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1 Padova – Dipartimento di Ingegneria dell Informazione C. Vettore – Misure Riflettometriche nel dominio della frequenza Misure riflettometriche nel dominio.

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1 1 Padova – Dipartimento di Ingegneria dell Informazione C. Vettore – Misure Riflettometriche nel dominio della frequenza Misure riflettometriche nel dominio della frequenza (OFDR) Relatore: Prof. Andrea Galtarossa Correlatore: Ing. Anna Pizzinat Laureando: Carlo Vettore

2 2 Padova – Dipartimento di Ingegneria dell Informazione C. Vettore – Misure Riflettometriche nel dominio della frequenza Sommario Dispersione dei modi di polarizzazione Tecniche riflettometriche OFDR Basi teoriche Apparato sperimentale Interferometro Compensazione numerica Conclusioni

3 3 Padova – Dipartimento di Ingegneria dell Informazione C. Vettore – Misure Riflettometriche nel dominio della frequenza Dispersione dei modi di polarizzazione La capacità trasmissiva in una fibra ottica monomodale è limitata dalla dispersione: Cromatica (segnale con più componenti cromatiche mentre si propaga viene distorto) Dei modi di polarizzazione (diversa velocità di gruppo dei modi della fibra) Ritardo differenziale di gruppo Impulso Ottico fenomeno della PMD Polarizzazione verticale Polarizzazione orizzontale

4 4 Padova – Dipartimento di Ingegneria dell Informazione C. Vettore – Misure Riflettometriche nel dominio della frequenza Tecniche riflettometriche Per ridurre effetti della PMD è necessaria lottimizzazione del profilo di spin Necessari strumenti per lanalisi delle proprietà locali della fibra Tecniche riflettometriche legate allanalisi dello stato di polarizzazione del campo retrodiffuso P-OTDR Analisi nel tempo dello stato di polarizzazione del campo retrodiffuso OFDR Basato sulla rilevazione coerente del battimento tra il segnale retrodiffuso dalla fibra e quello prodotto da un oscillatore locale

5 5 Padova – Dipartimento di Ingegneria dell Informazione C. Vettore – Misure Riflettometriche nel dominio della frequenza OFDR: Principio di funzionamento Segnale del ramo di riferimento U 1 Retrodiffusione dalla fibra U 2 t f Laser modulato con frequenza istantanea: Si può così mappare la scala delle frequenze in una scala delle distanze. Sorgente laser Al Fotodiodo arriva la Frequenza battimento

6 6 Padova – Dipartimento di Ingegneria dell Informazione C. Vettore – Misure Riflettometriche nel dominio della frequenza OFDR: Apparato sperimentale

7 7 Padova – Dipartimento di Ingegneria dell Informazione C. Vettore – Misure Riflettometriche nel dominio della frequenza OFDR: Interferometro Modulazione piezoelettrica Tensione elettrica in uscita dal fotodiodo: Nel caso ideale è un segnale con ununica frequenza proporzionale al ritardo. Eseguendo una demodulazione FM si riesce dunque a recuperare la funzione di modulazione del laser.

8 8 Padova – Dipartimento di Ingegneria dell Informazione C. Vettore – Misure Riflettometriche nel dominio della frequenza OFDR: non linearità della modulazione Effetti della non linearità di secondo grado nel polinomio della modulazione sul laser. Si ha un allargamento dellimpulso Da prove sperimentali si può con buona approssimazione ipotizzare che la sorgente laser emetta un segnale la cui frequenza istantanea nel tempo si possa assumere come combinazione lineare di una parte polinomiale ed una cosinusoidale:

9 9 Padova – Dipartimento di Ingegneria dell Informazione C. Vettore – Misure Riflettometriche nel dominio della frequenza OFDR: descrizione statistica dei coefficienti Ipotizzando uno sviluppo solo polinomiale della f ist e fermandosi al terzo ordine si e eseguita una descrizione statistica dei primi tre coefficienti. Per una statistica attendibile si è cercato di acquisire il più alto numero di rampe contigue usando il clock di MHz provvedendo allimplementazione di filtro anti-aliasing Forte variazione della deviazione standard, non e possibile eseguire una compensazione numerica con dei parametri statici e fissati a priori Si deve adottare un nuovo schema Frequenza [MHz] Attenuazione [dB]

10 10 Padova – Dipartimento di Ingegneria dell Informazione C. Vettore – Misure Riflettometriche nel dominio della frequenza OFDR: schema completo Uso entrambi i canali della scheda di acquisizione: 1.Segnale proveniente dal dispositivo sotto esame 2.Segnale proveniente dallinterferometro che verrà utilizzato per recuperare in tempo reale i parametri di approssimazione della f ist. CH2 CH1 Trigger

11 11 Padova – Dipartimento di Ingegneria dell Informazione C. Vettore – Misure Riflettometriche nel dominio della frequenza OFDR: compensazione numerica Il procedimento adottato basa il suo funzionamento sulla rimodulazione dinamica del periodo di campionamento. t asse dei tempi campionato uniformemente Si definisce un nuovo asse dei tempi in modo da soddisfare luguaglianza:

12 12 Padova – Dipartimento di Ingegneria dell Informazione C. Vettore – Misure Riflettometriche nel dominio della frequenza OFDR: compensazione segnale reale

13 13 Padova – Dipartimento di Ingegneria dell Informazione C. Vettore – Misure Riflettometriche nel dominio della frequenza Conclusioni Per la notevole potenza di calcolo richiesta si hanno delle limitazione alla compensazione numerica del segnale; Comunque si potrebbe pensare ad un ottimizzazione dellalgoritmo di acquisizione integrandolo in matlab; Schema circuitale utilizzato si può ritenere maturo e robusto. LOFDR si presta bene allanalisi locale delle proprietà della fibra, tuttavia la costruzione presenta notevoli difficoltà tecniche, infatti non esiste ancora una realizzazione commerciale con tali caratteristiche di portata.

14 14 Padova – Dipartimento di Ingegneria dell Informazione C. Vettore – Misure Riflettometriche nel dominio della frequenza Demodulazione FM Hilbert I(t) Schema di demodulazione con filtro di Hilbert BPF X(t) Y(t) r(t)

15 15 Padova – Dipartimento di Ingegneria dell Informazione C. Vettore – Misure Riflettometriche nel dominio della frequenza Segnale di modulazione del laser Finestra di acquisizione Segnale allAOM Segnale al fotodiodo Segnale in tensione uscente dal modulatore

16 16 Padova – Dipartimento di Ingegneria dell Informazione C. Vettore – Misure Riflettometriche nel dominio della frequenza Flow Chart programma di acquisizione


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