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Tutorial de acoplador de fibra y divisor de fibra

  • Tutorial de acoplador de fibra y divisor de fibra Fiber-Mart.com
  • Post on jueves 13 noviembre, 2014
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Passive Optical Components

 

Introducción del acoplador de fibra óptica, divisor de fibra

 

El acoplador de fibra óptica se fabrica colocando dos o más fibras adyacentes entre sí, después de fusionarlas y estirarlas, creando así una región de acoplamiento. El área calentada se estira hasta que se logran las propiedades de acoplamiento deseadas. Este dispositivo se denomina acoplador cónico bicónico fusionado (FBT), denominado acoplador de fibra FBT. acoplador óptico,

 

Fused Fiber Coupler Power, optic coupler

 

El proceso de acoplamiento se produce gradualmente a medida que el diámetro del campo de un modo de entrada se vuelve más grande en la región de disminución gradual. Dentro de la región de acoplamiento, el modo óptico de un núcleo se acopla a otro núcleo porque ambos núcleos están muy cerca uno del otro. En la región de conicidad superior, donde aumenta el diámetro del núcleo de la fibra, los modos quedan cada vez más confinados dentro de los núcleos y, finalmente, los dos modos separados abandonan las salidas de las fibras separadas. A veces se retuercen dos fibras antes de calentarlas y estirarlas. Otro enfoque es pulir el lado de la fibra, lo que permite al diseñador controlar el efecto de acoplamiento con mucha precisión.

La porción de luz de entrada que se acoplará a la segunda fibra depende de la distancia entre los dos núcleos, los diámetros de los núcleos dentro de la región de acoplamiento y las longitudes de onda operativas. Por lo tanto, al dimensionar cuidadosamente la región de acoplamiento, controlaremos la relación de las potencias de salida, denominada relación de acoplamiento. Una relación de acoplamiento de 50:50 es muy popular; 1:99 se usa para monitorear las señales de entrada y salida en los EDFA.

¿Cómo lograr una división 50:50? En tal disposición, el modo óptico se propagará a través del revestimiento combinado de las dos fibras y se separará en la región ahusada hacia arriba. acoplador óptico pon

 

 

Importancia de los acopladores de fibra óptica y los divisores de fibra


Los acopladores de fibra óptica y los divisores de fibra desempeñan un papel fundamental en el panorama de las telecomunicaciones modernas, ya que permiten la gestión y distribución eficientes de las señales ópticas. Un acoplador de fibra óptica es un dispositivo que conecta tres o más fibras ópticas, lo que permite la redirección de señales ópticas. Esto es vital para crear redes de ramificación, especialmente en comunicaciones de larga distancia, donde las señales pueden necesitar dividirse entre diferentes caminos.
Un divisor de fibra, por otro lado, divide una sola señal óptica en dos o más salidas, lo que permite que una sola fuente se comunique con múltiples destinos. Juntos, estos dispositivos mejoran la flexibilidad, la eficiencia y la escalabilidad de las redes ópticas. Su importancia se puede ver en innumerables aplicaciones, como conexiones de banda ancha a Internet, televisión por cable e incluso imágenes médicas.
Por ejemplo, en las redes de proveedores de servicios de Internet (ISP), los divisores de fibra se utilizan para dividir las señales para llegar a varios suscriptores, lo que permite una cobertura más amplia con menos señal de origen. Esto da como resultado una distribución más económica y eficiente de los servicios de Internet.
La naturaleza sin pérdidas de estos dispositivos garantiza que la integridad de la señal se mantenga alta, lo que permite la transmisión de datos a altas velocidades sin degradación. Esto es particularmente importante en el mundo centrado en los datos de hoy, donde la comunicación de alta velocidad es primordial para las aplicaciones personales y profesionales.
En el cuidado de la salud, los acopladores de fibra óptica se utilizan en endoscopia y otras tecnologías de imágenes médicas, lo que permite imágenes de alta resolución que ayudan a los profesionales médicos a realizar diagnósticos inexactos. Además, estas tecnologías respaldan el crecimiento de Internet de las cosas (IoT), lo que permite que los dispositivos se comuniquen y compartan datos sin problemas.
La mayor conectividad y la transmisión de datos en tiempo real que facilitan los acopladores de fibra óptica y los divisores de fibra respaldan no solo el crecimiento del panorama tecnológico, sino que también contribuyen a los avances en otros campos como el transporte, la fabricación y la planificación urbana.

 

Ventajas de los acopladores FBT

 
El acoplador FBT tiene tres ventajas clave que se muestran a continuación: Proceso de baja pérdida: el acoplamiento de fibra es un proceso de baja pérdida; de hecho, no hay pérdida durante la conversión del modo central al modo de acoplamiento y de vuelta al modo central. Por lo tanto, debemos tener en cuenta las pérdidas causadas por la propagación de la luz a través de un revestimiento de corta longitud. Sin embargo, la pérdida de inserción de un acoplador ensamblado es bastante alta y depende de la relación de acoplamiento. Sin reflexión posterior: la luz nunca abandona la estructura de la fibra durante el proceso de acoplamiento, por lo que nunca encuentra ninguna interfaz. Por lo tanto, este tipo de acoplador está intrínsecamente libre de retrorreflexión. De hecho, las fichas técnicas de este tipo de acopladores no incluyen esta especificación. Fácil conectorización: dado que los acopladores FBT están fabricados con fibra convencional de máquina cónica bicónica fusionada, la conectorización de un acoplador FBT con una fibra de transmisión es un procedimiento fácil y de baja pérdida.

 

Configuraciones de puertos de acopladores de fibra

 

Podemos imaginar una serie de combinaciones de fibras que podrían acoplarse mediante un dispositivo, algunas de las cuales se muestran en las siguientes figuras.

2x1 Coupler


1x2 Splitter

Fiber Coupler Tree, pon optical coupler

Fiber Couplers

Se utiliza un acoplador 2 × 1 para combinar dos entradas de luz en una sola fibra (a). Cuando se cambia la dirección de propagación de la luz, este dispositivo dividirá una señal óptica en dos (b). En esta operación, el acoplador se denomina divisor de fibra óptica de acuerdo con la función que realiza. Hay acopladores que se acoplan o bifurcan, puertos 1 × N o N × 1 (c). Se denominan acopladores de árbol y pueden tener una configuración N × M. Un acoplador importante para redes WDM es un acoplador en estrella (d). En él sirven como entradas y salidas el mismo número de puertos. Es un acoplador bidireccional N × N (BIDI). Sin embargo, un acoplador en estrella se puede construir como un acoplador unidireccional N × M.

Un acoplador con una relación de salida de 50:50, es decir, un divisor, se denomina acoplador de 3 dB. Este sencillo dispositivo se puede utilizar como componente básico de los acopladores de árbol y estrella. Sin embargo, este no es el mejor enfoque a seguir porque necesitamos acopladores M N/2) log2N de 3 dB para hacer un acoplador en estrella N × N y solo una porción de 1/N de la potencia lanzada en cada puerto aparecerá en cada salida. Esta es la razón por la cual los acopladores de árbol y estrella modernos para redes WDM de transmisión se fabrican directamente utilizando la técnica FBT.

La uniformidad es la característica del acoplador utilizada para proporciones de división iguales. Por ejemplo, un acoplador 1 × 2 ideal dividiría la potencia de entrada por igual en dos puertos de salida. En realidad, sin embargo, la potencia en cada puerto de salida variará de la relación 50:50. La razón física de esta desigualdad son las diferentes pérdidas debidas a la inserción de diferentes acoplamientos originados durante el proceso de fabricación. La uniformidad para un acoplador 50:50 se muestra a continuación:

Uniformidad (dB) = 10 log(P0/P1) - 10 log(P0/P2)] = 10 log(P2/P1)

Es una medida de la desigualdad de la potencia dividida en diferentes fibras.

 

Acerca del divisor de fibra

16x16 Fiber Coupler
Fiber Splitter es un dispositivo óptico clave en los sistemas de red óptica pasiva (PON), también conocido como divisor óptico pasivo, que divide la potencia de la señal óptica de manera uniforme en todos los puertos de salida. En la planta de campo PON, se coloca un divisor de 1 × 8 a 1 × 32 en un poste eléctrico, conectando el cable óptico de distribución en el aire y el cable de bajada a las instalaciones del cliente. Un divisor 1 × N puede ser parte de un acoplador en estrella N × N. Por ejemplo, en la figura al lado se muestra un acoplador en estrella de 16 × 16 con topología de cuatro etapas, y la línea punteada indica un divisor de 1 × 16. El acoplador en estrella se puede construir conectando en cascada acopladores de 3 dB en la topología de mezcla perfecta. El acoplador de 3 dB tiene dos puertos de entrada y dos de salida, y divide la potencia de entrada 50:50 en los puertos de salida. El número de acopladores de 3 dB necesarios para el caso con un acoplador 1 × N de etapa k viene dado por

Acoplador N3dB = 2k - 1, k = log2N

y la pérdida de división por puerto de salida viene dada por

Pérdida por división = 3 k [dB].

Para un divisor de 1 × 16, k = 4, el número de acopladores de 3 dB necesarios es 32 y la pérdida de división por puerto de salida es de 12 dB.

Los divisores de orden superior se pueden construir como matrices de etapa k de dichos acopladores. Tienen uno o dos puertos de entrada y acoplador N3dB = 2k puertos de salida, como se muestra en la siguiente figura. La cantidad de puertos de salida se denomina relación de división, que corresponde a la cantidad máxima de ONU que se pueden conectar.

Fiber Splitter K-stage

En la dirección descendente, el divisor distribuye caminos de luz desde todas las ONU hacia los puertos de entrada. El costo de duplicar la relación de división es una reducción de 3 dB en la potencia de salida. La señal ascendente sufre la misma pérdida que la señal descendente, aunque solo un puerto está conectado a la OLT. Esta es una consecuencia natural de la reciprocidad de los dispositivos simétricos pasivos.

Hasta ahora, hemos considerado que el divisor no tiene pérdidas porque los 3 dB no son energía perdida, sino que simplemente representan la división en sí. Un divisor práctico, por supuesto, introduce una pérdida adicional, conocida como exceso de pérdida. Otro parámetro significativo del divisor es su uniformidad, que mide qué tan uniformemente se distribuye la energía entre los puertos de salida. Es la diferencia máxima de pérdida entre los puertos de salida.

Los divisores de fibra óptica son altamente direccionales. Cuando se inyecta luz en un puerto de entrada (o salida), se dispersa muy poca luz hacia otros puertos de entrada (o salida). Este comportamiento es capturado por la directividad D, también llamada diafonía de extremo cercano o aislamiento de extremo cercano:

D = 10 registro (P0/P3)

La pérdida de retorno R es la relación entre la potencia óptica enviada a un puerto y la potencia óptica que regresa al mismo puerto. Tanto la directividad D como la pérdida de retorno R se miden con todos los demás puertos terminados ópticamente, es decir, con reflexión cero de los otros puertos.

R = 10 registro (P0/P4)

TIPOS DE DIVISORES DE FIBRA ÓPTICA

 

Hay dos tipos de estos dispositivos: circuito de onda de luz plana (PLC) de fibra y sílice. El divisor de acoplador de fibra FBT de 3 dB que se muestra en la siguiente figura se fabrica a partir de dos fibras separadas mediante la fusión de la región de acoplamiento. La sección cónica en ambos lados de la región de acoplamiento es lo suficientemente larga para que la potencia incidente de cualquiera de los puertos de la izquierda se acople a las fibras en los puertos de la derecha con reflejo de luz en el otro puerto de la izquierda. Los acopladores en estrella con hasta 32 puertos han sido posibles utilizando acopladores de 3 dB de fibra cónica fusionada. Las ventajas son el fácil acoplamiento de baja pérdida con la línea de transmisión de fibra óptica y la ausencia de pérdidas dependientes de la polarización.

FBT Coupler

Los divisores de fibra óptica del mundo real muestran un rendimiento uniforme en todo el espectro de interés, desde 1260 a 1600 nm. Aquí hay un divisor de 1 × 4 empaquetado en la caja LGX, basado en varios divisores de acoplador FBT de 1 × 2 (de Fiber-Mart). Observe que el tamaño del conjunto divisor está limitado por el radio de curvatura mínimo de las fibras. Para proporciones de división grandes, como 32 y más, el divisor de acoplador FBT tiene un rendimiento deficiente en términos de características ópticas y especialmente confiabilidad (el divisor de acoplador FBT 1 × 4 a continuación contiene tres divisores 1 × 2 y siete empalmes) muchos componentes que pueden fallar, y mucho esfuerzo de fabricación.

Divisor óptico pasivo 1x41x4 Passive Optical Splitter

La siguiente figura muestra el divisor de acoplador en estrella PLC basado en sílice. Este divisor óptico integrado con el acoplador ha sido desarrollado para probar la red de distribución óptica (ODN). La tecnología PLC permite fabricar divisores con técnicas muy parecidas a las que se utilizan para fabricar semiconductores. Estas técnicas permiten altas relaciones de división en dispositivos compactos, confiables y de baja pérdida.

Silica-based PLC Splitter

PLC Splitter se utiliza en GPON ODN donde se necesitan divisiones grandes y concentradas (a diferencia de los árboles hechos de varios divisores 1 × 4 ubicados por separado, por ejemplo). Las siguientes tablas enumeran los parámetros típicos para divisores de PLC 1 × N (entrada única) y 2 × N.

1xN Splitter

2xN Splitter

Para las pruebas, se utiliza el reflectómero óptico en el dominio del tiempo (OTDR) a la longitud de onda de 1650 nm. El divisor tiene acopladores de tipo reflexión en las salidas del divisor, fabricados con filtros dieléctricos multicapa. Es compacto, pero las fibras deben conectarse a ambos extremos de los puertos de entrada y salida. No hay mucha diferencia en las características de pérdida entre los dos tipos de acoplador (divisor).

La pérdida de inserción del acoplador de fibra 1x16 disponible comercialmente, por ejemplo, es de aproximadamente 13 a 14 dB, incluida una pérdida en exceso de 1 a 2 dB tanto en el tipo de fibra como en el acoplador/divisor de PLC. La pérdida dependiente de la polarización es tan pequeña como 0,3 dB. Considere una configuración de doble estrella pasiva configurada con un divisor de 1×4 en la oficina central y un divisor de 1×8 en la planta exterior. Para probar los cables de fibra en servicio en la ODN, se deben insertar acopladores de fibra óptica entre el divisor 1 × 8 y las ONU, y la salida a la longitud de onda de 1650 nm de la señal OTDR debe cortarse por delante. de la ONU y la OLT para pasar solo señales a 1310 nm y 1550 nm. En comparación con la configuración del dispositivo separado, el dispositivo integrado facilitará el manejo porque los extremos de entrada de los acopladores y el divisor están en lados opuestos.

 


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