Optical Circulator

A comunicação por fibra óptica nos trouxe uma nova sociedade da Internet. Para melhor suportar uma rede óptica, uma variedade de componentes ópticos e tecnologias relacionadas são necessárias. Eles contribuíram para a evolução da comunicação óptica, melhorando as funcionalidades, confiabilidade e eficiência econômica das redes ópticas. Os componentes ópticos passivos são a pedra fundamental dos sistemas de rede óptica, e o circulador é um deles. Este tutorial irá apresentá-lo de forma abrangente

 

O que é Circulador de Fibra Óptica? Como funciona um circulador?

 

O circulador de fibra é um dispositivo não recíproco que direciona um sinal óptico de uma porta para a próxima, em apenas uma direção por vez. Embora a direção do sinal óptico possa ser redirecionada conforme necessário, o sinal óptico deve passar pelas portas sequencialmente (ou seja, da porta 1 para a porta 2, antes de viajar para a porta 3). Além disso, pode ser usado para obter transmissão bidirecional em uma única fibra. Devido ao seu alto isolamento das potências ópticas refletidas e de entrada e sua baixa perda de inserção, é amplamente utilizado em sistemas de comunicação avançados e aplicações de sensores de fibra óptica.

 

Como Funciona o Circulador de Fibra Óptica?

 

Funciona de forma semelhante ao isolador óptico que também utiliza rotadores de Faraday, porém sua construção é mais complexa. Sua onda de luz de propagação reversa é direcionada para uma terceira porta para saída, em vez de ser perdida. A Figura 1(a) mostra um circulador de fibra óptica de três portas. Um sinal de entrada (λ1) na Porta 1 sai na Porta 2, um sinal de entrada (λ2) na Porta 2 sai na Porta 3 e um sinal de entrada (λ3) na Porta 3 sai na Porta 1. Da mesma forma, em um circulador de quatro portas, conforme mostrado na Figura 1(b), pode-se idealmente ter quatro entradas e quatro saídas. Na prática, muitos aplicativos não precisam de quatro entradas e quatro saídas. Portanto, em um circulador de quatro portas, é comum ter três portas de entrada e três portas de saída. Isso é feito tornando a Porta 1 uma porta somente de entrada, as Portas 2 e 3 portas de entrada e saída e a Porta 4 uma porta somente de saída.

Figure 1. 3-port  Circulator and 4-port Circulator

Tipos de Circuladores

 

De acordo com o número de portas, os circuladores de fibra óptica podem ser geralmente classificados em três tipos: 3 portas, 4 portas e 6 portas. Em geral, os circuladores de 3 e 4 portas são bastante comuns, enquanto os circuladores de 6 portas são menos comumente usados. Não importa qual tipo de porta dos circuladores de fibra óptica, a luz óptica é transmitida de qualquer uma das portas em tais circuladores e pode ser redirecionada para qualquer outra porta.

Além disso, os circuladores de Fibra Óptica também podem ser classificados em dois tipos no mercado: Mantendo a Polarização (PM) e Insensível à Polarização (PI). O circulador PM é fabricado com fibra de manutenção de polarização, tornando-o ideal para aplicações de manutenção de polarização, como sistemas de 40 Gbps ou aplicações de bomba Raman. Eles também são usados em amplificadores de passagem dupla e em Módulos de Compensação de Dispersão (DCMs). O PI Fiber Circulator é um componente de ondas luminosas compacto e de alto desempenho. Este componente oferece alto isolamento, baixa perda de inserção, baixa perda dependente de polarização (PDL) e alta estabilidade e confiabilidade. É amplamente utilizado em combinação com grades de fibra e outros componentes reflexivos em sistemas DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing), sistemas de alta velocidade e sistemas de comunicação bidirecionais.

 

Aplicações de Circuladores de Fibra Óptica

 

O circulador de fibra óptica suporta portas bidirecionais e permite que uma única fibra seja usada para transmissão e recepção de um sinal óptico. É amplamente utilizado em muitas aplicações, como redes DWDM, dispersão de modo de polarização, compensação de dispersão cromática, multiplexadores ópticos add-drop (OADMs), amplificadores ópticos e sensores de fibra óptica.

Redes DWDM

 

O circulador Fibermart pode ser usado para descartar um canal óptico de um sistema DWDM usando uma Grade de Bragg de Fibra (FBG) (mostrada na Figura 2). Os canais DWDM de entrada são acoplados à porta 1 do dispositivo com um dispositivo FBG conectado à porta 2. O comprimento de onda único refletido do FBG entra novamente no circulador do Fibermart na porta 2 e é roteado de acordo com a porta 3. Os sinais restantes passam pela porta FBG e saia na fibra superior.

 

Além disso, o circulador de fibra óptica também é usado para separar os sinais de propagação para frente e para trás com 50 dB de isolamento (proteção da fibra de entrada contra retorno de energia enquanto emprega a luz rejeitada) em sistemas DWDM. O circulador de fibra ótica também fornece um nível de diafonia (a relação entre a potência de saída produzida pela entrada desejada e a potência de saída produzida por entradas indesejadas) de mais de 60 dB. Isso permite que uma única fibra transmita efetivamente um sinal bidirecional. (Mostrado na Figura 3)

 

 

OADM

 

OADM é baseado em um FBG e dois circuladores de fibra. 4 canais, representados como 4 cores, incidem sobre um FBG através de um circulador FO. O FBG é definido para um dos canais, aqui o Canal 4, que é refletido de volta para o circulador onde é direcionado para baixo e "caído" para fora do sistema. Como o canal foi descartado, outro sinal nesse canal pode ser "adicionado" no mesmo ponto da rede. Mostrado na Figura 4)

 

Dispersão do modo de polarização   Alguns sistemas de fibra óptica experimentam dispersão do modo de polarização (PMD), uma propriedade inerente de todas as mídias ópticas. O PMD é causado pela diferença nas velocidades de propagação da luz nos estados de polarização principal ortogonal do meio de transmissão. Se o pulso óptico contiver ambos os componentes de polarização, então os diferentes componentes de polarização nos circuladores FO viajarão em velocidades diferentes e chegarão em tempos diferentes, distorcendo o sinal óptico recebido. Com acopladores ópticos, circuladores ópticos podem corrigir PMD girando o campo elétrico e magnético do sinal óptico. (Mostrado na Figura 5) Figure 5. Polarization Mode Dispersion (PMD)

Compensação de Dispersão Cromática

 

O circulador de fibra óptica compensa a dispersão cromática usando um FBG chipado (refletor dependente do comprimento de onda). Uma seção de fibra óptica é tratada ou dopada com um material que altera o índice de refração da fibra, causando reflexões dependentes do comprimento de onda. FBGs lascadas têm várias grades deslocadas ao longo de uma fibra e permitem a compensação da dispersão cromática. (Mostrado na Figura 6)

 

Amplificadores ópticos

Os amplificadores ópticos criam uma amplificação direta de um sinal sem a necessidade de convertê-lo em um sinal elétrico. Os circuladores Fibermart alimentam o sinal de entrada no amplificador, recebem o sinal amplificado e redirecionam o sinal para uma porta de saída. Nesta aplicação, o circulador fornece feedback suprimido da cavidade. A Figura 7 mostra esse processo.

 

 

Sensores de Fibra Óptica

 

Sensores de fibra óptica são usados para medir parâmetros como deformação, temperatura e pressão. Eles usam circuladores de fibra óptica para redirecionar os sinais. O alto isolamento entre a entrada e a potência óptica refletida, juntamente com uma baixa perda de inserção, tornam o circulador de fibra óptica o componente preferido para interface com sensores de fibra óptica. A Figura 8 mostra a configuração usada para calibrar os FBGs com circulador óptico.

 

 

Coisas a ter em mente ao comprar um circulador de fibra óptica

Ao comprar um Circulador de Fibra Óptica, um componente-chave usado para direcionar a luz de maneira unidirecional em redes de fibra óptica, vários fatores essenciais devem ser considerados para garantir funcionalidade e compatibilidade ideais com seu sistema. Os circuladores de fibra óptica desempenham um papel vital em várias aplicações, como telecomunicações, detecção de fibra óptica e instrumentos de teste, portanto, selecionar o correto é fundamental.
Tipo de configuração: Dependendo da aplicação, diferentes configurações de circulador como 3 portas ou 4 portas podem ser necessárias. Entender a necessidade exata de sua rede o guiará na escolha do tipo certo.
Faixa de comprimento de onda: Diferentes circuladores ópticos são projetados para faixas de comprimento de onda específicas. Certifique-se de que o dispositivo corresponda ao comprimento de onda operacional necessário para compatibilidade com seu sistema existente.
Perda de inserção: menor perda de inserção se traduz em maior eficiência. Compare diferentes modelos de circuladores ópticos para encontrar um equilíbrio entre custo e perda mínima de sinal.
Isolamento: O alto isolamento garante que a luz indesejada seja efetivamente suprimida, melhorando o desempenho. Procure um circulador óptico que ofereça isolamento ideal para sua aplicação específica.
Sensibilidade à temperatura: Fatores ambientais, como temperatura, podem afetar o desempenho do circulador. Considere seu ambiente operacional e opte por um circulador óptico com estabilidade de temperatura adequada.
Preço e reputação do fabricante: a qualidade geralmente está relacionada ao preço, mas isso não significa que o mais caro é o melhor para suas necessidades. Pesquise a reputação dos fabricantes e considere as avaliações para encontrar um produto confiável dentro do seu orçamento.
Conformidade e Padrões: Certifique-se de que o circulador esteja em conformidade com os padrões relevantes do setor, pois a não conformidade pode levar a problemas de compatibilidade e segurança.

Equilibrar esses fatores com considerações de custo e reputação do fabricante pode levar a uma seleção que se encaixa perfeitamente em seu sistema de fibra ótica.

 

Sensores de fibra óptica são usados para medir parâmetros como deformação, temperatura e pressão. Eles usam circuladores de fibra óptica para redirecionar os sinais. O alto isolamento entre a entrada e a potência óptica refletida, juntamente com uma baixa perda de inserção, tornam o circulador de fibra óptica o componente preferido para interface com sensores de fibra óptica. A Figura 8 mostra a configuração usada para calibrar os FBGs com circulador óptico.

 

A Fiber-Mart oferece circuladores PI e PM (trabalhando em comprimentos de onda de 1310, 1550 ou 1064nm) com 3 ou 4 portas. Nossos circuladores ópticos apresentam alto isolamento, baixa perda de inserção e excelente estabilidade ambiental. Além disso, quaisquer outros comprimentos de onda, sem ou com qualquer conector, podem ser personalizados de acordo com os requisitos do cliente.

 

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