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Text File  |  1993-06-26  |  12KB  |  287 lines

  1. B.1.2.2  Wavelength selection
  2.  
  3.         A  wavelength selector is used to select the wavelength at which the
  4. group  delay  is  to be measured. Optical switch, monochromator,  dispersive
  5. devices,  optical  filters, optical coupler, connectors etc.  may  be  used,
  6. depending on the type of light sources and measurement set-up. The selection
  7. may  be  carried out by switching electrical driving signals  for  different
  8. wavelength light sources. The wavelength selector may be used either at  the
  9. input or at the output end of the fibre under test.
  10.  
  11. B.1.2.3     Detector
  12.  
  13.         The light emerging from the fibre under test, the reference fibre or
  14. the  optical  divider etc., is coupled to a photo detector whose  signal-to-
  15. noise  ratio  and  time  resolution are adequate for  the  measurement.  The
  16. detector is followed by a flow noise amplifier if needed.
  17.  
  18. B.1.2.4     Reference channel
  19.  
  20.         The  reference channel may consist of electrical signal line or optical
  21. signal line. A suitable time delay generator may be interposed in this channel.
  22. In  certain  cases, the fibre under test itself can be used  as  the  reference
  23. channel line.
  24.  
  25. B.1.2.5     Delay detector
  26.  
  27.         The  delay  detector shall measure the delay time or  the  phase  shift
  28. between  the reference signal and the channel signal. In the case of sinusoidal
  29. modulation,  a vector voltmeter could be used. In the case of pulse modulation,
  30. a high speed oscilloscope or a sampling oscilloscope could be used.
  31.  
  32. B.1.2.6     Signal processor
  33.  
  34.         A signal processor can be added in order to reduce the noise and/or the
  35. jitter in the measured waveform. If needed, a digital computer can be used  for
  36. purposes of equipment control, data acquisition and numerical evaluation of the
  37. data.
  38.  
  39. B.1.3  Procedure
  40.  
  41.         The  fibre  under  test is suitably coupled to the source  and  to  the
  42. detector through the wavelength selector or the optical divider etc. If needed,
  43. a calibration of the chromatic delay of the source may be performed. A suitable
  44. compromise  between wavelength resolution and signal level  must  be  achieved.
  45. Unless  the  fibre under test is also used as the reference channel  line,  the
  46. temperature of the fibre must be sufficiently stable during the measurement.
  47.  
  48.         The  time  delay or phase shift between the reference  signal  and  the
  49. channel  signal  at the operating wavelength are to be measured  by  the  delay
  50. detector.  Data  processing appropriate to the type of modulation  is  used  in
  51. order   to  obtain  the  chromatic  dispersion  coefficient  at  the  operating
  52. wavelength.  When needed, a spectral scan of the group delay versus  wavelength
  53. can be performed; from the measured values a fitting curve can be completed.
  54.  
  55.         The  measured group delay per unit fibre length versus wavelength shall
  56. be fitted by the three-term Sellmeier expression:
  57.  
  58.                                    So 1    Oo2 ¼2
  59.                        (O) = o + ÄÄ 3O - ÄÄÄ 3
  60.                                     8 »     O  _
  61.         Here  o is the relative delay minimum at the zero-dispersion wavelength
  62. Oo. The chromatic dispersion coefficient D(O) = d/dO can be determined from the
  63. differentiated Sellmeier expression:
  64.  
  65.                               So 1    Oo4 ¼
  66.                        D(O) = ÄÄ 3O - ÄÄÄ 3
  67.                                4 »     O3 _
  68.  
  69.         Here So is the zero-dispersion slope i.e., the value of the dispersion-
  70. dD
  71. slope   S(O) = ÄÄ  at Oo.
  72.                dO
  73.  
  74. Note  1  - These equations for (O) and D(O) are sufficiently accurate over  the
  75. 1270-1340  nm range, but are less accurate in the 1550 nm region.  Because  the
  76. dispersion  in  the  latter  region  is large,  the  reduced  accuracy  may  be
  77. acceptable;  if  not, it can be improved by including data  from  the  1550  nm
  78. region  when  performing the fit. However, it should be  noted  that  this  may
  79. reduce the accuracy in the 1300 nm region.
  80.  
  81. Note  2  -  Alternatively the chromatic dispersion coefficient can be  measured
  82. directly,  for example by a differential phase shift method. In this case,  the
  83. differentiated  Sellmeier equation shall be fitted directly to  the  dispersion
  84. coefficient for determining Oo and So.
  85.  
  86. B.1.4  Presentation of results
  87.  
  88.        The following details shall be presented:
  89.  
  90.        a)   Test set-up arrangement
  91.  
  92.        b)   Type of modulation used
  93.  
  94.        c)   Source characteristics
  95.  
  96.        d)   Fibre identification and length
  97.  
  98.        e)   Characteristics of the wavelength selector (if present)
  99.  
  100.        f)   Type of photodetector
  101.  
  102.        g)   Characteristics of the delay detector.
  103.  
  104.         h)    Values of the zero-dispersion wavelength and the zero- dispersion
  105.    slope
  106.  
  107.             If  the frequency domain technique is used, the time group delay  t
  108.             will  be  deduced from the corresponding phase shift   through  the
  109.             relation t = /(2f), f being the modulation frequency
  110.  
  111.         i)    Fitting procedures of relative delay data with the used fitting
  112.    wavelength range
  113.  
  114.         j)    Temperature  of  the  sample  and  environment  conditions  (if
  115.    necessary)
  116.  
  117.  
  118.  
  119.  
  120.  
  121.  
  122.  
  123.  
  124.  
  125.  
  126.  
  127.  
  128.  
  129.  
  130.  
  131.  
  132.  
  133.                              FIGURE B-11/G.652
  134.  
  135.                  Typical arrangement of the test apparatus
  136.  
  137. B.2      Alternative   test  method  for  chromatic  dispersion   coefficient
  138.     measurement: the interferometric test method
  139.  
  140. B.2.1  Objective
  141.  
  142.         The interferometric test method allows the chromatic dispersion to be
  143. measured,  using  a short piece of fibre (several metres).  This  offers  the
  144. possibility of measuring the longitudinal chromatic dispersion homogeneity of
  145. optical  fibres. Moreover, it is possible to test the effect  of  overall  or
  146. local influences, such as temperature changes and macrobending losses, on the
  147. chromatic dispersion.
  148.  
  149.         According to the interferometric measuring principle, the wavelength-
  150. dependent  time  delay  between the test sample and  the  reference  path  is
  151. measured by a Mach-Zehnder interferometer. The reference path can be  an  air
  152. path or a single-mode fibre with known spectral group delay.
  153.  
  154.         It  should  be  noted that extrapolation of the chromatic  dispersion
  155. values  derived  from  the interferometric test on fibres  of  a  few  metres
  156. length, to long fibre sections assumes longitudinal homogeneity of the fibre.
  157. This assumption may not be applicable in every case.
  158.  
  159. B.2.2  Test apparatus
  160.  
  161.         Schematic diagrams of the test apparatus using a reference fibre and  an
  162. air path reference are shown in Figures B-12/G.652 and B-13/G.652 respectively.
  163.  
  164. B.2.2.1     Optical source
  165.  
  166.         The source should be stable in position, intensity and wavelength for  a
  167. time  period sufficiently long to complete the measurement procedure. The source
  168. must  be suitable, e.g. a YAG laser with a Raman fibre or a lamp and LED optical
  169. sources  etc. For the application of lock-in amplification techniques,  a  light
  170. source with low-frequency modulation (50 to 500 Hz) is sufficient.
  171.  
  172. B.2.2.2     Wavelength selector
  173.  
  174.        A wavelength selector is used to select the wavelength at which the group
  175. delay is measured. A monochromator, optical interference filter, or other
  176. wavelength  selector  may be used depending on the type of optical  sources  and
  177. measurement systems. The wavelength selector may be used either at the input  or
  178. the output end of the fibre under test.
  179.  
  180.         The  spectral  width of the optical sources is to be restricted  by  the
  181. dispersion measuring accuracy, and it is about 2 to 10 nm.
  182.  
  183. B.2.2.3     Optical detector
  184.  
  185.         The  optical  detector  must  have  a  sufficient  sensitivity  in  that
  186. wavelength  range  in which the chromatic dispersion has to  be  determined.  If
  187. necessary,  the  received  signal  could  be  upgraded,  with  for   example   a
  188. transimpedance circuit.
  189.  
  190. B.2.2.4     Test equipment
  191.  
  192.         For the recording of the interference patterns, a lock-in amplifier  may
  193. be  used. Balancing of the optical length of the two paths of the interferometer
  194. is  performed  with  one  linear  positioning  device  in  the  reference  path.
  195. Concerning  the  positioning device, attention should be paid to  the  accuracy,
  196. uniformity  and stability of linear motion. The variation of the  length  should
  197. cover the range from 20 to 100 mm with an accuracy of about 2 m.
  198.  
  199. B.2.2.5     Specimen
  200.  
  201.         The specimen for the test can be uncabled and cabled single-mode fibres.
  202. The  length of the specimen should be in the range 1 m to 10 m. The accuracy  of
  203. the  length should be about ± 1 mm. The preparation of the fibre endfaces should
  204. be carried out with reasonable care.
  205.  
  206. B.2.2.6     Data processing
  207.  
  208.         For  the analysis of the interference patterns, a computer with suitable
  209. software should be used.
  210.  
  211. B.2.3  Test procedure
  212.  
  213.         1)   The fibre under test is placed in the measurement set-up (Figure B-
  214.    12,  B-13/G.652).  The positioning of the endfaces is  carried  out  with  3-
  215.    dimensional  micro-positioning  devices  by  optimizing  the  optical   power
  216.    received  by  the  detector.  Errors arising  from  cladding  modes  are  not
  217.    possible.
  218.  
  219.         2)    The determination of the group delay is performed by balancing the
  220.    optical  lengths of the two interferometer paths with one linear  positioning
  221.    device  in  the  reference  path for different  wavelengths.  The  difference
  222.    between position xi of the maximum of the interference pattern for wavelength
  223.    Oi  and position xo (Figure B-14/G.652) determines the group delay difference
  224.    _tg(Oi)  between the reference path and the test path as follows:
  225.  
  226.                                      xo - xi
  227.                            _tg(Oi) = ÄÄÄÄÄÄÄ
  228.                                         co
  229.  
  230. where  co  is the velocity of light in the vacuum. The group delay of  the  test
  231. sample is calculated by adding the value _tg(Oi) and the spectral group delay of
  232. the  reference path. Dividing this sum by the test fibre length then  gives  the
  233. measured group delay per unit length (O) of the test fibre.
  234.  
  235.  
  236.  
  237.  
  238.  
  239.         From  the  individual  group delay values of the  fibre  under  test  an
  240. interpolation  curve  can be derived. The measured group delay  per  unit  fibre
  241. length versus wavelength shall be fitted by the three-term Sellmeier expression:
  242.                            So 1    Oo2 ¼2         (O) = o + ÄÄ 3O - ÄÄÄ 3
  243.                             8 »     O  _
  244.  
  245.         Here  o  is the relative delay minimum at the zero-dispersion wavelength
  246. Oo.  The chromatic dispersion coefficient D(O) = d/dO can be determined from the
  247. differentiated Sellmeier expression:
  248.  
  249.                       So 1    Oo4 ¼
  250.             D(O) = ÄÄ 3O - ÄÄÄ 3
  251.                        4 »     O3 _
  252.         Here So is the zero-dispersion slope, i.e., the value of the dispersion-
  253. slope
  254.                S(O) = dD
  255.                          ÄÄ  at Oo.                           dO
  256.  
  257. Note - These equations for (O) and D(O) are sufficiently accurate over the 1270-
  258. 1340  nm  range,  but  are  less accurate in the 1550  nm  region.  Because  the
  259. dispersion  in  the  latter  region  is  large,  the  reduced  accuracy  may  be
  260. acceptable, if not, it can be improved by including data from the 1550 nm region
  261. when  performing the fit. However, it should be noted that this may  reduce  the
  262. accuracy in the 1300 nm region.
  263.  
  264. B.2.4  Presentation of results
  265.  
  266.        The following details shall be presented:
  267.  
  268.        a)   Test set-up arrangement
  269.  
  270.        b)   Source characteristics
  271.  
  272.        c)   Fibre identification and length
  273.  
  274.        d)   Characteristics of the wavelength selector (if present)
  275.  
  276.        e)   Type of the photodetector
  277.  
  278.         f)    Values  of  the zero-dispersion wavelength and the zero-dispersion
  279.    slope
  280.  
  281.         g)    Fitting  procedures of relative delay data with the  used  fitting
  282.    wavelength range
  283.  
  284.          h)    Temperature  of  the  sample  and  environmental  conditions  (if
  285.    necessary).
  286.  
  287.