1105140426

Miernictwo światłowodowe

1. MIERNICTWO FOTONICZNE

Miernictwo fotoniczne jest stosunkowo nową nazwą, nadaną połączonym dziedzinom miernictwa optycznego, optoelektronicznego, w tym światłowodowego a także sporej ilości metod pomiarowych adaptowanych z elektroniki i mechaniki. Sama nazwa fotonika wyłoniła się przed około dwudziestu laty w wyniku rozwoju takich technik jak optoelektronika zintegrowana, optyka planarna, optoelektronika półprzewodnikowa i technika światłowodowa. Nazwa fotonika została np. użyta w tytule miesięcznika Photonics Spectra, a także w nazwach instytutów naukowych.

Miernictwo światłowodowe jest działem metrologii, który wyodrębnił się wraz z dynamicznym rozwojem techniki światłowodowej w okresie ostatnich 25 lat. Rozwój tej dziedziny następował w sposób naturalny poprzez adaptację znanych optycznych, optoelektronicznych, mechanicznych metod pomiarowych do specyfiki wniesionej do techniki przez szklany światłowód włóknisty. Następnie, niektóre z tych technik, wraz z upływem czasu, wytworzyły na tyle odrębną specyfikę podejścia teoretycznego, technologicznego, metrologicznego, aparaturowego, że miernictwu światłowodowemu, jako działowi miernictwa optoelektronicznego (czy też fotonicznego, jak mówi się coraz częściej) poświęca się odrębne konferencje naukowe, pisze się specjalistyczne podręczniki. Wydawało się, że po takim czasie rozwoju poznano dogłębnie światłowód jako medium transmisyjne i funkcjonalne, a więc opanowano także możliwe sposoby jego pomiaru.

Tak właśnie w dużej mierze jest, ale nie do końca. Ważnym problemem naukowym i technicznym w zakresie telekomunikacji światłowodowej jest w dalszym ciągu badanie absolutnej granicy pojemności transmisyjnej pojedynczego włókna światłowodowego. Wraz z tym kierunkiem badań podąża miernictwo światłowodowe. Wchodząc w obszar terahercowych częstotliwości modulacji, femtosekundowych czasów trwania impulsów i gigahercowych częstotliwości powtarzania impulsów femtosekundowych, upakowania setek a nawet tysiąca sąsiadujących kanałów w systemach modulacji polaryzacyjnej, koherentnej, gęstego podziału pasma falowego, nowych technik cyfrowych, wymaga poznania (a więc także zmierzenia) nie tylko podstawowych rodzajów charakterystyk światłowodu ale także zjawisk wyższego rzędu, poprzednio praktycznie pomijanych. Techniki pomiarowe efektów „wyższego rzędu” wymagają na ogół zastosowania innych metod, innej aparatury, bazują na dokładniejszych metodach analizy światłowodów i badania właściwości fali świetlnej.

Upakowanie coraz większej ilości informacji w pojedynczym światłowodzie wymaga obecnie, na ogól, sprzężenie do włókna większej mocy optycznej o stosunkowo szerokim widmie spektralnym. Prowadzi to nieuchronnie do zbliżenia się takiego układu do granicy stabilności ze względu na optyczne zjawiska nieliniowe. Powstaje cały szereg pytań naukowych i technicznych. Jak wykorzystać te zjawiska w rozszerzeniu możliwości transmisyjnych światłowodu? Czy obecnie stosowane techniki transmisyjne są adekwatne do przyszłościowych systemów terahercowych w sensie uwzględnienia całej palety zjawisk nieliniowych? Czy możliwe są jakieś metody samokompensacji, jak to było z dyspersją i jej spłaszczaniem i przesuwaniem między pasmami transmisyjnymi? Czy nie lepiej powielić włókno światłowodowe, niż upakowywać w nim gęsto kanały transmisyjne? Jakie, i czy w ogóle, są rozsądne granice popytu na pasmo transmisyjne?

Na współczesne miernictwo światłowodowe składa się dzisiaj wiele dyscyplin metrologicznych zaczerpniętych i twórczo adaptowanych z optyki klasycznej i współczesnej, optoelektroniki, elektroniki, mechaniki ciała stałego, chemii krzemianów. Specyfika systemów pomiarowych dla techniki światłowodowej, szczególnie jednomodowej jest silnie determinowana przez niewielkie wymiary rdzenia światłowodu, konieczność bardzo wysokiej precyzji justacji optycznej, konieczność wysokiej stabilności sygnałów optycznych, niekiedy bardzo niskie poziomy sygnałów optycznych, niejednokrotnie konieczność przy w warunkach optycznych warunkach koherentnych i jednopolaryzacyjnych, bardzo szerokie pasma sygnałów, bardzo krótkie czasy trwania impulsów, itp. Adaptacja niektórych z klasycznych metod pomiarowych doprowadziła do ich znacznego rozwoju jakościowego i powstania całych nowych grup metod pomiarowych, żeby wymienić tutaj

16