, генерируемые программами.
Программное обеспечение эксплуатируется на IBM PC совместимых компьютерах под управлением ОС WINDOWS 2000/XP/7.
Идентификационные данные ПО представлены в таблице 1. Таблица 1
| Наименование ПО | Идентификационное наименование ПО | Номер версии (идентификационный номер) ПО | Цифровой идентификатор ПО (контрольная сумма исполняемого кода) | Алгоритм вычисления цифрового идентификатора ПО |
| Комплекс метрологический КМ-ФКВ ХД | complex PCF СD | 1.0. | 70270D04 | CRC 32 |
| Комплекс метрологический КМ-ФКВ ПМД | complex_PCF_PMD | 1.0. | DF56AB32 | CRC 32 |
| Комплекс метрологический КМ-ФКВ АТТ | complex_PCF_ATT | 1.0. | 125EA080 | CRC 32 |
Обмен данными между измерительными блоками и персональным компьютером осуществляется через интерфейсы USB, RS232 и GPIB.
Искажение данных при передаче через интерфейс связи исключается параметрами протокола:
- для обмена с персональным компьютером используется тип BULK-передачи, предназначенный для надёжной передачи файлов данных с многоуровневой защитой целостности;
- каждая передача разбита на транзакции с подтверждением их успешного завершения получателем, что исключает использование или исполнение недостоверных данных или команд; плохие данные отбрасываются, и транзакция повторяется;
- направление и назначение пакетов данных внутри транзакций определяется специальными идентификаторами, имеющими отдельную от других данных защиту от искажений с помощью избыточного кодирования;
- при наличии на шине интерфейса нескольких устройств соответствие данных обеспечивается специальным полем адреса устройства TOKEN-пакетов, защищённым с помощью CRC;
- целостность данных в отдельных пакетах проверяется с помощью CRC.
Метрологически значимая часть ПО размещается вместе с остальными частями ПО в памяти компьютера, доступ к которым ограничен соответствующими паролями.
Защита программного обеспечения от непреднамеренных и преднамеренных изменений соответствует уровню «С» по МИ 3286-2010.
Технические характеристики
Метрологические характеристики комплекса при измерении хроматической дисперсии фотонно-кристаллических световодов представлены в таблице 2.
Таблица 2
| Наименование характеристики | Значение характеристики |
| Спектральный диапазон, нм | 1270 - 1360 1500 - 1575 |
| Диапазон показаний хроматической дисперсии, пс/нм | минус 100 - плюс 100 |
| Пределы допускаемой основной абсолютной погрешности в диапазонах измерения хроматической дисперсии, пс/нм от минус 100 до минус 5 от минус 0,3 до минус 0,05 от 0,05 до 0,3 от 5 до 100 | ±1 ±0,01 ±0,01 ± 1 |
Метрологические характеристики комплекса при измерении поляризационной модовой дисперсии фотонно-кристаллических световодов представлены в таблице 3.
Таблица 3
| Наименование характеристики | Значение характеристики |
| Рабочие длины волн, нм | 1300, 1550 |
| Диапазон измерений поляризационной модовой дисперсии, пс | 0,05 - 0,1 |
| Пределы допускаемой основной абсолютной погрешности измерения поляризационной модовой дисперсии, пс | ± (0,01+ 0,01-D), где D - значение поляризационной модовой дисперсии, пс |
Метрологические характеристики комплекса при измерении спектрального ослабления фотонно-кристаллических световодов представлены в таблице 4.
Таблица 4
| Наименование характеристики | Значение характеристики |
| Длины волн, фиксированные в диапазоне, нм | 850 - 1360 1500 - 1575 |
| Диапазон измерений ослабления, дБ | 0,5 - 3 |
| Пределы допускаемой основной абсолютной погрешности измерения ослабления А, дБ | ± 0,02 х А, где А - значение ослабление, дБ |
Технические характеристики комплекса представлены в таблице 5. Таблица 5
| Параметры электрического питания: -напряжение сети переменного тока, В -частота сети переменного тока, Гц | 220 ± 22 50 ± 1 |
| Габаритные размеры (ДхШхВ), мм, не более - лазер перестраиваемый TLB-6500 | 480x500x140 |
| - лазер перестраиваемый TSL-210 | 210x380x120 |
| - измеритель мощности EXFO PM-1623-FOA-322 | 220x340x115 |
| - фотоприёмное устройство с АЦП | 160x200x70 |
| - система измерительная поляриметрическая | 475x250x160 |
| - векторный анализатор ZVB-8 | 470x420x240 |
| - фотоприемное устройство 1544-B | 300x210x70 |
| - блок источников | 85x150x40 |
| Масса приборов, кг, не более | |
| - лазер перестраиваемый TLB-6500 | 20 |
| - лазер перестраиваемый TSL-210 | 10 |
| - измеритель мощности EXFO PM-1623-FOA-322 | 7 |
| - фотоприёмное устройство с АЦП | 5 |
| - система измерительная поляриметрическая | 10 |
| - векторный анализатор ZVB-8 | 15 |
| - фотоприемное устройство 1544-B | 5 |
| - блок источников | 1 |
| Условия эксплуатации: Температура воздуха, °С Относительная влажность воздуха, %, не более | 22 ± 2 85 |
Знак утверждения типа
Знак утверждения типа средства измерений наносится на титульный лист Руководства по эксплуатации печатным способом и в виде наклейки на передние панели корпусов приборов методом наклеивания.
Комплектность
Таблица 6
| Наименование | Количество, шт. |
| Лазер перестраиваемый TLB-6500* | 1 |
| Лазер перестраиваемый TSL-210* | 1 |
| Волоконно-оптическая линия задержки | 1 |
| Комплект юстировочных приспособлений для ввода/вывода излучения в/из волокна | 1 |
| Измеритель мощности EXFO PM-1623-FOA-322 | 1 |
| Волоконно-оптический адаптер | 1 |
| Фотоприёмное устройство с АЦП | 1 |
| Система измерительная поляриметрическая | 1 |
| Комплект компараторов на основе наноструктурных фотонно-кристаллических световодов | 1 |
| Векторный анализатор ZVB-8 | 1 |
| Фотоприемное устройство 1544-B | 1 |
| Передающий модуль | 1 |
| Блок источников | 1 |
| Комплект шнуров оптических соединительных | 1 |
| ПЭВМ* | 1 |
| Компакт-диск с ПО | 1 |
| Паспорт | 1 |
| Руководство по эксплуатации | 1 |
| * -из состава ГЭТ 184-2010 |
Поверка
осуществляется по документу «Комплекс метрологический измерения хроматической дисперсии, поляризационной модовой дисперсии и спектрального пропускания в наноструктурных фотонно-кристаллических световодах. Методика поверки № МП 29.Д4-11», утвержденному ФГУП «ВНИИОФИ» «30» сентября 2011 г.
Основные средства поверки:
1 Государственный специальный эталон единиц длины и времени распространения сигнала в световоде, средней мощности, ослабления и длины волны для волоконно-оптических систем связи и передачи информации ГЭТ 170-2006. Установка для измерения нелинейности приемников оптического излучения.
Основные метрологические характеристики:
Диапазон длин волн: 0,6 - 1,7 мкм;
Погрешность измерений нелинейности не более 0,1 % на порядок диапазона средней мощности.
2 Государственный первичный специальный эталон единицы хроматической дисперсии в оптическом волокне ГЭТ 184-2010;
Основные метрологические характеристики:
Рабочий спектральный диапазон, нм: 1260 - 1650;
Диапазон воспроизведения единицы хроматической дисперсии, пс/нм: минус 400 -плюс 400;
Граница неисключенной систематической погрешности воспроизведения единицы хроматической дисперсии, не более, пс/нм: 0,6;
СКО результата измерений при воспроизведении единицы хроматической дисперсии (при 10 измерений), пс/нм: 0,1.
3 Государственный первичный специальный эталон единицы поляризационной модовой дисперсии в оптическом волокне ГЭТ 185-2010.
Основные метрологические характеристики:
Рабочие длины волн воспроизведения единицы поляризационной модовой дисперсии в оптическом волокне составляют: 1310, 1550 нм.
Диапазон значений поляризационной модовой дисперсии в оптическом волокне составляет: 0.05 ^ 120 пс.
Среднее квадратическое отклонение (СКО) результата измерений не превышает значений от 0,002 пс до 0,005*Дт пс при 10 независимых измерениях, где Дт - значение или результат измерений поляризационной модовой дисперсии;
Граница неисключенной систематической погрешности не превышает значений от ±0,007 пс до ±0,011 хДт пс.
Сведения о методах измерений
«Комплекс метрологический измерений поляризационной модовой дисперсии в наноструктурных фотонно-кристаллических световодах. Руководство по эксплуатации». Раздел 3 «Использование изделия».
Нормативные документы
ГОСТ 8.585-2005 «Государственная система обеспечения единства измерений. Государственная поверочная схема для средств измерений длины и времени распространения сигнала в световоде, средней мощности, ослабления и длины волны для волоконно-оптических систем связи и передачи информации».
Рекомендации к применению
Оказание услуг почтовой связи и учет объема оказанных услуг электросвязи операторам связи.
