Optical Circulator

Die Glasfaserkommunikation hat uns eine neue Internetgesellschaft beschert. Um ein optisches Netzwerk besser zu unterstützen, sind verschiedene optische Komponenten und verwandte Technologien erforderlich. Sie haben zur Entwicklung der optischen Kommunikation beigetragen und gleichzeitig die Funktionalität, Zuverlässigkeit und Wirtschaftlichkeit optischer Netzwerke verbessert. Passive optische Komponenten sind der Grundstein optischer Netzwerksysteme, und der Zirkulator ist einer davon. In diesem Tutorial wird es umfassend vorgestellt

 

Was ist ein Glasfaserzirkulator? Wie funktioniert ein Zirkulator?

 

Fiber Circulator ist ein nicht reziprokes Gerät, das ein optisches Signal jeweils nur in eine Richtung von einem Port zum nächsten leitet. Während die Richtung des optischen Signals nach Bedarf umgeleitet werden kann, muss das optische Signal die Ports nacheinander durchlaufen (d. h. von Port 1 zu Port 2, bevor es zu Port 3 gelangt). Darüber hinaus kann damit eine bidirektionale Übertragung über eine einzelne Faser erreicht werden. Aufgrund seiner hohen Isolation der Eingangs- und reflektierten optischen Leistung und seiner geringen Einfügungsdämpfung wird es häufig in fortschrittlichen Kommunikationssystemen und faseroptischen Sensoranwendungen eingesetzt.

Wie funktioniert der Glasfaserzirkulator?

 

Er funktioniert ähnlich wie ein optischer Isolator, der ebenfalls Faraday-Rotatoren verwendet, allerdings ist seine Konstruktion komplexer. Seine sich rückwärts ausbreitende Lichtwelle wird zur Ausgabe an einen dritten Port geleitet, anstatt verloren zu gehen. Abbildung 1(a) zeigt einen optischen Faserzirkulator mit drei Anschlüssen. Ein Eingangssignal (λ1) an Port 1 wird an Port 2 ausgegeben, ein Eingangssignal (λ2) an Port 2 wird an Port 3 ausgegeben und ein Eingangssignal (λ3) an Port 3 wird an Port 1 ausgegeben. Auf die gleiche Weise gilt in a Bei einem Zirkulator mit vier Anschlüssen, wie in Abbildung 1(b) dargestellt, könnte man idealerweise vier Eingänge und vier Ausgänge haben. In der Praxis benötigen viele Anwendungen keine vier Ein- und vier Ausgänge. Daher ist es bei einem Zirkulator mit vier Anschlüssen üblich, drei Eingangsanschlüsse und drei Ausgangsanschlüsse zu haben. Dies geschieht, indem Port 1 zu einem Nur-Eingabe-Port, Port 2 und Port 3 zu Ein- und Ausgabe-Ports und Port 4 zu einem Nur-Ausgabe-Port gemacht wird.

 

Figure 1. 3-port  Circulator and 4-port Circulator

Arten von Umwälzpumpen

 

Je nach Anzahl der Ports können Glasfaserzirkulatoren üblicherweise in drei Typen eingeteilt werden: 3-Port, 4-Port und 6-Port. Im Allgemeinen sind Zirkulatoren mit 3 und 4 Anschlüssen weit verbreitet, während Zirkulatoren mit 6 Anschlüssen seltener verwendet werden. Unabhängig vom Anschlusstyp der Glasfaserzirkulatoren kann das optische Licht, das von jedem Anschluss in solchen Zirkulatoren übertragen wird, zu jedem anderen Anschluss umgeleitet werden.

Darüber hinaus können optische Faserzirkulatoren auf dem Markt auch in zwei Typen eingeteilt werden: polarisationserhaltend (PM) und polarisationsunempfindlich (PI). PM-Zirkulatoren werden mit polarisationserhaltenden Fasern hergestellt und eignen sich daher ideal für polarisationserhaltende Anwendungen wie 40-Gbit/s-Systeme oder Raman-Pumpenanwendungen. Sie werden auch in Doppelpassverstärkern und in Dispersionskompensationsmodulen (DCMs) verwendet. Der PI-Faserzirkulator ist eine kompakte, leistungsstarke Lichtwellenkomponente. Diese Komponente bietet eine hohe Isolation, einen geringen Einfügungsverlust, einen geringen polarisationsabhängigen Verlust (PDL) sowie eine hohe Stabilität und Zuverlässigkeit. Es wird häufig in Kombination mit Fasergittern und anderen reflektierenden Komponenten in DWDM-Systemen (Dense Wavelength Division Multiplexing), Hochgeschwindigkeitssystemen und bidirektionalen Kommunikationssystemen verwendet.

 

Anwendungen von Glasfaserzirkulatoren

 

Der Glasfaserzirkulator unterstützt bidirektionale Ports und ermöglicht die Verwendung einer einzigen Faser sowohl für die Übertragung als auch für den Empfang eines optischen Signals. Es wird häufig in vielen Anwendungen eingesetzt, beispielsweise in DWDM-Netzwerken, Polarisationsmodendispersion, Kompensation der chromatischen Dispersion, optischen Add-Drop-Multiplexern (OADMs), optischen Verstärkern und faseroptischen Sensoren.

 

DWDM-Netzwerke

 

Der Fibermart-Zirkulator kann verwendet werden, um einen optischen Kanal aus einem DWDM-System mithilfe eines Faser-Bragg-Gitters (FBG) auszukoppeln (siehe Abbildung 2). Die Eingangs-DWDM-Kanäle werden an Port 1 des Geräts gekoppelt, wobei ein FBG-Gerät an Port 2 angeschlossen ist. Die vom FBG reflektierte einzelne Wellenlänge gelangt dann wieder in den Fibermart-Zirkulator in Port 2 und wird entsprechend an Port 3 weitergeleitet. Die restlichen Signale passieren den FBG und Ausgang auf der obersten Faser.

 

 

Darüber hinaus wird der Glasfaserzirkulator in DWDM-Systemen auch zur Trennung von Vorwärts- und Rückwärtsausbreitungssignalen mit einer Isolierung von 50 dB (Schutz der Eingangsfaser vor rücklaufender Leistung bei Verwendung des zurückgewiesenen Lichts) verwendet. Der Glasfaserzirkulator bietet außerdem einen Übersprechpegel (das Verhältnis der Ausgangsleistung, die durch den gewünschten Eingang erzeugt wird, zur Ausgangsleistung, die durch unerwünschte Eingänge erzeugt wird) von mehr als 60 dB. Dadurch kann eine einzelne Faser ein bidirektionales Signal effektiv übertragen. (In Abbildung 3 dargestellt)

 

 

OADM

 

OADM basiert auf einem FBG und zwei Faserzirkulatoren. 4 Kanäle, dargestellt als 4 Farben, treffen über einen FO-Zirkulator auf ein FBG. Der FBG ist auf einen der Kanäle eingestellt, hier Kanal 4, der zurück zum Zirkulator reflektiert wird, wo er nach unten geleitet wird und aus dem System „herausfällt“. Da der Kanal gelöscht wurde, kann an derselben Stelle im Netzwerk ein weiteres Signal auf diesem Kanal „hinzugefügt“ werden. Dargestellt in Abbildung 4)

 

Polarisationsmodendispersion   Bei einigen Glasfasersystemen kommt es zur Polarisationsmodendispersion (PMD), einer inhärenten Eigenschaft aller optischen Medien. PMD wird durch den Unterschied in den Ausbreitungsgeschwindigkeiten des Lichts in den orthogonalen Hauptpolarisationszuständen des Übertragungsmediums verursacht. Wenn der optische Impuls beide Polarisationskomponenten enthält, bewegen sich die verschiedenen Polarisationskomponenten in FO-Zirkulatoren mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten und treffen zu unterschiedlichen Zeiten ein, wodurch das empfangene optische Signal verwischt wird. Mit optischen Kopplern können optische Zirkulatoren PMD korrigieren, indem sie das elektrische und magnetische Feld des optischen Signals drehen. (In Abbildung 5 dargestellt)   Figure 5. Polarization Mode Dispersion (PMD)

Kompensation der chromatischen Dispersion

 

Der optische Faserzirkulator gleicht die chromatische Dispersion durch die Verwendung eines gechipten FBG (wellenlängenabhängigen Reflektors) aus. Ein Abschnitt einer optischen Faser wird mit einem Material behandelt oder dotiert, das den Brechungsindex der Faser verändert und so wellenlängenabhängige Reflexionen verursacht. Gechipte FBGs verfügen über mehrere Gitter, die über eine Faser verteilt sind und eine Kompensation der chromatischen Dispersion ermöglichen. (In Abbildung 6 dargestellt)

 

Optische Verstärker

Optische Verstärker erzeugen eine direkte Verstärkung eines Signals, ohne dass es in ein elektrisches Signal umgewandelt werden muss. Fibermart-Zirkulatoren speisen das Eingangssignal in den Verstärker ein, empfangen das verstärkte Signal und leiten das Signal an einen Ausgangsanschluss weiter. Bei dieser Anwendung liefert der Zirkulator eine unterdrückte Rückkopplung vom Hohlraum. Abbildung 7 zeigt diesen Vorgang.

 

 

Faseroptische Sensoren

 

Mit faseroptischen Sensoren werden Parameter wie Dehnung, Temperatur und Druck gemessen. Sie verwenden Glasfaserzirkulatoren, um Signale umzuleiten. Die hohe Isolation zwischen dem Eingang und der reflektierten optischen Leistung gepaart mit einer geringen Einfügungsdämpfung machen den optischen Faserzirkulator zur bevorzugten Komponente für die Verbindung mit faseroptischen Sensoren. Abbildung 8 zeigt den Aufbau zur Kalibrierung der FBGs mit optischem Zirkulator.

 

Was Sie beim Kauf eines optischen Zirkulators beachten sollten

Beim Kauf eines faseroptischen Zirkulators, einer Schlüsselkomponente zur unidirektionalen Lichtlenkung in Glasfasernetzwerken, müssen mehrere wesentliche Faktoren berücksichtigt werden, um optimale Funktionalität und Kompatibilität mit Ihrem System sicherzustellen. Faseroptische Zirkulatoren spielen in verschiedenen Anwendungen wie Telekommunikation, faseroptischer Sensorik und Testinstrumenten eine entscheidende Rolle. Daher ist die Auswahl des richtigen Zirkulators von größter Bedeutung.
Art der Konfiguration: Je nach Anwendung können unterschiedliche Umwälzpumpenkonfigurationen wie 3-Port oder 4-Port erforderlich sein. Wenn Sie den genauen Bedarf Ihres Netzwerks kennen, können Sie den richtigen Typ auswählen.
Wellenlängenbereich: Verschiedene optische Zirkulatoren sind für bestimmte Wellenlängenbereiche konzipiert. Stellen Sie sicher, dass das Gerät der erforderlichen Betriebswellenlänge entspricht, um die Kompatibilität mit Ihrem vorhandenen System zu gewährleisten.
Einfügedämpfung: Eine geringere Einfügungsdämpfung führt zu einer höheren Effizienz. Vergleichen Sie verschiedene Modelle optischer Zirkulatoren, um ein Gleichgewicht zwischen Kosten und minimalem Signalverlust zu finden.
Isolierung: Eine hohe Isolierung sorgt dafür, dass unerwünschtes Licht wirksam unterdrückt wird, wodurch die Leistung verbessert wird. Suchen Sie nach einem optischen Zirkulator, der für Ihre spezielle Anwendung optimale Isolierung bietet.
Temperaturempfindlichkeit: Umweltfaktoren wie die Temperatur können die Leistung des Zirkulators beeinträchtigen. Berücksichtigen Sie Ihre Betriebsumgebung und entscheiden Sie sich für einen optischen Zirkulator mit angemessener Temperaturstabilität.
Preis und Ruf des Herstellers: Qualität korreliert oft mit dem Preis, aber das bedeutet nicht, dass das Teuerste das Beste für Ihre Bedürfnisse ist. Informieren Sie sich über den Ruf der Hersteller und berücksichtigen Sie Bewertungen, um ein zuverlässiges Produkt zu finden, das Ihrem Budget entspricht.
Konformität und Standards: Stellen Sie sicher, dass der Thermostat den relevanten Industriestandards entspricht, da eine Nichteinhaltung zu Kompatibilitäts- und Sicherheitsproblemen führen kann.

Wenn Sie diese Faktoren mit Kostenüberlegungen und dem Ruf des Herstellers in Einklang bringen, können Sie eine Auswahl treffen, die sich nahtlos in Ihr Glasfasersystem einfügt.

 

Optische Zirkulatorlösungen von Fibre-MART

 

Fiber-Mart bietet sowohl PI- als auch PM-Zirkulatoren (mit Wellenlängen von 1310, 1550 oder 1064 nm) mit 3 oder 4 Anschlüssen an. Unsere optischen Zirkulatoren zeichnen sich durch hohe Isolation, geringe Einfügungsdämpfung und hervorragende Umgebungsstabilität aus. Darüber hinaus können beliebige andere Wellenlängen, ohne oder mit Stecker, individuell an die Kundenanforderungen angepasst werden.

---