Introdução do Acoplador de Fibra Óptica, Divisor de Fibra

 

O Acoplador de Fibra Óptica é fabricado colocando duas ou mais fibras adjacentes umas às outras, após fundi-las e esticá-las, criando assim uma região de acoplamento. A área aquecida é esticada até que as propriedades de acoplamento desejadas sejam alcançadas. Este dispositivo é chamado de acoplador de cone bicônico fundido (FBT), denominado Acoplador de Fibra FBT. acoplador óptico,

 

 

O processo de acoplamento ocorre gradualmente à medida que o diâmetro do campo de um modo de entrada se torna maior na região do cone descendente. Dentro da região de acoplamento, o modo óptico de um núcleo se acopla a outro núcleo porque ambos os núcleos estão muito próximos um do outro. Na região de cone superior, onde o diâmetro do núcleo da fibra aumenta, os modos tornam-se cada vez mais confinados dentro dos núcleos e, eventualmente, os dois modos separados deixam as saídas das fibras separadas. Às vezes, duas fibras são torcidas antes do aquecimento e alongamento. Outra abordagem é polir o lado da fibra, o que permite ao projetista controlar o efeito de acoplamento com muita precisão.

Qual porção da luz de entrada será acoplada à segunda fibra depende da distância entre os dois núcleos, dos diâmetros do núcleo dentro da região de acoplamento e dos comprimentos de onda operacionais. Portanto, dimensionando cuidadosamente a região de acoplamento, controlaremos a relação das potências de saída, chamada de relação de acoplamento. Uma relação de acoplamento de 50:50 é muito popular; 1:99 é usado para monitorar os sinais de entrada e saída em EDFAs.

Como conseguir uma divisão 50:50? Em tal arranjo, o modo óptico se propagará através do revestimento combinado das duas fibras e será separado na região afilada. acoplador óptico pon

 

Importância de acopladores de fibra óptica e divisores de fibra

Acopladores de fibra óptica e divisores de fibra desempenham um papel crucial no cenário moderno das telecomunicações, permitindo o gerenciamento e distribuição eficientes de sinais ópticos. Um Acoplador de Fibra Óptica é um dispositivo que conecta três ou mais fibras ópticas, possibilitando o redirecionamento de sinais ópticos. Isso é vital para criar redes ramificadas, especialmente em comunicação de longa distância, onde os sinais podem precisar ser divididos entre diferentes caminhos.
Um divisor de fibra, por outro lado, divide um único sinal óptico em duas ou mais saídas, permitindo que uma única fonte se comunique com vários destinos. Juntos, esses dispositivos aumentam a flexibilidade, eficiência e escalabilidade das redes ópticas. Sua importância pode ser vista em inúmeras aplicações, como conexões de banda larga à Internet, televisão a cabo e até imagens médicas.
Por exemplo, em redes de Provedores de Serviços de Internet (ISP), os divisores de fibra são usados para dividir sinais para alcançar vários assinantes, permitindo assim uma cobertura mais ampla com menos sinal de origem. Isso resulta em uma distribuição mais econômica e eficiente dos serviços de Internet.
A natureza sem perdas desses dispositivos garante que a integridade do sinal permaneça alta, permitindo a transmissão de dados em altas velocidades sem degradação. Isso é particularmente importante no mundo centrado em dados de hoje, onde a comunicação de alta velocidade é fundamental para aplicativos pessoais e profissionais.
Na área da saúde, os acopladores de fibra óptica são usados em endoscopia e outras tecnologias de imagens médicas, permitindo imagens de alta resolução que auxiliam os profissionais médicos em diagnósticos imprecisos. Além disso, essas tecnologias suportam o crescimento da Internet das Coisas (IoT), permitindo que os dispositivos se comuniquem e compartilhem dados sem problemas.
A maior conectividade e transmissão de dados em tempo real facilitada por acopladores de fibra óptica e divisores de fibra suportam não apenas o crescimento do cenário tecnológico, mas também contribuem para avanços em outros campos, como transporte, manufatura e planejamento urbano.

 

Vantagens dos Acopladores FBT

 

Configurações de porta de acopladores de fibra

 

Podemos imaginar várias combinações de fibras que podem ser acopladas por um dispositivo, algumas das quais são mostradas nas figuras abaixo.

Um acoplador 2 × 1 é usado para combinar duas entradas de luz em uma única fibra (a). Quando a direção da propagação da luz é alterada, este dispositivo divide um sinal óptico em dois (b). Nesta operação, o acoplador é chamado de divisor de fibra ótica de acordo com a função que desempenha. Existem acopladores que acoplam ou dividem portas 1 × N ou N × 1 (c). Eles são chamados de acopladores de árvore e podem ter uma configuração N × M. Um acoplador importante para redes WDM é um acoplador estrela (d). Nele, o mesmo número de portas serve como entradas e saídas. É um acoplador N × N bidirecional (BIDI). No entanto, um acoplador estrela pode ser construído como um acoplador unidirecional N × M.

Um acoplador com uma taxa de saída de 50:50, ou seja, um divisor, é chamado de acoplador de 3 dB. Este dispositivo simples pode ser usado como o bloco de construção básico de acopladores de árvore e estrela. No entanto, esta não é a melhor abordagem a ser tomada porque precisamos de acopladores M N/2) log2N 3-dB para fazer um acoplador estrela N × N e apenas 1/N da potência lançada em cada porta aparecerá em cada saída. É por isso que os acopladores modernos de árvore e estrela para redes WDM de transmissão são fabricados diretamente usando a técnica FBT.

A uniformidade é a característica do acoplador usada para proporções de divisão iguais. Por exemplo, um acoplador 1 × 2 ideal dividiria a potência de entrada igualmente em duas portas de saída. Na realidade, porém, a potência em cada porta de saída variará da proporção de 50:50. A razão física para esta desigualdade são as diferentes perdas devido à inserção de diferentes acoplamentos originados durante o processo de fabricação. A uniformidade para um acoplador 50:50 é mostrada abaixo:

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

É uma medida da desigualdade da potência dividida em diferentes fibras.

Sobre o divisor de fibra

O divisor de fibra é um dispositivo óptico essencial em sistemas de rede óptica passiva (PON), também conhecido como divisor óptico passivo, que divide a potência do sinal óptico uniformemente em todas as portas de saída. Na planta de campo PON, um divisor de 1 × 8 a 1 × 32 é colocado em um poste elétrico, conectando o cabo óptico de distribuição no ar e o fio drop às instalações do cliente. Um divisor 1 × N pode fazer parte de um acoplador estrela N × N. Por exemplo, um acoplador estrela 16 × 16 com topologia de quatro estágios é mostrado na figura ao lado, e a linha pontilhada denota um divisor 1 × 16. O acoplador em estrela pode ser construído por acopladores de 3 dB em cascata na topologia de shuffe perfeita. O acoplador de 3 dB tem duas portas de entrada e duas de saída e divide a potência de entrada 50:50 para as portas de saída. O número de acopladores de 3 dB necessários para o caso com acoplador de estágio k 1 × N é dado por

Acoplador N3dB = 2k - 1, k = log2N

e a perda de divisão por porta de saída é dada por

Perda de divisão = 3 k [dB].

Para um divisor de 1 × 16, k = 4, o número de acopladores de 3 dB necessários é 32 e a perda de divisão por porta de saída é de 12 dB.

Os divisores de ordem superior podem ser construídos como matrizes de k estágios de tais acopladores. Possuem uma ou duas portas de entrada e acoplador N3dB = 2k portas de saída, conforme a figura abaixo. O número de portas de saída é chamado de split ratio, que corresponde ao número máximo de ONUs que podem ser conectadas.

Na direção downstream, o divisor distribui caminhos de luz de todas as ONUs de volta para as portas de entrada. O custo de dobrar a taxa de divisão é uma redução de 3 dB na potência de saída. O sinal upstream sofre a mesma perda que o sinal downstream, embora apenas uma única porta esteja conectada à OLT. Esta é uma consequência natural da reciprocidade de dispositivos simétricos passivos.

Até agora, consideramos o divisor sem perdas porque os 3 dB não são energia perdida, mas apenas representam a própria divisão. Um divisor prático, é claro, introduz perdas adicionais, conhecidas como perdas em excesso. Outro parâmetro significativo do divisor é sua uniformidade, que mede o quão uniformemente a energia é distribuída entre as portas de saída. É a diferença máxima de perda entre as portas de saída.

Os divisores de fibra óptica são altamente direcionais. Quando a luz é injetada em uma porta de entrada (ou saída), muito pouca luz é espalhada de volta para outras portas de entrada (ou saída). Esse comportamento é capturado pela diretividade D, também chamada de crosstalk de ponta próxima ou isolação de ponta próxima:

D = 10 log(P0/P3)

A perda de retorno R é a razão entre a potência óptica lançada em uma porta e a potência óptica que retorna à mesma porta. Tanto a diretividade D quanto a perda de retorno R são medidas com todas as outras portas terminadas opticamente, ou seja, com reflexão zero das outras portas.

R = 10 log(P0/P4)

TIPOS DE DIVISORES DE FIBRA ÓTICA

 

Existem dois tipos desses dispositivos: fibra e circuito de luz planar de sílica (PLC). O divisor de acoplador de fibra FBT de 3 dB mostrado na figura abaixo é fabricado a partir de duas fibras separadas pela fusão da região de acoplamento. A seção cônica em ambos os lados da região de acoplamento é longa o suficiente para que a energia incidente de qualquer uma das portas esquerdas se acople às fibras nas portas direitas com reflexão de luz para a outra porta esquerda. Acopladores em estrela com até 32 portas têm sido possíveis usando acopladores de fibra cônica fundida de 3 dB. As vantagens são o acoplamento fácil de baixa perda com a linha de transmissão de fibra óptica e nenhuma perda dependente da polarização.

Divisores de fibra óptica do mundo real mostram desempenho uniforme em todo o espectro de interesse, de 1260 a 1600 nm. Aqui está um divisor 1 × 4 embalado na caixa LGX, baseado em vários divisores acopladores 1 × 2 FBT (da Fiber-Mart). Observe que o tamanho do conjunto divisor é limitado pelo raio mínimo de curvatura das fibras. Para grandes taxas de divisão, como 32 e mais, o divisor de acoplador FBT tem um desempenho ruim em termos de características ópticas e especialmente confiabilidade (o divisor de acoplador FBT 1 × 4 abaixo contém três divisores 1 × 2 e sete emendas) muitos componentes que podem falhar, e muito esforço de fabricação.

A figura abaixo mostra o divisor de acoplador em estrela PLC baseado em sílica. Este divisor óptico integrado ao acoplador foi desenvolvido para testar a rede óptica de distribuição (ODN). A tecnologia PLC permite que divisores sejam feitos com técnicas muito semelhantes às usadas para fabricar semicondutores. Essas técnicas permitem altas taxas de divisão em dispositivos compactos, confiáveis e de baixa perda.

O PLC Splitter é usado em GPON ODNs onde são necessárias divisões grandes e concentradas (diferente de árvores feitas de vários divisores 1 × 4 localizados separadamente, por exemplo). As tabelas abaixo listam parâmetros típicos para divisores PLC 1 × N (entrada única) e 2 × N.

Para o teste, o refletor óptico de domínio do tempo (OTDR) é usado no comprimento de onda de 1650 nm. O divisor possui acopladores do tipo reflexão nas saídas do divisor, feitos com filtros dielétricos multicamadas. É compacto, mas as fibras devem ser conectadas a ambas as extremidades das portas de entrada e saída. Não há muita diferença nas características de perda entre os dois tipos de acoplador (splitter).

A perda de inserção do acoplador de fibra 1×16 comercialmente disponível, por exemplo, é de cerca de 13 a 14 dB, incluindo perda excessiva de 1 a 2 dB tanto no tipo de fibra quanto no acoplador/divisor PLC. A perda dependente da polarização é tão pequena quanto 0,3 dB. Considere uma configuração dupla estrela passiva configurada com splitter 1×4 na central e splitter 1×8 na planta externa. Para testar os cabos de fibra em serviço no ODN, os acopladores de fibra óptica devem ser inseridos entre o divisor 1 × 8 e as ONUs, e a saída no comprimento de onda de 1650 nm do sinal OTDR deve ser cortada na frente da ONU e da OLT para passar apenas sinais em 1310 nm e 1550 nm. Comparado com a configuração do dispositivo separado, o dispositivo integrado fornecerá facilidade de manuseio porque as extremidades de entrada dos acopladores e do divisor estão em lados opostos.

 

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