DIN EN 61280-2-10-2006 Fibre optic communication subsystem test procedures - Part 2-10 Digital systems - Time-resolved chirp and alpha-factor measurement of laser transmitters (IEC.pdf

1、Mrz 2006DEUTSCHE NORM DKE Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik im DIN und VDEPreisgruppe 14DIN Deutsches Institut fr Normung e.V. Jede Art der Vervielfltigung, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des DIN Deutsches Institut fr Normung e.V., Berlin, gestattet.ICS 33.180

2、01!,f3q“9671678www.din.deDDIN EN 61280-2-10Prfverfahren fr Lichtwellenleiter-Kommunikationsuntersysteme Teil 2-10: Digitale Systeme Messung von zeitaufgelstem Chirp und Alphafaktor von Lasersendern(IEC 61280-2-10:2005);Deutsche Fassung EN 61280-2-10:2005Fibre optic communication subsystem test proc

3、edures Part 2-10: Digital systems Time-resolved chirp and alpha-factor measurement of laser transmitters(IEC 61280-2-10:2005);German version EN 61280-2-10:2005Procdures dessai des sous-systmes de tlcommunications fibres optiques Partie 2-10: Systmes numriques Mesure de la fluctuation de la longueur

4、donde rsolue dans le temps et du facteur alphades metteurs laser (CEI 61280-2-10:2005);Version allemande EN 61280-2-10:2005Alleinverkauf der Normen durch Beuth Verlag GmbH, 10772 Berlin www.beuth.deGesamtumfang 23 SeitenDIN EN 61280-2-10:2006-03 2 Beginn der Gltigkeit Die von CENELEC am 2005-08-01 a

5、ngenommene EN 61280-2-10 gilt als DIN-Norm ab 2006-03-01. Nationales Vorwort Vorausgegangener Norm-Entwurf: E DIN IEC 61280-2-10:2004-01. Fr diese Norm ist das nationale Arbeitsgremium UK 412.2 Komponenten fr Kommunikationskabelanlagen der DKE Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Informatio

6、nstechnik im DIN und VDE (http:/www.dke.de) zustndig. Die enthaltene IEC-Publikation wurde vom SC 86C Fibre optic systems and active devices erarbeitet. Das IEC-Komitee hat entschieden, dass der Inhalt dieser Publikation bis zu dem auf der IEC-Website unter http:/webstore.iec.ch mit den Daten zu die

7、ser Publikation angegebenen Datum (maintenance result date) unverndert bleiben soll. Zu diesem Zeitpunkt wird entsprechend der Entscheidung des Komitees die Publikation besttigt, zurckgezogen, durch eine Folgeausgabe ersetzt oder gendert. EUROPISCHE NORM EUROPEAN STANDARD NORME EUROPENNE EN 61280-2-

8、10 September 2005 ICS 33.180.01 Deutsche Fassung Prfverfahren fr Lichtwellenleiter-Kommunikationsuntersysteme Teil 2-10: Digitale Systeme Messung von zeitaufgelstem Chirp und Alphafaktor von Lasersendern (IEC 61280-2-10:2005) Fibre optic communication subsystem test procedures Part 2-10: Digital sys

9、tems Time-resolved chirp and alpha-factor measurement of laser transmitters (IEC 61280-2-10:2005) Procdures dessai des sous-systmes de tlcommunications fibres optiques Partie 2-10: Systmes numriques Mesure de la fluctuation de la longueur donde rsolue dans le temps et du facteur alpha des metteurs l

10、aser (CEI 61280-2-10:2005) Diese Europische Norm wurde von CENELEC am 2005-08-01 angenommen. Die CENELEC-Mitglieder sind gehalten, die CEN/CENELEC-Geschftsordnung zu erfllen, in der die Bedingungen festgelegt sind, unter denen dieser Europischen Norm ohne jede nderung der Status einer nationalen Nor

11、m zu geben ist. Auf dem letzten Stand befindliche Listen dieser nationalen Normen mit ihren bibliographischen Angaben sind beim Zentralsekretariat oder bei jedem CENELEC-Mitglied auf Anfrage erhltlich. Diese Europische Norm besteht in drei offiziellen Fassungen (Deutsch, Englisch, Franzsisch). Eine

12、Fassung in einer anderen Sprache, die von einem CENELEC-Mitglied in eigener Verantwortung durch bersetzung in seine Landessprache gemacht und dem Zentralsekretariat mitgeteilt worden ist, hat den gleichen Status wie die offiziellen Fassungen. CENELEC-Mitglieder sind die nationalen elektrotechnischen

13、 Komitees von Belgien, Dnemark, Deutschland, Estland, Finnland, Frankreich, Griechenland, Irland, Island, Italien, Lettland, Litauen, Luxemburg, Malta, den Niederlanden, Norwegen, sterreich, Polen, Portugal, Schweden, der Schweiz, der Slowakei, Slowenien, Spanien, der Tschechischen Republik, Ungarn,

14、 dem Vereinigten Knigreich und Zypern. CENELEC Europisches Komitee fr Elektrotechnische Normung European Committee for Electrotechnical Standardization Comit Europen de Normalisation Electrotechnique Zentralsekretariat: rue de Stassart 35, B-1050 Brssel 2005 CENELEC Alle Rechte der Verwertung, gleic

15、h in welcher Form und in welchem Verfahren, sind weltweit den Mitgliedern von CENELEC vorbehalten. Ref. Nr. EN 61280-2-10:2005 DEN 61280-2-10:2005 2 Vorwort Der Text des Schriftstcks 86C/663/FDIS, zuknftige 1. Ausgabe von IEC 61280-2-10, ausgearbeitet von dem SC 86C Fibre optic systems and active de

16、vices des IEC/TC 86 Fibre optics, wurde der IEC-CENELEC Parallelen Abstimmung unterworfen und von CENELEC am 2005-08-01 als EN 61280-2-10 angenommen. Nachstehende Daten wurden festgelegt: sptestes Datum, zu dem die EN auf nationaler Ebene durch Verffentlichung einer identischen nationalen Norm oder

17、durch Anerkennung bernommen werden muss (dop): 2006-05-01 sptestes Datum, zu dem nationale Normen, die der EN entgegenstehen, zurckgezogen werden mssen (dow): 2008-08-01 Die Internationale Elektrotechnische Kommission (IEC) und CENELEC weisen darauf hin, dass die bereinstimmung mit dieser Norm die V

18、erwendung von Patenten hinsichtlich des Double-Pass-Monochromators entsprechend den Abschnitten 2.4 und 4.1 bedeuten kann. Die IEC und CENELEC nehmen keine Stellung zur Rechtmigkeit, zur Gltigkeit und zum Anwendungsbereich dieser Patentrechte. Der Halter dieser Patentrechte hat IEC zugesichert, dass

19、 er bereit ist, ber Lizenzen zu vernnftigen und nicht diskriminierenden Geschftsbedingungen mit Antragstellern in der ganzen Welt zu verhandeln. In diesem Zusammenhang ist die Erklrung des Halters dieser Patentrechte bei IEC registriert. Informationen sind erhltlich bei: Agilent Technologies Palo Al

20、to, CA USA Es wird auf die Mglichkeit hingewiesen, dass einige Texte dieser Norm Patentrechte berhren knnen, ohne dass diese vorstehend identifiziert wurden. IEC und CENELEC sind nicht dafr verantwortlich, einige oder alle diesbezglichen Patentrechte zu identifizieren. Anerkennungsnotiz Der Text der

21、 Internationalen Norm IEC 61280-2-10:2005 wurde von CENELEC ohne irgendeine Abnderung als Europische Norm angenommen. EN 61280-2-10:2005 3 Inhalt SeiteVorwort .2 1 Anwendungsbereich.4 2 Hintergrund.4 3 Abkrzungen 4 4 Definition des zeitaufgelsten Chirp.5 5 Modellierung des Senderverhaltens 6 6 bersi

22、cht ber Chirp-Messverfahren .6 7 Frequenzdiskriminatorverfahren 10 7.1 Prfaufbau10 7.2 Durchfhrung11 8 Monochromatorverfahren.11 8.1 Prfaufbau11 8.2 Durchfhrung12 9 Berechnung des Alphafaktors13 9.1 Zeitabhngiger Alphafaktor, (t) 13 9.2 Mittlerer Alphafaktor, avg14 9.3 Leistungsabhngiger Alphafaktor

23、 (P)14 10 Prfbericht15 Anhang A (informativ) berprfung des Prf-Aufbaus fr TRC und der Berechnungen 16 Anhang B (informativ) Modulationsverfahren fr optische Sender17 B.1 Direkt modulierter Laser.17 B.2 Elektroabsorptionsmodulator .18 Literaturhinweise 21 Bild 1 Typische TRC-Messung6 Bild 2 Vereinfa

24、chte Darstellung des Frequenzdiskriminatorverfahrens 7 Bild 3 Das Frequenzinterferometerverfahren erfordert die Messung am Quadraturpunkt des Interferometers.8 Bild 4 Messung des Spektrums eines optisch torgesteuerten Signals mit einem OSA nach dem FROG-Verfahren9 Bild 5 Vereinfachtes Blockdiagramm

25、fr das Monochromatorverfahren.9 Bild 6 Double-Pass-Monochromator-Anordnung 9 Bild 7 Aufbau fr das Frequenzdiskriminatorverfahren.10 Bild 8 Aufbau fr das Monochromatorverfahren .11 Bild 9 Beispieldarstellung fr den zeitabhngigen Alphawert eines EML .14 Bild 10 Leistungsabhngiger Alphafaktor fr (a) ei

26、nen direkt modulierten Laser und (b) einen EML.14 Bild A.1 An einem OSA (a) und an einem TRC-Messaufbau (b) beobachtete reine Phasenmodulation16 Bild B.1 Schematische Darstellung eines direkt modulierten Lasers17 Bild B.2 Transientes und adiabatisches Chirp in einem direkt modulierten Laser17 Bild B

27、3 Schematische Darstellung eines EML .18 Bild B.4 Chirp eines EML mit blichem transienten Chirp.18 Bild B.5 Chirp eines EML mit zustzlicher transienter Eigenschaft 19 Bild B.6 Schematische Darstellung eines Mach-Zehnder-Modulators19 Bild B.7 Chirp-Messung an einem Mach-Zehnder-Modulator, der nur tr

28、ansientes Chirp aufweist.20 Tabelle 1 Momentanwert der Frequenz fifr jeden Zeitschlitz tiund berechnete gewichtete mittlere Frequenz f(t)8 EN 61280-2-10:2005 4 1 Anwendungsbereich In diesem Teil von IEC 61280 werden die Prfverfahren mit der Messung des zeitaufgelsten Chirp (TRC) von Lasersendern for

29、tgesetzt. Die Berechnung des Alphafaktors, ein Ma fr transienten Chirp, wird aus den gemessenen TRC-Daten abgeleitet. Weiterhin werden Mglichkeiten fr die berprfung von TRC-Prfeinrichtungen und von Berechnungen (Anhang A) behandelt sowie eine bersicht ber Modulationsverfahren von Lasern und die Bezi

30、ehung von TRC zum Betriebsverhalten in einem bertragungssystem angegeben. 2 Hintergrund Kenntnisse ber den Einfluss des Chirp auf die bertragung von Signalen ist fr den Systementwickler von groer Bedeutung. Chirp kann in bertragungssystemen zu zwei getrennten Ergebnissen fhren. Das erste ist, dass C

31、hirp die Faserdispersion so beeinflusst, dass Impulse entlang der Faser breiter oder schmaler werden. Dies kann eine positive oder negative Wegeinbue verursachen, die im Endeffekt den Abstand verkleinert oder vergrert, in dem sich ein Signal in einem System ohne Regeneration ausbreiten kann. Das Vor

32、zeichen der Einbue ist sowohl vom Vorzeichen des Chirp als auch vom Vorzeichen der Faserdispersion abhngig. Das zweite ist, dass Chirp das bertragene Spektrum verbreitert und den Kanalabstand durch Strung benachbarter Kanle in einer sehr dicht gepackten WDM-Umgebung, selbst bei sehr kurzen Strecken,

33、 verringert. Die Wegeinbue ist die scheinbare Verringerung der Empfngerempfindlichkeit auf Grund der Verzerrung der Signalwellenform bei der bertragung ber eine Strecke. Eine negative Wegeinbue entspricht einer scheinbaren Erhhung der Empfngerempfindlichkeit. Die Wegeinbue zeigt sich als eine Versch

34、iebung der Kurven der Bitfehlerrate (BER) des Systems in Richtung hherer oder geringerer Eingangsleistungspegel. Eine positive Chirpeinbue ist definiert als das zustzliche Signal-Rausch-Verhltnis (SNR), welches am Empfnger auf Grund des Laserchirpens erforderlich ist, um eine festgelegte Bitfehlerra

35、te in einem System mit festgelegter Dispersion aufrechtzuerhalten. Eine direkte Messung der Chirpeinbue ist schwierig, weil hierbei ein chirpfreier Sender mit einem identischen Intensittsmuster wie dem des Prflings (DUT) erforderlich ist. Auf Grund dieser Schwierigkeiten wird die Chirpeinbue hufig a

36、us der Messung der Wegeinbue abgeleitet. Bei der Messung der Wegeinbue wird eine Faser mit bekannter chromatischer Dispersion in den Signalweg eingesetzt und die zustzliche Leistung (SNR) gemessen, die zum Erreichen der festgelegten BER erforderlich ist. Diese Messung ist ermdend und zeitaufwndig un

37、d geht von der Annahme aus, dass die Messung von der Chirpeinbue dominiert wird. Dies hat dazu gefhrt, dass viele Entwickler und Hersteller von Sendern und Systemen die Chirpeinbue (oder Dispersioneinbue) anhand zeitaufgelster direkter Chirpdaten oder abgeleiteter Chirpdaten schtzen, die entweder mo

38、delliert oder gemessen wurden. Um die Kosten von DWDM-bertragungssystemen zu senken, wurden kostengnstigere Sender entwickelt und eingefhrt. Die Kontrolle des Betrages des vorhandenen Chirpens bei diesen kostengnstigeren Sendern ist ein Schlssel fr ihren erfolgreichen Einsatz in Kommunikationsnetzen

39、 113 Abkrzungen BER bit error rate Bitfehlerrate DCA digital communications analyser digitaler Kommunikationsanalysator DFB distributed feedback laser DFB-Laser DM directly modulated laser direkt modulierter Laser DUT device under test Prfling 1Die Zahlen in eckigen Klammern beziehen sich auf die L

40、iteraturhinweise. EN 61280-2-10:2005 5 DWDM dense wavelength-division multiplexing dichtes Wellenlngen-Multiplex EAM electro-absorption modulator Elektroabsorptionsmodulator EDFA erbium-doped fibre amplifier erbiumdotierter LWL-Verstrker EML electro-absorption modulated laser elektroabsorptionsmodul

41、ierter Laser FFT fast fourier transform schnelle Fourier-Transformation FROG frequency-resolved optical gating frequenzaufgelste optische Torsteuerung FSR free spectral range freier Spektralbereich NRZ non-return-to-zero ohne Rckkehr zu Null OSA optical spectrum analyser optischer Spektralanalysator

42、 PMF polarisation maintaining fibre polarisationserhaltende Faser PRBS pseudo-random binary sequence; Pseudozufallsbitfolge SLM single longitudinal mode Einfach-Longitudinalmode SNR signal-to-noise ratio Signal-Rausch-Verhltnis SOP state of polarisation Polarisationszustand TRC time-resolved chirp z

43、eitaufgelstes Chirp WDM wavelength-division multiplexing; Wellenlngen-Multiplex 4 Definition des zeitaufgelsten Chirp Zeitaufgelstes Chirp (auch als dynamischer Chirp bezeichnet) ist die zeitliche nderung der momentanen optischen Frequenz eines Senders. Chirp wird in der Literatur auch als zeitabhng

44、ige nderungsgeschwindigkeit der Phase der fortschreitenden elektromagnetischen Welle beschrieben; an sich ist es eine Zeitableitung und wird in der inversen Einheit der Zeit (Hz) angegeben. 2 Es wird blicherweise als f(t) bezeichnet und ist die Differenz von der mittleren optischen Frequenz. Zur vol

45、lstndigen Beschreibung des optischen Signals wird der Momentanwert der optischen Leistung P(t) in Verbindung mit f(t) angewendet. Die Messungen werden im Zeitbereich mit einem Trigger durchgefhrt, der synchron zum PRBS-Modulationsmuster arbeitet. Wie vorstehend beschrieben, gibt es bei der TRC-Messu

46、ng zwei Komponenten. Die optische Wellenform P(t) ist die, die mit einem LWL-Breitbandempfnger und einem Ozilloskop darstellbar ist. Das Chirp oder die Wellenform der Frequenz f(t) zeigt, dass sich die Frequenz des Lasers auch verndert, wenn der Laser mit Daten moduliert wird. Bild 1 zeigt ein typis

47、ches TRC-Ergebnis. EN 61280-2-10:2005 6 Bild 1 Typische TRC-Messung 5 Modellierung des Senderverhaltens In einem modulierten Signal kann die Frequenznderung aus der Summe des Terms der Phasenverschiebung und des Terms des Frequenzversatzes modelliert werden. Eine pltzliche Phasenverschiebung fhrt zu

48、 einem bergangszustand der Frequenz. Diese beiden Terme werden allgemein als transient bzw. adiabatisch bezeichnet. Eine allgemeine Gleichung fr Chirp ist durch 2 gegeben: +=PKPKPtPtf21dd4)(1) Dabei ist f(t) die Differenz zur mittleren optischen Frequenz, ist der Alphafaktor, P der Momentanwert der optischen Leistung und K1und K2sind die adiabatischen Terme. Die ausschlieliche Betrachtung des transienten Chirp und Auflsung nach dem Alphafaktor liefert: PPtPtPtPtfP= 2dddd2dd)(4 (2) Dabei ist ttfdd21)(= Gleichung (2) zeigt, dass das transiente Chirp eine Phasenverschiebung (