Рис.3 Оптические ответвители и разветвители
[ Список тем] страницы темы: [1] [2] [3] [4] [5]
В волоконно-оптической технике возникает необходимость разделения или объединения потоков оптического излучения, отвода части оптического излучения из основного канала передачи в другие. Такие операции осуществляют ответвители и разветвители.
Разветвитель – устройство, в котором происходит одинаковое распределение мощности
входного сигнала между двумя или более каналами (см. рис.3, а, в, д).
Ответвитель имеет два входных и два выходных плеча, причем эти пары плеч внутри себя развязаны. Он осуществляет функцию деления оптической мощности, поступающей на один из входных каналов только между выходными каналами (рис.3, б,г,е).
Разветвители и ответвители могут выполняться в микро-оптическом (см. рис3, д,е),
планарном (см. рис3, а,б) и волоконном (см. рис3, в,г) вариантах. К ним предъявляются
следующие требования:
- малые вносимые потери (около 0,1 дБ);
- большой коэффициент направленности, характеризующий высокое переходное затухание между
направленными потоками излучений (для большинства разветвителей > 55 дБ);
- минимальное отклонение от заданного коэффициента ответвления, характеризующее степень
равномерности.
Различают направленные и двунаправленные (ненаправленные) разветвители, ответвители, а так же чувствительные к длине волны (спектрально - селективные) и нечувствительные (неселективные). В двунаправленном – каждый полюс может работать как на прием сигнала, так и на его передачу. В направленном – коэффициенты передачи между оптическими полюсами зависят от направления оптического излучения, а в спектрально - селективном от длины волны.
На рис.4 представлена схема такого направленного ответвителя. Ответвитель изготовляется из
двух отрезков оптических волокон. На некоторой длине L у каждого из волокон
сошлифовывается часть рабочей оболочки (или удаляется травлением), после чего оба волокна
сплавляются с помощью сварочного аппарата. В результате такой технологической операции
сердечники волокон располагаются параллельно на длине L. В зависимости от расстояния Н
между центрами сердечников ОВ и длины L между волноводами происходит взаимодействие,
выражающееся в том, что на определенном расстоянии от точки А в направлении точки Б
энергия мод волновода В1 переходит в волновод В2, при дальнейшем распространении она
возвращается в волновод В1. На некоторой промежуточной длине L мощность излучения
распределяется поровну в обоих каналах. Величина L зависит от зазора Н и от длины волны
излучения. Наиболее часто ответвитель типа X выполняется для этого последнего случая, т.е.
для режима деления входной мощности на две равные части, хотя для устройств контроля
изготовляют и такие Х-ответвители, у которых коэффициент ответвления может составлять
менее 10%.
Не менее широкое применение находит второй тип ответвителей – ответвитель типа Y. Схема его устройства представлена на рис.4б. Этот ответвитель в подавляющем большинстве случаев используется как делитель мощности на две части (которые могут быть не равными), поэтому он чаще называется разветвителем. Этот тип разветвителя является базовым для изготовления многоканальных матричных разветвителей и различных интерферометров.
Различают следующие типы разветвителей и ответвителей: древовидный, звездообразный
(см. рис 5).
Древовидный разветвитель осуществляет расщепление одного входного сигнала на несколько
выходных или выполняет обратную функцию - объединение нескольких входных сигналов в один
выходной. Обычно, такие разветвители распределяют мощность в равной степени между всеми
выходными портами. Они обозначаются как: n и m.
Где:
п - число входных портов, m - число выходных портов.
В настоящее время в существующих разветвителях число портов находится в пределах от 2 до 32.
Звездообразный разветвитель обычно имеет одинаковое число входных и выходных портов. Свет, входящий через любой порт, в равной степени распределяется между всеми выходными портами. Наибольшее распространение получили типа : 2х2 и 4х4. Во избежании путаницы между входными и выходными портами принято обозначать входные порты латинскими буквами, а выходные - цифрами. Такого типа разветвители имеют меньшее количество недостатков, чем у древовидного, и более эффективны.
Ответвитель – это обобщение древовидного разветвителя, когда выходная мощность
распределяется необязательно в равной пропорции между выходными портами. Они бывают типа:
1x2, 1x3, 1x4, 1x5, 1x6, 1x8, 1x16, 1x32. Некоторая доля (меньше 50%) выходной мощности
идет на канал (каналы) ответвителя, а большая часть остается в магистральном канале.
Выходные порты номеруются в порядке убывания мощности.
Оптический сигнал, распространяясь по волокну, отражается от различных неоднородностей,
в особенности от мест сухого стыка, образуемых оптическими соединителями. В результате
такого отражения часть энергии возвращается обратно. Если в качестве источников излучения
используются лазерные диоды, то отраженный сигнал, попадая в резонатор лазера, способен
индуцировано усиливаться, приводя к паразитному сигналу. Особенно это не желательно, когда
источник излучения генерирует цифровой широкополосный сигнал (>100 МГц), или аналоговый
широкополосный сигнал (в смешанных волоконно-коаксиальных сетях кабельного телевидения до
1 ГГц). В сложных широкополосных сетях, когда имеется множество подключений коннекторов и
другие оптические устройства (разветвители, WDM устройства, оптические усилители), такая
обратная связь усиливается и приводит к росту уровня шума источника излучения. Наиболее
кардинальный способ подавления обратного потока основан на использовании оптических
изоляторов. Оптический изолятор обеспечивает пропускание света в одном направлении почти
без потерь, а в другом (обратном) направлении с большим затуханием. Оптические изоляторы
сегодня являются ключевым элементом многих лазерных систем, оптических усилителей, а также
используются в качестве отдельного элемента оптической линии связи.
Оптический изолятор состоит из трех элементов: поляризатора 1 (входного поляризатора), ячейки Фарадея 2 и анализатора 3 (выходного поляризатора), рис.6. Параметры ячейки Фарадея выбираются так, чтобы ось поляризации света, проходящего через нее, разворачивалась на 45°. Под таким же углом устанавливаются оси поляризаторов.
Входной полезный сигнал, проходя через поляризатор 1, оставляет свою вертикальную составляющую без изменения, устраняя горизонтальную составляющую, рис.6а. Далее вертикально поляризованный свет проходит через ячейку Фарадея 2, разворачивает плоскость поляризации на 45° и беспрепятственно проходит через анализатор 3.
При распространении света в обратном направлении (рис.6б) он также поляризуется в
плоскости анализатора 3, затем, проходя через ячейку Фарадея 2, становится горизонтально
поляризованным. Таким образом, оси поляризации света и поляризатора 1 составляют угол 90°,
поэтому поляризатор 1 не пропускает обратное излучение.
а) полезный сигнал в прямом направлении проходит свободно;
б) сигнал в обратном направлении поглощается поляризатором;
в) вид оптического изолятора (справа) рядом с лазерным диодом.
Основными требованиями, предъявляемыми к оптическому изолятору, являются малые вносимые
потери в прямом направлении (~ 1-2дБ) и высокая изоляция (потери при распространении
обратного сигнала) в обратном направлении (>30 дБ). Кроме того, должны обеспечиваться
прозрачность во всем диапазоне рабочих длин волн, стабильность параметров при изменении
температуры. См. таблицу 1
| Модель | IO-G-1310 (1310нм) | IO-G-1550 (1550нм) |
| Пиковая изоляция (на центральной длине волны) | >=36дБ | 8 / 16дБ |
| Полоса с изоляцией до 90% от пиковой | 1 / 2% от  = 1310 нм |
1 / 2% от = 1550 нм |
| Вносимые потери | 0,7 / 1,2дБ | 0,7 / 1,2дБ |
| Обратные потери | >55дБ | >55дБ |
| Рабочая температура | -20 / +550С | -20 / +550С |
| Температура хранения | -35 / +800С | -35 / +800С |
| Относительная влажность | 95%, 00С / 400С | 95%, 00С / 400С |
1. Назначение и типы ответвителей.
2. Какие требования предъявляются к ответвителям?
3. Поясните принцип действия направленного ответвителя.
4. Назначение изолятора.
5. Поясните принцип действия изолятора.
6. Перечислите основные параметры оптических изоляторов.
[ Список тем] страницы темы: [1] [2] [3] [4] [5]
