Анализатор оптического спектра: понятие, особенности, принцип работы

Анализатор оптического спектра – специальный прибор, позволяющий зафиксировать мощность оптического сигнала на основе характеристик длины волны. Востребованность оптоволоконных линий связи год от года увеличивается, так что растет спрос и на анализаторы спектра, позволяющие обслуживающему персоналу провести диагностику системы, сделать необходимые выводы о правильности, надежности ее работы.

Потребность в применении анализаторов объясняется главным образом выраженностью влияния спектральной составляющей на общие характеристики оптоволоконной линии. Например, полоса пропускания сигнала может значительно сузиться из-за хроматической дисперсии линии передачи. Определить недостаток также должны помочь именно анализаторы оптического спектра.

Конструктивные особенности

С точки зрения конструкции оптические анализаторы спектра можно представить двумя основными категориями:

1. Вставные. Это компактные модули, которые могут использоваться как в процессе лабораторных измерений, так и на различных коммерческих, производственных линиях связи. Их работа автоматизирована, данные передаются в режиме реального времени, что позволяет оператору своевременно реагировать на сбои.
2. Портативные. Устройства, предназначенные для тестирования различных сегментов ВОЛС на выезде. Многие модели сделаны специально для использования специалистами не самой высокой категории, отличаются упрощенным интерфейсом, при этом точность замеров вполне соответствует профессиональному уровню.

Области эксплуатации

Оптические анализаторы активно применяются в ВОЛС, позволяют держать под контролем спектр формируемого оптического излучения, сделать точные выводы относительно того, насколько выражено влияние отдельных компонентов на общую стабильность работы линии, скорость передачи информации.

Примерами областей, где используются анализаторы оптического спектра, могут быть следующие:

• Телевещание.
• Интернет-технологии, различные объекты, центры обработки данных, серверные.
• Коммерческие, производственные предприятия, где при обустройстве внутренних локальных сетей использованы не витые пары, а оптоволокно, обеспечивающее большую скорость передачи сигнала, его устойчивость к внешним нагрузкам, ЭМ-излучению, температуре.

Принцип действия

В основу работы анализатора оптического спектра положено разделение общего потока света на несколько монохроматических составляющих, мощность каждой из которых измеряется в отдельности, независимо от других. Такой подход позволяет устройству зафиксировать полный спектральный профиль сигнала в пределах конкретного диапазона по длине волны.

Для выделения монохроматических составляющих применяются, как правило, дифракционные решетки. На ее плоскости предусмотрено множество параллельных линий, благодаря которым и происходит разделение сигнала в оптический спектр. После разделения становится возможной фиксация мощности определенной длины волны детектором.

Первыми анализаторами оптического спектра, работающими по указанной схеме, были однопроходные монохроматоры. Современные устройства более совершенны, они укомплектованы модифицированными дисперсионными решетками, высокоточными системами фиксации мощности.

Основные минусы оптических анализаторов спектра данного класса – громоздкость и уязвимость для внешних механических воздействий, для проведения полевых измерений они не подходят, ориентированы, по большей части, на лабораторное применение.

В связи с этим все большее распространение получают аналоги, функционирование которых основано на принципе Фабри-Перо. Их основной компонент – сканирующий интерферометр, дополненный цифровыми или аналоговыми модулями, корректирующими резонансную частоту полости посредством корректировки напряжения. Зазор между парой зеркал с высокими отражающими характеристиками изменяется при помощи миниатюрного пьезоэлектрического привода, фотодиод высокой чувствительности, размещенный в резонаторе, обеспечивает выдачу сигнала интенсивности, зависящий от линейного напряжения, благодаря которому и формируется спектр, позволяющий сделать точные выводы относительно оптической мощности.

Основные характеристики

При подборе анализатора оптического спектра необходимо обращать внимание на ряд параметров:

1. Коэффициент оптического отклонения (ORR). Важнейший параметр, от которого зависит предельный показатель отношения между сигналом и шумом, фиксируемое устройство при максимальной выраженности сигнала. Если каналы оптической линии расположены очень плотно, то эта характеристика приобретает еще более важное значение, недостаточно технологичные устройства не могут дать специалистам необходимые данные. В том случае, если ORR анализатора меньше, чем соотношение между сигналом и шумом, то специалист видит график, отражающий не фактическое поведение оптического сигнала, а ограничения измерительного устройства.
2. Динамический диапазон мощности. Эта характеристика указывает на пропускную способность детектора, уровни мощности, которые он способен правильно измерить. Чем шире диапазон, тем более универсальным является оборудование, позволяет измерить как выраженные, так и слабые сигналы.
3. Рабочий диапазон длины волны. По этой характеристике можно сделать вывод, как анализатор справляется с обработкой сигналов конкретного участка спектра. Как правило, выражается она в указании минимальной и максимальной рабочей длины. Опять же, чем шире диапазон, тем более универсален анализатор оптического спектра. Вместе с расширением диапазона, увеличивается разрешающая способность устройства. Для того, чтобы четко дифференцировать сигналы, лежащие в близких диапазонах, устройства комплектуются фильтрами, технологичными дифракционными решетками, работа основывается на принципе двойного пропускания. Практика показывает, что оптимальное значение разрешающей способности – 0.05 нм.

Преимущества

Если говорить о достоинствах оптических анализаторов спектра, то следует акцентировать внимание на следующих моментах:

• Фиксация длины волны с максимальной точностью, соответствующей даже требованиям лабораторий.
• Автоматизация. Калибровка в соответствии с длиной волны происходит за счет электронных компонентов, что снижает нагрузку на специалиста, повышает точность замеров. Использовать анализаторы оптического спектра могут даже работники не слишком высокой квалификации.
• Расширенный динамический диапазон, что делает устройства максимально универсальными, использовать их можно в различных оптоволоконных линиях, системах с плотным мультиплексированием, где сигналы разделяются в соответствии с длиной волны.
• Минимальная чувствительность касаемо поляризации излучения. Эта особенность дает возможность использовать устройства в линиях, укомплектованных оптическими усилителями, дает возможность оценить эффективность их работы.
• Оптический выход, благодаря которому спектральный канал можно применять для цифровых исследований.
• Автоматизированный продолжительный мониторинг. Его задача – фиксация изменений характеристик сигнала на протяжении длительного времени.
• Возможность работы в соответствии с заданными режимами. Они фиксируются в памяти оператором, что, в дальнейшем, позволяет значительно снизить время, необходимое для проведения измерений.
• Возможность сравнения спектров пары сигналов.
• Информативность. Анализаторы спектра комплектуются крупными дисплеями, на которые выводятся основные данные в максимально понятной, доступной форме.

Конечно, все перечисленные достоинства характерны только для действительно современных, технологичных моделей. При выборе нужно ориентироваться не только на рабочие параметры, но и на производителя, репутацию, рекомендации специалистов. Все это поможет в выборе оборудования самого высокого класса!