Учебное пособие по волоконно-оптическому соединителю и волоконно-оптическому разветвителю

Введение в волоконно-оптический соединитель, волоконно-оптический разветвитель

Волоконно-оптический соединитель изготавливается путем размещения двух или более волокон рядом друг с другом, после их сплавления и растяжения, таким образом создавая область соединения. Нагретая область растягивается до тех пор, пока не будут достигнуты желаемые свойства соединения. Это устройство называется сплавленным биконическим конусным соединителем (FBT) , называемым волоконно-оптическим соединителем FBT. Оптический соединитель FBT,

Процесс сопряжения происходит постепенно, поскольку диаметр поля входной моды становится больше в области сужения вниз. В области сопряжения оптическая мода из одного сердечника соединяется с другим сердечником, поскольку оба сердечника находятся очень близко друг к другу. В области сужения вверх, где диаметр сердечника волокна увеличивается, моды становятся все более и более ограниченными внутри сердечников, и в конечном итоге две разделенные моды покидают выходы разделенных волокон. Иногда два волокна скручиваются перед нагревом и растяжением. Другой подход заключается в полировке стороны волокна, что позволяет проектировщику очень точно контролировать эффект сопряжения. Линия по производству волоконных разветвителей облегчает этот процесс, обеспечивая эффективное производство оптических разветвителей для различных применений, гарантируя высокое качество и постоянную производительность.

Какая часть входного света будет связана со вторым волокном, зависит от расстояния между двумя жилами, диаметров жил в области связи и рабочих длин волн. Таким образом, тщательно определяя размер области связи, мы будем контролировать соотношение выходных мощностей, называемое соотношением связи. Соотношение связи 50:50 очень популярно; 1:99 используется для контроля входных и выходных сигналов в EDFA .

Как добиться разделения 50:50? При таком расположении оптическая мода будет распространяться через объединенную оболочку двух волокон и будет разделена в области с конусностью вверх. pon fiber splitter , fiber optical coupler

Важность волоконно-оптических соединителей и волоконно-оптических разветвителей

Волоконно-оптические соединители и волоконно-оптические разветвители играют важную роль в современном телекоммуникационном ландшафте, обеспечивая эффективное управление и распределение оптических сигналов. Волоконно-оптический соединитель — это устройство, которое соединяет три или более оптических волокон, позволяя перенаправлять оптические сигналы. Это жизненно важно для создания разветвленных сетей, особенно в междугородной связи, где сигналы могут нуждаться в разделении по разным путям.

С другой стороны, волоконный разветвитель разделяет один оптический сигнал на два или более выходов, позволяя одному источнику связываться с несколькими пунктами назначения. Вместе эти устройства повышают гибкость, эффективность и масштабируемость оптических сетей. Их важность можно увидеть во множестве приложений, таких как широкополосные интернет-соединения, кабельное телевидение и даже медицинская визуализация.

Например, в сетях интернет-провайдеров (ISP) оптоволоконные разветвители используются для разделения сигналов, чтобы охватить нескольких абонентов, что позволяет расширить покрытие с меньшим исходным сигналом. Это приводит к более экономичному и эффективному распределению интернет-услуг.

Безпотерьная природа этих устройств гарантирует, что целостность сигнала остается высокой, позволяя передавать данные на высоких скоростях без ухудшения качества. Это особенно важно в сегодняшнем мире, ориентированном на данные, где высокоскоростная связь имеет первостепенное значение для личных и профессиональных приложений.

В здравоохранении оптоволоконные соединители используются в эндоскопии и других технологиях медицинской визуализации, позволяя получать изображения с высоким разрешением, которые помогают медицинским специалистам ставить неточные диагнозы. Более того, эти технологии поддерживают рост Интернета вещей (IoT), позволяя устройствам беспрепятственно взаимодействовать и обмениваться данными.

Расширение возможностей подключения и передача данных в режиме реального времени, обеспечиваемые оптоволоконными соединителями и разветвителями, не только способствуют развитию технологического ландшафта, но и способствуют прогрессу в других областях, таких как транспорт, производство и городское планирование.

Преимущества муфт FBT

Конфигурации портов волоконно-оптических соединителей

Мы можем представить себе ряд комбинаций волокон, которые можно было бы соединить с помощью устройства, некоторые из них показаны на рисунках ниже.

Соединитель 2 × 1 используется для объединения двух световых входов в одно волокно (a). При изменении направления распространения света это устройство разделит один оптический сигнал на два (b) . При этой операции соединитель называется оптоволоконным разветвителем в соответствии с выполняемой им функцией. Существуют соединители, которые соединяют или разделяют порты 1 × N или N × 1 (c). Они называются древовидными соединителями и могут иметь конфигурацию N × M. Важным соединителем для сетей WDM является звездообразный соединитель (d). В нем одинаковое количество портов служит входами и выходами. Это двунаправленный (BIDI) соединитель N × N. Однако звездообразный соединитель может быть построен как однонаправленный соединитель N × M.

Ответвитель с выходным отношением 50:50, то есть сплиттер, называется ответвителем 3 дБ. Это простое устройство можно использовать в качестве базового строительного блока ответвителей типа «дерево» и «звезда». Однако это не лучший подход, поскольку нам нужно M N /2) log2 N ответвителей по 3 дБ, чтобы создать ответвитель типа «звезда» N × N , и только 1/ N часть мощности, подаваемой на каждый порт, будет появляться на каждом выходе. Вот почему современные ответвители типа «дерево» и «звезда» для вещательных сетей WDM изготавливаются напрямую с использованием технологии FBT.

Равномерность — это характеристика соединителя, используемая для равных коэффициентов разделения. Например, идеальный соединитель 1 × 2 разделит входную мощность поровну на два выходных порта. Однако в реальности мощность на каждом выходном порту будет отличаться от коэффициента 50:50. Физическая причина этого неравенства — различные потери из-за вставки для разных муфт, возникающие в процессе изготовления. Равномерность для соединителя 50:50 показана ниже:

Равномерность (дБ) = 10 log(P0/P1) - 10 log(P0/P2)] = 10 log(P2/P1)

Это мера неравенства распределения мощности в различных волокнах.

О волоконном сплиттере

Волоконный разветвитель является ключевым оптическим устройством в системах пассивной оптической сети (PON), также известным как пассивный оптический разветвитель, который равномерно распределяет мощность оптического сигнала по всем выходным портам. На полевой установке PON разветвитель 1 × 8 - 1 × 32 размещается на электрическом столбе, соединяя распределительный оптический кабель в воздухе и подводящий провод к помещениям клиента. Разветвитель 1 ×Nможет быть частьюN×N.Например, звездообразный ответвитель 16 × 16 с четырехступенчатой ​​топологией показан на рисунке рядом, а пунктирная линия обозначает разветвитель 1 × 16. Звездообразный ответвитель может быть построен путем каскадирования 3-дБ ответвителей в топологии идеального перетасовывания. 3-дБ ответвитель имеет два входных и два выходных порта и разделяет входную мощность 50:50 на выходные порты. Количество 3-дБ ответвителей, необходимых для случая сk-каскадным 1 ×Nответвителем, определяется по формуле

N3dB ответвитель = 2k - 1, k = log2N

а потери при разделении на выходной порт определяются как

Потери при разделении = 3 к [дБ] .

Для разветвителя 1 × 16, k = 4, количество требуемых 3-дБ ответвителей составляет 32, а потери при разделении на выходной порт составляют 12 дБ.

Разделители более высокого порядка могут быть построены как k -ступенчатые массивы таких соединителей. Они имеют один или два входных порта и N 3dB coupler = 2k выходных портов, как показано на рисунке ниже. Количество выходных портов называется коэффициентом разделения, который соответствует максимальному количеству ONU, которые могут быть подключены.

В нисходящем направлении сплиттер распределяет световые пути от всех ONU обратно к входным портам. Стоимость удвоения коэффициента разделения составляет снижение выходной мощности на 3 дБ. Восходящий сигнал испытывает те же потери, что и нисходящий сигнал, хотя к OLT подключен только один порт. Это естественное следствие взаимности пассивных симметричных устройств.

До сих пор мы считали, что сплиттер не имеет потерь, поскольку 3 дБ не являются потерянной энергией, а просто учитывают само разделение. Практический сплиттер, конечно, вносит дополнительные потери, известные как избыточные потери. Другим важным параметром сплиттера является его однородность, которая измеряет, насколько равномерно распределяется мощность между выходными портами. Это максимальная разница в потерях между выходными портами.

Волоконно-оптические разветвители являются высоконаправленными. Когда свет вводится во входной (или выходной) порт, очень мало света рассеивается обратно в другие входные (или выходные) порты. Это поведение фиксируется направленностью D , также называемой перекрестными помехами на ближнем конце или изоляцией на ближнем конце:

D = 10 log(P0/P3)

Возвратные потери R — это отношение оптической мощности, подаваемой в порт, к оптической мощности, возвращаемой в тот же порт. Как направленность D , так и возвратные потери R измеряются при оптически согласованных всех других портах, то есть при нулевом отражении от других портов.

R = 10 log(P0/P4)

ТИПЫ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ РАЗВЕТВИТЕЛЕЙ

Существует два типа таких устройств: волоконно-оптическая и кремниевая планарная световодная схема (PLC). Волоконно-оптический 3-дБ разветвитель FBT, показанный на рисунке ниже, изготовлен из двух отдельных волокон путем сплавления области соединения. Конусная секция с обеих сторон области соединения достаточно длинная, чтобы падающая мощность с любого из левых портов соединялась с волокнами на правых портах с отражением света на другой левый порт. Звездообразные разветвители с числом портов до 32 стали возможны с использованием сплавленных конических волоконно-оптических 3-дБ разветвителей. Преимуществами являются простое соединение с оптоволоконной линией передачи с малыми потерями и отсутствие потерь, зависящих от поляризации.

Реальные оптоволоконные разветвители показывают равномерную производительность во всем спектре интереса, от 1260 до 1600 нм. Вот разветвитель 1 × 4, упакованный в коробку LGX, на основе нескольких разветвителей FBT-соединителей 1 × 2 (от Fiber-Mart ). Обратите внимание, что размер сборки разветвителя ограничен минимальным радиусом изгиба волокон. Для больших коэффициентов разделения, таких как 32 и более, разветвитель FBT-соединителя показывает плохие результаты с точки зрения оптических характеристик и особенно надежности (разветвитель FBT-соединителя 1 × 4, представленный ниже, содержит три разветвителя 1 × 2 и семь соединений), много компонентов, которые могут выйти из строя, и много производственных усилий.

На рисунке ниже показан разветвитель PLC star coupler на основе кремния. Этот оптический разветвитель, интегрированный с разветвителем, был разработан для тестирования оптической распределительной сети (ODN). Технология PLC позволяет изготавливать разветвители с использованием технологий, очень похожих на те, которые используются в производстве полупроводников. Эти технологии позволяют достигать высоких коэффициентов разделения в компактных, малопотерьных и надежных устройствах.

PLC Splitter используется в сетях GPON ODN, где требуются большие концентрированные разделения (в отличие от деревьев, состоящих из нескольких отдельно расположенных1x4 plc splitter, например). В таблицах ниже перечислены типичные параметры для 1 × N (с одним входом) и 2 × N PLC splitter.

Для тестирования используется оптический рефлектометр временной области ( OTDR ) на длине волны 1650 нм. Разветвитель имеет ответвители отражательного типа на выходах разветвителя, выполненные с использованием многослойных диэлектрических фильтров. Он компактен, но волокна должны быть присоединены к обоим концам входного и выходного портов. Между двумя типами ответвителей (разветвителей) нет большой разницы в характеристиках потерь.

Вносимые потери коммерчески доступного