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光サーキュレーターの紹介

  • 光サーキュレーターの紹介 Fiber-Mart.com
  • Post on 2015年03月19日(木)
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passive optical component fibermart

Optical Circulator

Optical Circulator, Fiber Circulator

光ファイバー通信は新たなインターネット社会をもたらしました。 光ネットワークをより適切にサポートするには、さまざまな光コンポーネントと関連テクノロジーが必要です。 光ネットワークの機能性、信頼性、経済性を向上させるとともに、光通信の進化に貢献してきました。 受動光コンポーネントは光ネットワーク システムの基礎であり、サーキュレータもその 1 つです。 このチュートリアルではそれを包括的に紹介します

 

光ファイバーサーキュレーターとは何ですか? サーキュレーターはどのように動作するのですか?

 

 

ファイバー サーキュレーターは、光信号を 1 つのポートから次のポートへ、一度に一方向のみに向ける非相反デバイスです。 光信号の方向は必要に応じてリダイレクトできますが、光信号はポートを順番に通過する必要があります(つまり、ポート 3 に進む前に、ポート 1 からポート 2 に)。 さらに、単一のファイバー上で双方向伝送を実現するために使用することもできます。 入力光パワーと反射光パワーの分離性が高く、挿入損失が低いため、高度な通信システムや光ファイバー センサーのアプリケーションで広く使用されています。

 

光ファイバーサーキュレーターはどのように機能しますか?

 

これもファラデー回転子を使用する光アイソレータと同様に動作しますが、その構造はより複雑です。 その逆伝播光波は失われることなく、出力のために 3 番目のポートに送られます。 図 1(a) は 3 ポート光ファイバ サーキュレータを示しています。 ポート 1 の入力信号 (λ1) はポート 2 から出力され、ポート 2 の入力信号 (λ2) はポート 3 から出力され、ポート 3 の入力信号 (λ3) はポート 1 から出力されます。 4 ポート サーキュレータでは、図 1(b) に示すように、理想的には 4 つの入力と 4 つの出力を持つことができます。 実際には、多くのアプリケーションでは 4 つの入力と 4 つの出力は必要ありません。 したがって、4 ポート サーキュレータでは、3 つの入力ポートと 3 つの出力ポートを持つのが一般的です。 これは、ポート 1 を入力専用ポート、ポート 2 とポート 3 を入力および出力ポート、ポート 4 を出力専用ポートにすることによって行われます。
3-port circulator and 4-port circulator

図1. 3ポートサーキュレータと4ポートサーキュレータ


サーキュレーターの種類

 

光ファイバーサーキュレータは、ポート数に応じて、通常、3ポート、4ポート、6ポートの3タイプに分類されます。 一般に、3 ポートおよび 4 ポートのサーキュレータは非常に一般的ですが、6 ポートのサーキュレータはあまり使用されません。 光ファイバ サーキュレータのポート タイプに関係なく、そのようなサーキュレータのどのポートから送信された光光も他のポートにリダイレクトできます。

さらに、光ファイバーサーキュレータは、市場では偏波維持型 (PM) と偏波非依存型 (PI) の 2 つのタイプに分類することもできます。 PM サーキュレータは偏波保持ファイバを使用して製造されているため、40Gbps システムやラマン ポンプ アプリケーションなどの偏波保持アプリケーションに最適です。 これらはダブルパス増幅器や分散補償モジュール (DCM) でも使用されます。 PI ファイバー サーキュレーターは、コンパクトで高性能の光波コンポーネントです。 このコンポーネントは、高い絶縁、低い挿入損失、低い偏波依存損失 (PDL)、および高い安定性と信頼性を提供します。 これは、高密度波長分割多重 (DWDM) システム、高速システム、双方向通信システムにおいて、ファイバー グレーティングや他の反射コンポーネントと組み合わせて広く使用されています。

 

光ファイバーサーキュレータの応用例

 

光ファイバ サーキュレータは双方向ポートをサポートし、単一のファイバを光信号の送信と受信の両方に使用できるようにします。 DWDM ネットワーク、偏波モード分散、波長分散補償、光アドドロップ マルチプレクサ (OADM)、光増幅器、光ファイバ センサーなど、多くのアプリケーションで広く使用されています。

 

DWDM ネットワーク

 

Fibermart サーキュレータを使用すると、ファイバ ブラッグ グレーティング (FBG) を使用して DWDM システムから光チャネルをドロップできます (図 2 を参照)。 入力 DWDM チャネルは、ポート 2 に接続された FBG デバイスとともにデバイスのポート 1 に結合されます。FBG から反射された単一波長は、ポート 2 のファイバーマート サーキュレータに再入力され、ポート 3 に応じてルーティングされます。残りの信号は、ポート 3 を通過します。 FBG を実行し、上部ファイバーで終了します。

 

DWDM application 1
図 2. FBG を使用して DWDM システムから光チャネルをドロップするために使用されるサーキュレータ

さらに、光ファイバ サーキュレータは、DWDM システムで 50 dB のアイソレーション (拒否された光を利用しながら戻ってくる電力から入力ファイバを保護) で順方向と逆方向に伝播する信号を分離するためにも使用されます。 光ファイバーサーキュレーターは、60 dB を超えるレベルのクロストーク (目的の入力によって生成される出力パワーと、不要な入力によって生成される出力パワーの比) も提供します。 これにより、単一のファイバーで双方向信号を効果的に伝送できるようになります。 (図 3 を参照)

 

DWDM application Optical Circulator
図 3. サーキュレータを使用すると、単一のファイバを介して光信号を双方向に送信できます

 

OADM

 

OADM は 1 つの FBG と 2 つのファイバー サーキュレーターに基づいています。 4 つのチャネルは 4 色で表され、FO サーキュレータを介して FBG に影響します。 FBG はチャネルの 1 つ、ここではチャネル 4 に設定され、サーキュレータに反射されて下方に向けられ、システムから「ドロップ」されます。 チャネルがドロップされたため、そのチャネル上の別の信号をネットワーク内の同じポイントに「追加」できます。 図4に示す)

 

circulator-OADM application

Figure 4. FO circulator used in OADM

 

偏波モード分散

 

一部の光ファイバー システムでは、すべての光メディアに固有の特性である偏波モード分散 (PMD) が発生します。 PMD は、伝送媒体の直交主偏光状態における光の伝播速度の違いによって発生します。 光パルスに両方の偏光成分が含まれている場合、FO サーキュレータ内の異なる偏光成分は異なる速度で移動し、異なる時間に到着し、受信した光信号を汚すことになります。 光カプラを使用すると、光サーキュレータは光信号の電界と磁界を回転させることで PMD を補正できます。 (図5に示す)

PMD optical circulator

図 5. 偏波モード分散 (PMD)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

波長分散補償

 

光ファイバーサーキュレーターは、チップ化されたFBG(波長依存性反射板)を使用して波長分散を補償します。 光ファイバーの一部は、ファイバーの屈折率を変化させる材料で処理またはドープされ、波長依存の反射を引き起こします。 チップ付き FBG には、ファイバー全体に配置された複数のグレーティングがあり、色分散の補償が可能です。 (図6に示す)

CDM application circulator

図 6. チップ付き FBG を使用して波長分散を補償する Fibermart サーキュレータ
光増幅器


光アンプは、信号を電気信号に変換することなく、信号を直接増幅します。 Fibermart サーキュレータは、入力信号をアンプに供給し、増幅された信号を受信して、信号を出力ポートに再ルーティングします。 このアプリケーションでは、サーキュレータはキャビティからの抑制されたフィードバックを供給します。 図 7 にこのプロセスを示します。

 

amplifier, circulator

図 7. 光増幅器に使用される光ファイバーマートサーキュレーター

 

光ファイバーセンサー


光ファイバーセンサーは、ひずみ、温度、圧力などのパラメーターを測定するために使用されます。 彼らは光ファイバーサーキュレーターを使用して信号を再ルーティングします。 光ファイバーサーキュレータは、入力光パワーと反射光パワーの間の高い分離と低い挿入損失により、光ファイバーセンサーとのインターフェースに適したコンポーネントとなっています。 図 8 は、光サーキュレータを使用して FBG を校正するために使用されるセットアップを示しています。

 

fiber optic sensor application with circulator

図 8. FO サーキュレータを使用して FBG を校正するために使用されるセットアップ

 

光ファイバーサーキュレーターを購入する際の注意点


光ファイバー ネットワーク内で光を一方向に向けるために使用される重要なコンポーネントである光ファイバー サーキュレーターを購入する場合、最適な機能とシステムとの互換性を確保するために、いくつかの重要な要素を考慮する必要があります。 光ファイバーサーキュレーターは、電気通信、光ファイバーセンシング、テスト機器などのいくつかのアプリケーションで重要な役割を果たすため、適切なものを選択することが最も重要です。
構成の種類: アプリケーションに応じて、3 ポートや 4 ポートなどの異なるサーキュレータ構成が必要になる場合があります。 ネットワークの正確なニーズを理解することで、適切なタイプを選択することができます。
波長範囲: さまざまな光サーキュレータが特定の波長範囲に合わせて設計されています。 既存のシステムとの互換性のために、デバイスが必要な動作波長と一致していることを確認してください。
挿入損失: 挿入損失が低いほど効率が高くなります。 光サーキュレータのさまざまなモデルを比較して、コストと最小限の信号損失の間のバランスを見つけます。
絶縁性: 高い絶縁性により、不要な光が効果的に抑制され、パフォーマンスが向上します。 特定のアプリケーションに最適な絶縁を提供する光サーキュレータを探してください。
温度感度: 温度などの環境要因は、サーキュレーターの性能に影響を与える可能性があります。 使用環境を考慮して、適切な温度安定性を備えた光サーキュレータを選択してください。
価格とメーカーの評判: 多くの場合、品質は価格と相関関係がありますが、最も高価なものがニーズに最適であるという意味ではありません。 メーカーの評判を調べたり、レビューを考慮したりして、予算内で信頼できる製品を見つけてください。
コンプライアンスと規格: サーキュレータが関連する業界規格に準拠していることを確認してください。準拠していない場合は、互換性や安全性の問題が発生する可能性があります。



これらの要素とコストの考慮事項およびメーカーの評判のバランスを取ると、光ファイバー システムにシームレスに適合する選択が得られます。

 

Fibre-MART の光サーキュレーター ソリューション

 

Fiber-Mart は、3 つまたは 4 つのポートを備えた PI サーキュレータと PM サーキュレータ (1310、1550、または 1064nm の波長で動作) の両方を提供しています。 当社の光サーキュレータは、高い絶縁性、低い挿入損失、優れた環境安定性を備えています。 さらに、コネクタの有無にかかわらず、他の波長も顧客の要件に合わせてカスタマイズできます。

 


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