Misure riflettometriche nel dominio della frequenza (OFDR)

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1 Misure riflettometriche nel dominio della frequenza (OFDR)
Relatore: Prof. Andrea Galtarossa Correlatore: Ing. Anna Pizzinat Laureando: Carlo Vettore

2 Dispersione dei modi di polarizzazione Tecniche riflettometriche OFDR
Sommario Dispersione dei modi di polarizzazione Tecniche riflettometriche OFDR Basi teoriche Apparato sperimentale Interferometro Compensazione numerica Conclusioni

3 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) fenomeno della PMD Polarizzazione verticale Impulso Ottico → Polarizzazione orizzontale Ritardo differenziale di gruppo

4 Tecniche riflettometriche
Per ridurre effetti della PMD è necessaria l’ottimizzazione del profilo di spin Necessari strumenti per l’analisi delle proprietà locali della fibra Tecniche riflettometriche legate all’analisi 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 OFDR: Principio di funzionamento
Laser modulato con frequenza istantanea: Segnale del ramo di riferimento U1 f Retrodiffusione dalla fibra U2 Al Fotodiodo arriva la Frequenza battimento t Sorgente laser Si può così mappare la scala delle frequenze in una scala delle distanze.

6 OFDR: Apparato sperimentale

7 OFDR: Interferometro Tensione elettrica in uscita dal fotodiodo:
Modulazione piezoelettrica Tensione elettrica in uscita dal fotodiodo: Nel caso ideale è un segnale con un’unica frequenza proporzionale al ritardo. Eseguendo una demodulazione FM si riesce dunque a recuperare la funzione di modulazione del laser.

8 OFDR: non linearità della modulazione
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: Effetti della non linearità di secondo grado nel polinomio della modulazione sul laser. Si ha un allargamento dell’impulso

9 OFDR: descrizione statistica dei coefficienti
Ipotizzando uno sviluppo solo polinomiale della fist 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 all’implementazione di filtro anti-aliasing Attenuazione [dB] Frequenza [MHz] 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

10 OFDR: schema completo CH2 CH1 Trigger Uso entrambi i canali della scheda di acquisizione: Segnale proveniente dal dispositivo sotto esame Segnale proveniente dall’interferometro che verrà utilizzato per recuperare in tempo reale i parametri di approssimazione della fist .

11 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 l’uguaglianza:

12 OFDR: compensazione segnale reale

13 Conclusioni L’OFDR si presta bene all’analisi locale delle proprietà della fibra, tuttavia la costruzione presenta notevoli difficoltà tecniche, infatti non esiste ancora una realizzazione commerciale con tali caratteristiche di portata. Per la notevole potenza di calcolo richiesta si hanno delle limitazione alla compensazione numerica del segnale; Comunque si potrebbe pensare ad un ottimizzazione dell’algoritmo di acquisizione integrandolo in matlab; Schema circuitale utilizzato si può ritenere maturo e robusto.

14 Demodulazione FM I(t) r(t) Hilbert
Schema di demodulazione con filtro di Hilbert X(t) Y(t) BPF

15 Segnale di modulazione del laser
Segnale in tensione uscente dal modulatore Finestra di acquisizione Segnale all’AOM Segnale al fotodiodo

16 Flow Chart programma di acquisizione