Оптические разветвители

Автор работы: Пользователь скрыл имя, 09 Мая 2012 в 23:00, реферат

Краткое описание

Оптический разветвитель (coupler или splitter) представляет собой в общем случае многополюсное устройство, в котором излучение, подаваемое на часть входных оптических полюсов, распределяется между его остальными оптическими полюсами

Вложенные файлы: 1 файл

оптич.docx

— 261.19 Кб (Скачать файл)


  1. Оптический  разветвитель (optical splitter).

Оптический разветвитель (coupler или splitter) представляет собой в общем случае многополюсное устройство, в котором излучение, подаваемое на часть входных оптических полюсов, распределяется между его остальными оптическими полюсами.

Различают направленные и  двунаправленные разветвители, а  также разветвители, чувствительные к длине волны и нечувствительные. В двунаправленном разветвителе каждый полюс может работать или на прием сигнала, или на передачу, или осуществлять прием и передачу одновременно, так что группы приемных и передающих полюсов могут меняться местами в функциональном смысле.

    1. Виды  оптических разветвителей.

Основные категории оптических разветвителей следующие: древовидный разветвитель; звездообразный разветвитель; ответвитель.

      1. Древовидный разветвитель (tree coupler).

Древовидный разветвитель (разветвитель Y-типа) осуществляет расщепление одного входного оптического сигнала на несколько выходных, или выполняет обратную функцию - объединение нескольких сигналов в один выходной (рис. 1 а).

Рисунок 1. Типы разветвителей: а) древовидный разветвитель; б) звездообразный разветвитель; в) ответвитель

Обычно древовидные разветвители распределяют мощность в равной степени  между всеми выходными полюсами. Конфигурация полюсов обозначается как n x m, где n - число входных полюсов (для древовидного разветвителя n = 1), а m - число выходных полюсов, когда устройство работает в режиме расщепления. В поставляемых в настоящее время моделях количество выходных портов может находиться в пределах от 2 до 32. Большинство древовидных разветвителей полностью двунаправленные. Поэтому разветвитель может выполнять функцию объединения сигналов. Передаточные параметры для разных выходных полюсов разветвителя стремятся делать более близкими друг другу.

      1. Звездообразный  разветвитель (star coupler).

Звездообразный разветвитель (разветвитель Х-типа) обычно имеет одинаковое число входных и выходных полюсов. Оптический сигнал приходит на один из n входных полюсов и в равной степени распределяется между n выходными полюсами. Большее распространение получили звездообразные разветвители 2x2 и 4x4. Во избежание путаницы по входным и выходным полюсам, принято обозначать входные полюса латинскими буквами, а выходные полюса - цифрами, рис. 1 б. Звездообразные разветвители распределяют мощность в равной степени между всеми выходными полюсами.

      1. Ответвитель (tap).

Ответвитель - это обобщение  древовидного разветвителя, когда выходная мощность распределяется необязательно  в равной пропорции между выходными  полюсами, рис.1 в. Конфигурации ответвителей бывают 1x2, 1x3, 1x4, 1x5, 1x6, 1x8, 1x16, 1x32. Некоторая  доля (меньше 50%) выходной мощности идет на канал (каналы) ответвления, в то время как большая часть остается в магистральном канале. Выходные полюса нумеруются в порядке убывания мощности.

 

    1. Характеристики  оптических разветвителей.

Следуя рис. 1 б, введем следующие обозначения:

Pi – мощность оптического сигнала, приходящего на полюс i (например, на порт d)

Pi,j -  мощность, регистрируемая на выходном полюсе j при условии поступления сигнала на входной полюс i (например, на порт 1).

Следующие три набора параметров считаются основными при описании разветвителя.

Коэффициенты передачи или вносимые потери (insertion loss) определяют потери мощности сигнала, который приходит на один из входных полюсов и выходит с одного из выходных полюсов. Коэффициенты передачи определяются соотношением ains(i,j) = -10lg(Pi,jj/Pi) дБ.

Индексы i, j пробегают значения номеров входных и выходных полюсов соответственно, например i = a, j = 1.

Коэффициент направленности является мерой того, как хорошо разветвитель передает мощность в предназначенные выходные полюса. Он показывает интенсивность нежелательного обратного сигнала, возникающего на другом полюсе из входной группы полюсов, и определяется как bdir(i,j) = 10lg(Pi,j/Pi) дБ. Индексы i, j относятся к одной группе полюсов, например i = 2, j = 3, или i = a, j = c (рис. 1 б). Для точного измерения коэффициента направленности, необходимо подавить влияние обратного рассеяния от соединителей в последующем канале. Для этой цели волокна всех полюсов за исключением i, j помещают в светопоглощающую иммерсионную жидкость с коэффициентом преломления, близким к оптическому волокну, рис. 2 а. Мощность, отраженная обратно, проходит через ответвитель. Ответвитель выбирается таким образом, чтобы подавляющая часть обратного сигнала направлялась в приемник. Перед этими измерениями ответвитель градуируется.

Потери на обратном рассеянии bbs(i) = 10lg(Pii/Pi) дБ. Здесь Pii – регистрируемая выходная мощность на полюсе i при условии подачи сигнала на этот же полюс. Этот коэффициент схож с коэффициентом обратных потерь в оптических соединителях. Процедура измерения потерь на обратном отражении во многом аналогична измерению коэффициента направленности - все полюса за исключением i-го помещаются в поглощающую жидкость (рис. 2 б).

Коэффициенты передачи принимают  положительные значения и характеризуют  эффективность передачи в прямом направлении. Коэффициенты направленности и потерь на обратном рассеянии принимают отрицательные значения и характеризуют нежелательные обратные сигналы. При изготовлении разветвителей стремятся достичь как можно меньших (более отрицательных) значений для коэффициентов направленности и потерь на обратном рассеянии.

 

Рисунок 2. Измерение: а) коэффициента направленности; б) потерь на обратном отражении.

Наиболее общий способ представления данных о разветвителе основан на построении матрицы потерь. Для разветвителя nxn экспериментальным образом замеряются все приведенные выше коэффициенты, и строится матрица размером 2nx2n. Пример матрицы разветвителя 4x4 (рис. 1 б) приведен в табл. 1.

Таблица 1. Типовая матрица потерь ai,j, дБ

Вход (i)

Выход (j)

a

b

c

d

1

2

3

4

a

-45,5

-48,5

-47,2

-49,7

6,8

6,9

6,7

6,7

b

-47,6

-46,1

-47,4

-49,7

6,9

6,8

6,8

6,6

c

-49,8

-47,6

-45,9

-46,9

6,6

6,8

6,8

6,7

d

-50,5

-48,2

-48,9

-46,2

6,6

6,7

6,8

6,7

1

6,7

6,8

6,9

6,7

-47,1

-47,3

-48,9

-46,6

2

6,7

6,8

6,8

6,7

-47,8

-46,5

-49,7

-48,3

3

6,7

6,9

6,8

6,7

-48,3

-46,5

-47,7

-48,5

4

6,7

6,6

6,9

6,8

-47,3

-46,7

-49,1

-47,9




 

На диагонали матрицы  стоят коэффициенты потерь на обратном рассеянии, где в качестве канала входной последовательно выбираются полюса от a до 4. Из оставшихся числа в диапазоне 6,6÷6,9 дБ соответствуют коэффициентам передачи, остальные - коэффициентам направленности.

Разветвитель с приведенной  матрицей можно охарактеризовать следующим  образом:

  • максимальные вносимые потери на выходном полюсе 6,9 дБ;
  • неоднородность (разность между максимальным (6,9 дБ) и минимальным (6,6 дБ) значением коэффициента передачи) 0,3 дБ;
  • минимальное значение коэффициента направленности -48,5 дБ;
  • минимальное значение потерь на обратном рассеянии -46,2 дБ.

 

Полные избыточные потери определяются как , где знаменатель дроби под логарифмом соответствует входному сигналу на входном полюсе i, а числитель суммарному полезному выходному сигналу. Этот параметр - общая характеристика работы разветвителя.

Рабочий диапазон длин волн (passband) - диапазон длин волн, в пределах которого определена работа разветвителя. Чем шире диапазон, тем меньше зависимость вносимых потерь разветвителя от длины волны. Разветвители, имеющие большой рабочий диапазон длин волн, называются ахроматическими (achromatic). Лазеры без охлаждения и светоизлучающие диоды требуют полосы пропускания ± 35 нм в окрестности несущей длины волны. Для поддержания такого диапазона оптический разветвитель должен быть ахроматическим.

Потери на разветвлении (splitting loss) - это потери, связанные с тем, что мощность естественным образом распределяется между выходными полюсами. Для идеального разветвителя (1xn) с n выходными полюсами, в предположении равенства взаимного равенства мощностей между ними всеми выходными портами, потери на разветвлении определяются соотношением aSL =-10lg(1/n). Это - минимальное значение, присущее идеальному разветвителю с симметричными выходными полюсами. Так, для разветвителя 4x4 потери aSL = 6,02 дБ (сравните с таблицей).

Соотношение разветвления (splitting ratio) описывает, каким образом свет распределяется между выходными полюсами. Эта характеристика, свойственная оптическим ответвителям, может быть выражена как в виде набора коэффициентов передачи по выходным полюсам (частный случай матрицы потерь), так и в виде процентной пропорции мощностей по выходным полюсам, где за 100% принята суммарная выходная мощность.

В табл. 2 приведена номенклатура оптических ответвителей, рассчитанных на одномодовое волокно, производства ADC Telecommunications.

Таблица 2. Номенклатура оптических ответвителей под одномодовое волокно.



 

Код ответвителя

Тип ответвителя

Соотношение разветвления (%)

Коэффициенты передачи (дБ, max)

Коэффициенты

передачи (дБ, типовое)

200

1x2

50/50

3,7/3,7

3,1/3,1

201

(3) 1x2

(50/50)x3

(3,7/3,7) x3

(3,1/3,1) x3

210

1x2

55/45

3,2/4,1

2,7/3,6

220

1x2

60/40

2,7/4,7

2,3/4,1

230

1x2

65/35

2.3/5.3

2.0/4.7

240

1x2

70/30

2,0/6,0

1,7/5,4

250

1x2

75/25

1,6/6,8

1,4/6,2

260

1x2

80/20

1,3/7,8

1,1/1,7

270

1x2

85/15

1,0/9,2

0,8/8,4

280

1x2

90/10

0,8/11,2

0,6/10,2

290

1x2

95/5

0,5/14,4

0,4/13,2

305

1x3

70/15/15

2,0/9,7/9,7

1,7/8,5/8,5

310

1x3

60/20/20

2,7/8,4/8,4

2,3/7,2/7,2

320

1x3

55/25/20

3,2/7,3/8,2

2,7/6,3/7,2

330

1x3

50/30/20

3,7/6,4/8,4

3,1/5,4/7,2

340

1x3

50/25/25

3.7/7.4/7.4

3,1/6,2/6,2

350

1x3

40/40/20

5,0/5,0/7,3

4,2/4,2/7,1

360

1x3

40/35/25

5.0/5.3/7.0

4.3/4.7/6.1

370

1x3

40/30/30

4,7/6,4/6,4

4,1/5,4/5,4

380

1x3

35/35/30

5,7/5,7/6,0

4,8/4,8/5,4

390

1x3

33/33/33

5,9/5,9/5,9

5,0/5,0/5,0

391

(2) 1x3

(33/33/33) x2

(5,9/5,9/5,9) x2

(5,0/5,0/5,0) x2

410

1x4

40/30/15/15

4,7/6,4/10,1/10,1

4,1/5,4/8,5/8,5

420

1x4

40/25/20/15

4,9/7,0/8,2/10

4,2/4,3/7,3/8,8

430

1x4

40/20/20/20

4,9/8,4/8,4/8,4

4,2/7,2/7,2/7,2

440

1x4

35/35/15/15

5,7/5,7/9,7/9,7

4,8/4,8/8,5/8,5

450

1x4

35/25/25/15

5,7/7,4/7,4/9,7

4,8/6,2/6,2/8,5

460

1x4

35/25/20/20

5,4/7,4/8,4/8,4

4,6/6,4/7,2/7,2

470

1x4

30/30/20/20

6,4/6,4/8,4/8,4

5,4/5,4/7,2/7,2

480

1x4

30/25/25/20

6,4/7,4/7,4/8,4

5,4/6,2/6,2/7,2

490

1x4

25/25/25/25

7,4/7,4/7,4/7,4

6,2/6,2/6,2/6,2

510

1x5

25/25/20/15/15

7,4/7,4/8,4/10,1/10,1

6,2/6,2/7,2/8,5/8,5

520

1x5

25/20/20/20/15

7,0/8,6/8,6/8,6/10

6,1/7,3/7,3/7,3/8,8

530

1x5

20/20/20/20/20

8,6/8,6/8,6/8,6/8,6

7,3/7,3/7,3/7,3/7,3

610

1x6

20/20/15/15/15/15

8,4/8,4/10,1/10,1/10,1/10,1

7,2/7,2/8,5/8,5/8,5/8,5

800

1x8

12.5/12.5/...12.5

11,3/11,3/...11,3

9,5/9,5/...9,5

116

1x16

6,25/6,25/...6,25

14,9/14,9/...14,9

12,7/12,7/...12,7

132

1x32

3,13/3,13/...3,13

18,5/18,5/...18,5

15,8/15,8/...15,8


    1. Технологии  производства оптических разветвителей.

На сегодняшний день существуют две основные технологии изготовления делителей оптического сигнала и соответственно два типа оптических разветвителей:

    • Планарные оптические разветвители (английский термин Planar Lightwave Circuit splitter, PLC splitter)
    • Сплавные оптические разветвители (английский термин Fused Biconic Taper splitter, FBT splitter)

Технология изготовления планарных оптических сплиттеров (PLC splitter):

Планарные сплиттеры производятся методом химического осаждения  оптического материала на кремниевой поверхности в несколько слоев  с вытравливанием на одной из стадии через маску планарного световода  требуемой конфигурации и оптической плотности. Планарный световод находится  между пластинами оптического материала  и играет роль сердцевины — по нему передается оптическая мощность. Фактически создается кристалл или микросхема, состоящая из кремневой пластины и оптических материалов, обеспечивающая равномерное разделением оптической мощности по схеме 1×2, то есть создается Y-образный оптический разветвитель. Необходимое количество разветвлений PLC сплиттера достигается сочетанием делителей 1x2 (рис. 3).

Рисунок 3. PLC сплиттер.

Разветвление оптического сигнала  по схеме больше чем один к двум с использованием планарных сплиттеров осуществляется при помощи каскадной  схемы.

 Оптические сплиттеры, изготавливаемые  по пленочной технологии, используются  на практике в основном для  равномерного разделения оптического  сигнала, так как используя  данную технологию достаточно  сложно добиться устойчивого  неравномерного разделения оптической  мощности.

Создание PLC сплиттеров с использованием современной технологии позволяет  создавать изделия, устойчиво работающие в широком спектральном диапазоне  от 1260 нм до 1650 нм, что является их большим  преимуществом. Однако у оптических разделителей PLC типа оптические потери на обратное отражение выше, чем у оптических разделителей сплавного типа.

Технология изготовления сплавных оптических разделителей (FBT splitter):

Сварные оптические разветвители изготовляются  методом сплавления оптических волокон. При сплавлении двух волокон образуется два конуса (при вводе и выводе), поэтому сплавные оптические разветвители получили название биконических разветвителей.

Информация о работе Оптические разветвители