Introduction du coupleur de fibre optique, séparateur de fibre

 

Le coupleur de fibre optique est fabriqué en plaçant deux ou plusieurs fibres adjacentes les unes aux autres, après les avoir fusionnées et étirées, créant ainsi une région de couplage. La zone chauffée est étirée jusqu'à ce que les propriétés de couplage souhaitées soient atteintes. Ce dispositif est appelé coupleur à cône biconique fusionné (FBT), nommé FBT Fiber Coupler. coupleur optique,

 

Le processus de couplage se produit progressivement à mesure que le diamètre de champ d'un mode d'entrée devient plus grand dans la région de cône descendant. Dans la région de couplage, le mode optique d'un cœur se couple à un autre cœur car les deux cœurs sont très proches l'un de l'autre. Dans la région de conicité supérieure, où le diamètre du cœur de la fibre augmente, les modes deviennent de plus en plus confinés dans les cœurs et finalement les deux modes séparés quittent les sorties des fibres séparées. Parfois, deux fibres sont torsadées avant d'être chauffées et étirées. Une autre approche consiste à polir le côté fibre, ce qui permet au concepteur de contrôler très précisément l'effet de couplage.

La portion de lumière d'entrée qui sera couplée à la seconde fibre dépend de la distance entre les deux cœurs, des diamètres de cœur dans la région de couplage et des longueurs d'onde de fonctionnement. Ainsi, en dimensionnant soigneusement la région de couplage, nous contrôlerons le rapport des puissances de sortie, appelé rapport de couplage. Un rapport de couplage de 50:50 est très populaire ; 1:99 est utilisé pour surveiller les signaux d'entrée et de sortie dans les EDFA.

Comment parvenir à un partage 50/50 ? Dans un tel agencement, le mode optique se propagera à travers la gaine combinée des deux fibres et sera séparé dans la région conique vers le haut. coupleur optique pon

 

 

Importance des coupleurs de fibre optique et des séparateurs de fibre

Les coupleurs de fibre optique et les séparateurs de fibre jouent un rôle crucial dans le paysage des télécommunications modernes, permettant une gestion et une distribution efficaces des signaux optiques. Un coupleur de fibre optique est un dispositif qui connecte trois fibres optiques ou plus, permettant la redirection des signaux optiques. Ceci est essentiel pour créer des réseaux ramifiés, en particulier dans les communications longue distance, où les signaux peuvent devoir être divisés entre différents chemins.
Un séparateur de fibre, d'autre part, divise un signal optique unique en deux sorties ou plus, permettant à une seule source de communiquer avec plusieurs destinations. Ensemble, ces dispositifs améliorent la flexibilité, l'efficacité et l'évolutivité des réseaux optiques. Leur importance peut être vue dans une myriade d'applications telles que les connexions Internet à large bande, la télévision par câble et même l'imagerie médicale.
Par exemple, dans les réseaux des fournisseurs d'accès Internet (FAI), les séparateurs de fibre sont utilisés pour diviser les signaux afin d'atteindre plusieurs abonnés, permettant ainsi une couverture plus large avec moins de signal source. Il en résulte une distribution plus économique et efficace des services Internet.
La nature sans perte de ces dispositifs garantit que l'intégrité du signal reste élevée, permettant une transmission de données à haute vitesse sans dégradation. Ceci est particulièrement important dans le monde actuel centré sur les données, où la communication à haut débit est primordiale pour les applications personnelles et professionnelles.
Dans le domaine de la santé, les coupleurs à fibre optique sont utilisés en endoscopie et dans d'autres technologies d'imagerie médicale, permettant des images haute résolution qui aident les professionnels de la santé à poser des diagnostics inexacts. De plus, ces technologies soutiennent la croissance de l'Internet des objets (IoT), permettant aux appareils de communiquer et de partager des données de manière transparente.
La connectivité accrue et la transmission de données en temps réel facilitées par les coupleurs de fibre optique et les répartiteurs de fibre soutiennent non seulement la croissance du paysage technologique, mais contribuent également aux progrès dans d'autres domaines tels que le transport, la fabrication et l'urbanisme.

 

Avantages des coupleurs FBT

 

Configurations de port des coupleurs de fibre

 

On peut imaginer un certain nombre de combinaisons de fibres qui pourraient être couplées par un dispositif, dont certaines sont illustrées dans les figures ci-dessous.

Un coupleur 2 × 1 est utilisé pour combiner deux entrées de lumière dans une seule fibre (a). Lorsque la direction de propagation de la lumière est modifiée, cet appareil divisera un signal optique en deux (b). Dans ce fonctionnement, le coupleur est appelé séparateur à fibre optique selon la fonction qu'il remplit. Il existe des coupleurs qui couplent ou divisent, 1 × N ou N × 1 ports (c). Ils sont appelés coupleurs d'arbres et peuvent avoir une configuration N × M. Un coupleur important pour un réseau WDM est un coupleur en étoile (d). Dans celui-ci, le même nombre de ports servent d'entrées et de sorties. Il s'agit d'un coupleur bidirectionnel N × N (BIDI). Cependant, un coupleur en étoile peut être construit comme un coupleur unidirectionnel N × M.

Un coupleur avec un rapport de sortie de 50:50, c'est-à-dire un séparateur, est appelé un coupleur 3 dB. Ce dispositif simple peut être utilisé comme élément de base des coupleurs en arbre et en étoile. Cependant, ce n'est pas la meilleure approche à adopter car nous avons besoin de M N/2) coupleurs log2N 3 dB pour créer un coupleur en étoile N × N et seule une partie 1/N de la puissance lancée dans chaque port apparaîtra à chaque sortie. C'est pourquoi les coupleurs arbre et étoile modernes pour les réseaux WDM de diffusion sont fabriqués directement à l'aide de la technique FBT.

L'uniformité est la caractéristique du coupleur utilisée pour des rapports de division égaux. Par exemple, un coupleur 1 × 2 idéal diviserait la puissance d'entrée de manière égale en deux ports de sortie. En réalité, cependant, la puissance à chaque port de sortie variera du rapport 50:50. La raison physique de cette inégalité est les différentes pertes dues à l'insertion pour différents couplages créés au cours du processus de fabrication. L'uniformité pour un coupleur 50:50 est illustrée ci-dessous :

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

C'est une mesure de l'inégalité de la puissance divisée dans différentes fibres.

 

À propos du répartiteur de fibre

Le séparateur de fibre est un dispositif optique clé dans les systèmes de réseau optique passif (PON), également connu sous le nom de séparateur optique passif, qui répartit la puissance du signal optique de manière uniforme dans tous les ports de sortie. Dans l'usine de terrain PON, un répartiteur 1 × 8 à 1 × 32 est placé sur un poteau électrique, reliant le câble optique de distribution dans l'air et le fil de dérivation aux locaux du client. Un séparateur 1 × N peut faire partie d'un coupleur étoile N × N. Par exemple, un coupleur en étoile 16 × 16 avec une topologie à quatre étages est illustré dans la figure ci-contre, et la ligne pointillée désigne un séparateur 1 × 16. Le coupleur en étoile peut être construit en cascade de coupleurs 3 dB dans la topologie shuffe parfaite. Le coupleur 3 dB a deux ports d'entrée et deux ports de sortie, et il divise la puissance d'entrée 50:50 vers les ports de sortie. Le nombre de coupleurs 3 dB requis pour le cas avec un coupleur k-étage 1 × N est donné par

Coupleur N3dB = 2k - 1, k = log2N

et la perte de séparation par port de sortie est donnée par

Perte de division = 3 k [dB].

Pour un séparateur 1 × 16, k = 4, le nombre de coupleurs 3 dB requis est de 32 et la perte de séparation par port de sortie est de 12 dB.

Des séparateurs d'ordre supérieur peuvent être construits sous forme de réseaux à k étages de tels coupleurs. Ils ont un ou deux ports d'entrée et un coupleur N3dB = 2k ports de sortie, comme illustré dans la figure ci-dessous. Le nombre de ports de sortie est appelé rapport de division, qui correspond au nombre maximum d'unités ONU pouvant être connectées.

Dans le sens aval, le séparateur distribue les trajets lumineux de toutes les unités ONU vers les ports d'entrée. Le coût du doublement du rapport de division est une réduction de 3 dB de la puissance de sortie. Le signal en amont subit la même perte que le signal en aval, même si un seul port est connecté à l'OLT. Ceci est une conséquence naturelle de la réciprocité des dispositifs symétriques passifs.

Jusqu'à présent, nous avons considéré que le séparateur était sans perte car les 3 dB ne sont pas de l'énergie perdue mais représentent simplement la séparation elle-même. Un séparateur pratique, bien sûr, introduit une perte supplémentaire, connue sous le nom de perte excédentaire. Un autre paramètre important du répartiteur est son uniformité, qui mesure la répartition uniforme de la puissance entre les ports de sortie. C'est la différence maximale de perte entre les ports de sortie.

Les séparateurs à fibre optique sont hautement directionnels. Lorsque de la lumière est injectée à un port d'entrée (ou de sortie), très peu de lumière est diffusée vers d'autres ports d'entrée (ou de sortie). Ce comportement est capté par la directivité D, également appelée diaphonie proche ou isolation proche :

D = 10 log(P0/P3)

La perte de retour R est le rapport entre la puissance optique lancée dans un port et la puissance optique revenant sur ce même port. La directivité D et la perte de retour R sont mesurées avec tous les autres ports terminés optiquement, c'est-à-dire avec une réflexion nulle des autres ports.

R = 10 log(P0/P4)

TYPES DE SÉPARATEURS DE FIBRE OPTIQUE

 

Il existe deux types de ces dispositifs : les circuits optiques planaires à fibre et à silice (PLC). Le séparateur de coupleur 3 dB à fibre FBT illustré dans la figure ci-dessous est fabriqué à partir de deux fibres distinctes en fusionnant la région de couplage. La section effilée des deux côtés de la région de couplage est suffisamment longue pour que la puissance incidente de l'un des ports de gauche se couple aux fibres sur les ports de droite avec réflexion de la lumière vers l'autre port de gauche. Des coupleurs en étoile avec jusqu'à 32 ports ont été possibles en utilisant des coupleurs à fibre conique fusionnée 3 dB. Les avantages sont le couplage facile à faible perte avec la ligne de transmission à fibre optique et aucune perte dépendante de la polarisation.

Les séparateurs de fibres optiques du monde réel présentent des performances uniformes sur tout le spectre d'intérêt, de 1 260 à 1 600 nm. Voici un répartiteur 1 × 4 emballé dans la boîte LGX, basé sur plusieurs répartiteurs de coupleur 1 × 2 FBT (de Fiber-Mart). Observez que la taille de l'ensemble séparateur est limitée par le rayon de courbure minimum des fibres. Pour les grands rapports de division tels que 32 et plus, le séparateur de coupleur FBT fonctionne mal en termes de caractéristiques optiques et surtout de fiabilité (le séparateur de coupleur FBT 1 × 4 ci-dessous contient trois séparateurs 1 × 2 et sept épissures) beaucoup de composants qui peuvent tomber en panne, et beaucoup d'efforts de fabrication.

Séparateur optique passif 1x4

La figure ci-dessous montre le coupleur étoile PLC à base de silice. Ce séparateur optique intégré au coupleur a été développé pour tester le réseau de distribution optique (ODN). La technologie PLC permet de fabriquer des séparateurs avec des techniques similaires à celles utilisées pour fabriquer des semi-conducteurs. Ces techniques permettent des rapports de division élevés dans des dispositifs compacts, fiables et à faible perte.

PLC Splitter est utilisé dans les ODN GPON où de grandes divisions concentrées sont nécessaires (par opposition aux arbres constitués de plusieurs séparateurs 1 × 4 situés séparément, par exemple). Les tableaux ci-dessous répertorient les paramètres typiques des répartiteurs PLC 1 × N (entrée unique) et 2 × N.

Pour les tests, le réflectomère optique dans le domaine temporel (OTDR) est utilisé à la longueur d'onde de 1650 nm. Le séparateur a des coupleurs de type réflexion aux sorties du séparateur, réalisés à l'aide de filtres diélectriques multicouches. Il est compact mais les fibres doivent être attachées aux deux extrémités des ports d'entrée et de sortie. Il n'y a pas beaucoup de différence dans les caractéristiques de perte entre les deux types de coupleur (diviseur).

La perte d'insertion du coupleur de fibre 1 × 16 disponible dans le commerce, par exemple, est d'environ 13 à 14 dB, y compris une perte excessive de 1 à 2 dB à la fois dans le type de fibre et dans le coupleur/séparateur PLC. La perte dépendante de la polarisation est aussi faible que 0,3 dB. Considérez une configuration en étoile double passive configurée avec un répartiteur 1 × 4 dans le bureau central et un répartiteur 1 × 8 dans l'installation extérieure. Afin de tester les câbles à fibre en service dans l'ODN, des coupleurs à fibre optique doivent être insérés entre le séparateur 1 × 8 et les ONU, et la sortie à la longueur d'onde de 1650 nm du signal OTDR doit être coupée à l'avant. de l'ONU et de l'OLT pour ne transmettre que des signaux à 1310 nm et 1550 nm. Par rapport à la configuration de dispositif séparé, le dispositif intégré fournira une facilité de manipulation car les extrémités d'entrée des coupleurs et du répartiteur sont sur des côtés opposés.

 

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