광섬유 커플러, 파이버 스플리터 소개

 

Fiber Optic Coupler는 두 개 이상의 섬유를 서로 인접하게 배치한 후 융착 및 연신하여 결합 영역을 생성하여 제조됩니다. 가열된 영역은 원하는 결합 특성이 달성될 때까지 늘어납니다. 이 장치는 FBT Fiber Coupler라는 FBT(Fused Biconical Taper) 커플러라고 합니다. 광 커플러,

 

 

커플링 과정은 입력 모드의 필드 직경이 다운 테이퍼 영역에서 커짐에 따라 점진적으로 발생합니다. 결합 영역 내에서 두 코어가 서로 매우 가깝기 때문에 하나의 코어에서 다른 코어로 광학 모드가 결합됩니다. 광섬유 코어 직경이 증가하는 업 테이퍼 영역에서는 모드가 코어 내에서 점점 더 제한되고 결국 두 개의 분리된 모드가 분리된 광섬유의 출력을 떠납니다. 때로는 가열 및 스트레칭 전에 두 개의 섬유가 꼬입니다. 또 다른 접근 방식은 설계자가 결합 효과를 매우 정밀하게 제어할 수 있도록 섬유 측면을 연마하는 것입니다.

입력 광의 어떤 부분이 두 번째 광섬유에 결합될지는 두 코어 사이의 거리, 결합 영역 내의 코어 직경 및 작동 파장에 따라 다릅니다. 따라서 결합 영역의 크기를 신중하게 조정하여 결합 비율이라고 하는 출력 전력의 비율을 제어합니다. 50:50의 결합 비율이 매우 일반적입니다. 1:99는 EDFA의 입력 및 출력 신호를 모니터링하는 데 사용됩니다.

50:50 분할을 달성하는 방법은 무엇입니까? 이러한 배열에서 광학 모드는 두 섬유의 결합된 클래딩을 통해 전파되고 위쪽으로 테이퍼진 영역에서 분리됩니다. 폰 광 커플러

 

 

광섬유 커플러 및 광섬유 스플리터의 중요성

광섬유 커플러 및 광섬유 분배기는 광 신호의 효율적인 관리 및 분배를 가능하게 하는 현대 통신 환경에서 중요한 역할을 합니다. Fiber Optic Coupler는 3개 이상의 광섬유를 연결하여 광 신호의 방향 전환을 가능하게 하는 장치입니다. 이는 신호를 서로 다른 경로로 나누어야 하는 장거리 통신에서 특히 분기 네트워크를 만드는 데 필수적입니다.
반면 광섬유 분배기는 단일 광 신호를 둘 이상의 출력으로 분할하여 단일 소스가 여러 대상과 통신할 수 있도록 합니다. 함께 이러한 장치는 광 네트워크의 유연성, 효율성 및 확장성을 향상시킵니다. 그들의 중요성은 인터넷 광대역 연결, 케이블 텔레비전, 심지어 의료 영상과 같은 무수한 응용 프로그램에서 볼 수 있습니다.
예를 들어 인터넷 서비스 공급자(ISP) 네트워크에서 파이버 스플리터는 여러 가입자에게 도달하기 위해 신호를 분할하는 데 사용되므로 더 적은 소스 신호로 더 넓은 적용 범위를 허용합니다. 그 결과 인터넷 서비스를 보다 경제적이고 효율적으로 배포할 수 있습니다.
이러한 장치의 무손실 특성으로 인해 신호 무결성이 높게 유지되어 성능 저하 없이 고속으로 데이터를 전송할 수 있습니다. 이는 고속 통신이 개인용 및 전문용 애플리케이션에 가장 중요한 오늘날의 데이터 중심 세계에서 특히 중요합니다.
의료 분야에서 광섬유 커플러는 내시경 및 기타 의료 영상 기술에 사용되어 의료 전문가의 부정확한 진단을 지원하는 고해상도 이미지를 가능하게 합니다. 또한 이러한 기술은 사물 인터넷(IoT)의 성장을 지원하여 장치가 원활하게 통신하고 데이터를 공유할 수 있도록 합니다.
광섬유 커플러 및 광섬유 분배기에 의해 촉진되는 향상된 연결성 및 실시간 데이터 전송은 기술 환경의 성장을 지원할 뿐만 아니라 운송, 제조 및 도시 계획과 같은 다른 분야의 발전에도 기여합니다.

 

FBT 커플러의 장점

 

파이버 커플러의 포트 구성

 

우리는 장치에 의해 결합될 수 있는 많은 광섬유 조합을 상상할 수 있으며 그 중 일부는 아래 그림에 나와 있습니다.

2 × 1 커플러는 두 개의 광 입력을 단일 광섬유(a)로 결합하는 데 사용됩니다. 빛의 전파 방향이 바뀌면 이 장치는 하나의 광 신호를 두 개로 나눕니다(b). 이 작업에서 커플러는 수행하는 기능에 따라 광섬유 스플리터라고 합니다. 1 × N 또는 N × 1 포트(c)를 연결하거나 분할하는 커플러가 있습니다. 트리 커플러라고 하며 N × M 구성을 가질 수 있습니다. WDM 네트워크의 중요한 커플러는 스타 커플러(d)입니다. 여기에서 동일한 수의 포트가 입력 및 출력 역할을 합니다. N × N 양방향(BIDI) 커플러입니다. 그러나 스타 커플러는 N × M 단방향 커플러로 만들 수 있습니다.

출력 비율이 50:50인 커플러, 즉 스플리터를 3dB 커플러라고 합니다. 이 간단한 장치는 트리 및 스타 커플러의 기본 빌딩 블록으로 사용할 수 있습니다. 그러나 이것은 N × N 스타 커플러를 만들기 위해 M N/2) log2N 3-dB 커플러가 필요하고 각 포트로 시작된 전력의 1/N 부분만 모든 출력에 나타나기 때문에 취할 수 있는 최선의 접근 방식은 아닙니다. 이것이 브로드캐스트 WDM 네트워크용 최신 트리 및 스타 커플러가 FBT 기술을 사용하여 직접 제작되는 이유입니다.

균일성은 동일한 분할 비율에 사용되는 커플러 특성입니다. 예를 들어 이상적인 1 × 2 커플러는 입력 전력을 두 개의 출력 포트로 균등하게 분할합니다. 그러나 실제로 각 출력 포트의 전력은 50:50 비율에서 다양합니다. 이러한 불평등의 물리적 이유는 제조 과정에서 발생하는 서로 다른 커플링에 대한 삽입으로 인한 서로 다른 손실입니다. 50:50 커플러의 균일성은 다음과 같습니다.

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

서로 다른 섬유에서 분할 전력의 불평등을 측정한 것입니다.

 

파이버 스플리터 정보

Fiber Splitter는 광 신호 전력을 모든 출력 포트로 균등하게 분할하는 수동 광 분배기라고도 하는 PON(수동 광 네트워크) 시스템의 핵심 광 장치입니다. PON 현장 플랜트에서는 1 × 8 ~ 1 × 32 스플리터가 전주에 배치되어 공중의 분배 광 케이블과 드롭 와이어를 고객 구내에 연결합니다. 1 × N 스플리터는 N × N 스타 커플러의 일부일 수 있습니다. 예를 들어 옆 그림에는 4단 토폴로지의 16×16 스타 커플러가 나와 있으며 점선은 1×16 스플리터를 나타냅니다. 스타 커플러는 완벽한 셔프 토폴로지에서 3dB 커플러를 계단식으로 연결하여 구성할 수 있습니다. 3dB 커플러에는 2개의 입력 포트와 2개의 출력 포트가 있으며 입력 전력을 50:50으로 출력 포트에 분할합니다. k-stage 1 × N 커플러가 있는 경우에 필요한 3dB 커플러의 수는 다음과 같습니다.

N3dB 커플러 = 2k - 1, k = log2N

출력 포트당 분할 손실은 다음과 같습니다.

분할 손실 = 3k[dB].

1 × 16 스플리터의 경우 k = 4이고 필요한 3dB 커플러의 수는 32이며 출력 포트당 분할 손실은 12dB입니다.

고차 스플리터는 이러한 커플러의 k-스테이지 어레이로 구성될 수 있습니다. 아래 그림과 같이 하나 또는 두 개의 입력 포트와 N3dB 커플러 = 2k 출력 포트가 있습니다. 출력 포트의 수를 분할 비율이라고 하며 연결할 수 있는 최대 ONU 수에 해당합니다.

파이버 스플리터 K-스테이지

다운스트림 방향에서 스플리터는 모든 ONU에서 다시 입력 포트로 광 경로를 분배합니다. 분할 비율을 두 배로 늘리는 비용은 출력 전력에서 3dB 감소입니다. 업스트림 신호는 OLT에 단일 포트만 연결되어 있어도 다운스트림 신호와 동일한 손실을 입습니다. 이것은 수동 대칭 장치의 상호성의 자연스러운 결과입니다.

지금까지 우리는 3dB가 손실된 에너지가 아니라 단지 분할 자체를 설명하기 때문에 스플리터를 무손실로 간주했습니다. 물론 실용적인 스플리터는 초과 손실로 알려진 추가 손실을 발생시킵니다. 또 다른 중요한 스플리터 매개변수는 출력 포트 간에 전력이 얼마나 고르게 분배되는지 측정하는 균일성입니다. 출력 포트 간의 최대 손실 차이입니다.

광섬유 스플리터는 방향성이 높습니다. 빛이 입력(또는 출력) 포트에 주입되면 매우 적은 양의 빛이 다른 입력(또는 출력) 포트로 다시 산란됩니다. 이 동작은 근단 누화 또는 근단 격리라고도 하는 지향성 D에 의해 캡처됩니다.

D = 10로그(P0/P3)

반사 손실 R은 동일한 포트로 돌아오는 광 전력에 대한 포트로 시작된 광 전력의 비율입니다. 지향성 D와 반사 손실 R은 광학적으로 종단 처리된 다른 모든 포트, 즉 다른 포트에서 반사가 0인 상태에서 측정됩니다.

R = 10로그(P0/P4)

광섬유 스플리터의 유형

 

이러한 장치에는 섬유 및 실리카 평면 광 회로(PLC)의 두 가지 유형이 있습니다. 아래 그림에 표시된 FBT 광섬유 3dB 커플러 스플리터는 결합 영역을 함께 융합하여 두 개의 개별 광섬유로 제작됩니다. 커플링 영역의 양쪽에 있는 테이퍼 섹션은 왼쪽 포트 중 하나의 입사 전력이 다른 왼쪽 포트로 빛이 반사되어 오른쪽 포트의 섬유에 결합될 만큼 충분히 길다. 최대 32개의 포트가 있는 스타 커플러는 융합 테이퍼 광섬유 3dB 커플러를 사용하여 가능했습니다. 이점은 광섬유 전송 라인과의 낮은 손실 쉬운 결합과 편광 의존 손실이 없다는 것입니다.

실제 광섬유 스플리터는 1260~1600nm의 전체 관심 스펙트럼에서 균일한 성능을 보여줍니다. 다음은 여러 1 × 2 FBT 커플러 스플리터(Fiber-Mart에서 제공)를 기반으로 LGX 상자에 포장된 1 × 4 스플리터입니다. 스플리터 어셈블리의 크기가 섬유의 최소 굽힘 반경에 의해 제한되는지 확인합니다. 32 이상과 같이 분할 비율이 큰 경우 FBT 커플러 스플리터는 광학적 특성과 특히 신뢰성 측면에서 성능이 좋지 않으며(아래의 1×4 FBT 커플러 스플리터에는 3개의 1×2 스플리터와 7개의 스플라이스가 포함되어 있음) 고장날 수 있는 구성 요소가 많으며, 그리고 많은 제조 노력.

아래 그림은 실리카 기반 PLC 스타 커플러 스플리터를 보여줍니다. 커플러와 통합된 이 광 분배기는 광 분배 네트워크(ODN)를 테스트하기 위해 개발되었습니다. PLC 기술을 사용하면 반도체 제조에 사용되는 것과 매우 유사한 기술로 스플리터를 만들 수 있습니다. 이러한 기술을 통해 컴팩트하고 손실이 적으며 신뢰할 수 있는 장치에서 높은 분할 비율이 가능합니다.

PLC 스플리터는 크고 집중된 분할이 필요한 GPON ODN에서 사용됩니다(예를 들어, 별도로 위치한 여러 개의 1 × 4 스플리터로 구성된 트리와 구별됨). 아래 표에는 1 × N(단일 입력) 및 2 × N PLC 스플리터의 일반적인 매개변수가 나열되어 있습니다.

테스트를 위해 1650nm의 파장에서 광학 시간 영역 반사체(OTDR)가 사용됩니다. 스플리터에는 다층 유전체 필터를 사용하여 만든 스플리터 출력에 반사형 커플러가 있습니다. 콤팩트하지만 입력 포트와 출력 포트 양쪽 끝에 광섬유를 연결해야 합니다. 두 종류의 커플러(스플리터)의 손실 특성에는 큰 차이가 없습니다.

예를 들어 시중에서 판매되는 1×16 광섬유 커플러의 삽입 손실은 약 13~14dB이며, 광섬유 유형과 PLC 커플러/스플리터 모두에서 1~2dB의 초과 손실을 포함합니다. 편파 의존 손실은 0.3dB만큼 작습니다. 중앙 사무실에 있는 1×4 스플리터와 외부 플랜트에 있는 1×8 스플리터로 구성된 패시브 더블 스타 구성을 고려하십시오. ODN에서 사용 중인 광섬유 케이블을 테스트하기 위해서는 1×8 스플리터와 ONU 사이에 광섬유 커플러를 삽입해야 하고 OTDR 신호에서 1650nm 파장의 출력을 전면에서 차단해야 합니다. ONU와 OLT는 1310nm와 1550nm의 신호만 통과시킵니다. 개별 장치 구성에 비해 통합 장치는 커플러와 스플리터의 입력단이 반대쪽에 있기 때문에 취급이 용이합니다.

 

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