Пассивныекомпоненты ВОЛС
К пассивнымкомпонентам ВОЛС относятся оптические соединители и разветвители, которыеслужат для объединения или разъединения оптических сигналов.
Различаютчувствительные (селективные) и нечувствительные (неселективные) пассивныекомпоненты. Первые применяются для объединения (или разъединения) сигналов сразличными оптическими несущими и называются соответственно мультиплексорами идемультиплексорами. Вторые используются для разветвления оптической мощностипри наличии большого числа оконечных устройств в линии связи.
Мультиплексорыи демультиплексоры. Мультиплексирование позволяет увеличить информационную емкостьВОЛС. Применяемые в линиях устройства для объединения сигналов с различными несущимидлинами волн (мультиплексоры) и разъединения (демультиплексоры) должны иметьмалые вносимые потери. Кроме того, они должны обеспечивать высокую степеньизоляции между каналами. В зависимости от длины волны используют четыреосновных способа формирования данных устройств.
В основуработы устройств положены три чувствительных к длине волны эффекта: угловаядисперсия, интерференция и поглощение. Демультиплексоры, показанные на рис. 1.а,б, используют угловую дисперсию решетки или призмы.
На рис. 1.визображена конструкция для разделения каналов с помощью интерференционногофильтра, а на рис. 1.г – структура поглощающего типа. При этом каждыйпоглотитель состоит из чувствительного к длине волны фотодиода.
Устройства срешеткой и призмой являются делителями с параллельным разделением каналов, аиспользующие фильтры и селективные фотодетекторы – с последовательным.
Последовательноеразделение применяется при небольшом числе каналов, так как с ростом числаканалов пропорционально увеличивается число элементов схемы (сфетофильтров,делительных пластин, зеркал, фокусирующих элементов) и соответственно растутпотери на излучение. Наиболее широко используются устройства синтерференционным фильтром.
Интерференционныефильтры пропускают узкую область спектра, а остальное излучение эффективноотражают.
В приведеннойсхеме шесть фокусирующих элементов состыкованы торцами, между которымиразмещены интерференционные фильтры, причем каждый из них пропускает лишь однуоптическую несущую. Потери при выделении одной несущей от лазерного источникаизлучения составляют ~2,5 дБ, интервал между несущими 30 нм.
Демодуляторытакого типа выполнимы и в полностью волоконном исполнении без использованияцилиндрических линз. Их устройство подобно устройству торцевых делителеймощности, в разрезе передающего волоконного световода которых вместополупрозрачной пластины расположен фильтр, чувствительный к длине волны.
Параллельноеразделение возможно осуществить как для малого, так и для большого (несколькодесятков) числа спектрально уплотненных несущих в одном волоконном световоде.
Параллельныедетали представляют собой миниспектрометры. Как и спектрометр, делитель имеетдиспергирующий элемент (решетку или призму), коллимирующий элемент (объективили вогнутое зеркало), а также входную и выходную щели (роль которых выполняютсердечники излучающего и приемных волоконных световодов).
Схема спризмой не получила широкого распространения, так как призма ограничиваетвозможность иниатюризации устройства и характеризуется низкой дисперсией вдиапазоне длин волн 1,1 – 1,6 мкм. Материалы для изготовления призм созначительной угловой дисперсией имеют большие потери. Кроме того, дисперсияпризм не постоянна по спектру. Наибольшее распространение получили устройства сдифракционной решеткой.
Угловая дисперсияпервого порядка для решетки определяется ее пространственным периодом – постояннойрешетки А и описывается выражением
/>.
Еслиоптическая мощность в каждом канале практически монохроматична, разделениеканалов определяется определяется соотношением
/>,
где f – фокуснаядлина линзы;
D – прстранственноеразделение выходов
волоконногосветовода.
Конечнаяширина спектральной линии таких источников излучения, как светодиоды, приводитк перекрытию соседних каналов, поэтому мультиплексоры и демультиплексоры срешетками пригодны в ВОЛС, в которых источниками излучения являются толькополупроводниковые лазеры с шириной спектральной линии ~ 2 нм.
Излучающий ипять приемных ВС объединены в линейку, расположенной в фокальной плоскостиобъектива (фокусное расстояние 23,8 мм, диаметр 14 мм).
Излучение изпередающего ВС коллимируется объективом, дифрагирует на решетке и сновапопадает в объектив, который в зависимости от длины волны фокусирует излучениена тот или другой приемный ВС. Вместо объектива может использоватьсяфокусирующий (градиентный).
Дифракционнуюрешетку изготавливают анизотропным травлением кристаллической подложки покристаллическим осям сквозь предварительно нанесенную маску.
Решетка имеетнесимметричные канавки. Параметры решетки (постоянная решетки А=4 мкм, угол />=6,20) выбранытак, чтобы ее максимальная дифракционная эффективность достигалась нацентральной длине волны />=0,86мкм рабочего диапазона 0,82 – 0,88 мкм. Спектральный интервал между каналамиравен 25 нм. Вносимые потери в каналах не превышают 1,4 дБ, переходноезатухание не менее 30 дБ.
Делителиоптической мощности. Неселективные разветвители подразделяют на два основных типа:Т-образные, построенные по принципу ответвления оконечных устройств от главногоствола линии и звездообразные.
Потери прираспределении мощности излучения в системе с Т – образными соединителямивозрастают пропорционально числу абонентов, а в системе со звездообразнымиответвителями – пропорционально логарифму числа оконечных устройств N. Так всистеме с 20 оконечными устройствами общие потери составляют в первом случае130 дБ, а во втором – 28 дБ. Поэтому в системах с большим количеством абонентовцелесообразно применение звездообразных соединительных устройств.
Делениемощности с помощью Т-образного разветвителя характеризуют следующими величинамизатухания:
в прямомнаправлении />
вносимым />
приответвлении />
связи />
в обратномнаправлении />
В звездообразномответвителе к каждому из входных ВС подведена мощность РЕi (i=1, 2,…,n), которая передается выходным ВС. Пусть РАj (j=1, 2,…, m) – мощность,поступающая в j-й выходной ВС. При равномерном распределении входной мощностимежду выходными ВС ответвитель характеризуют следующие величины:
потери нарасщепление />
вносимыепотери />
ослабление вобратном направлении
/>, где />=1, 2,…, n.
По своейконструкции разветвители разделяют на две основные группы:
– биконические,в которых излучение передается через боковую поверхность;
– торцевые,в которых излучение передается через торец.
В обеихгруппах передача излучения может осуществляться либо при непосредственномконтакте ВС, либо через вспомогательные элементы – зеркала, линзы, смесители.
Вбиконических разветвителях свет может быть извлечен через боковую поверхностьпри преобразовании направляемой моды в моду излучения или при связи со вторымВС через исчезающее поле .
/>/> /> /> /> /> /> /> /> /> />
Преобразованиераспространяющейся волны в моды излучения получают при изгибе ВС, при снятииоболочки или коническом сужении сердцевины. Вносимые потери составляют 0,2 – 1,0дБ.
Изразветвителей торцевого типа наиболее распространены такие, в которых торцывыходных ВС непосредственно состыкованы с торцом входного ВС и закрепляютсякаким-либо механическим способом.
/>
Изменяявзаимное расположение торцов ВС и подбирая их поперечное сечение, можноварьировать в широких пределах отношение мощностей в разных выходных каналах.Вносимые потери составляют 0,3 – 1,2 дБ.
/>
Изображен разветвительс ветвящейся структурой, сформированный путем склеивания или сплавлениявыходных ВС вдоль сошлифованных под малым углом сердечника и соединения сторцом входного ВС.
Хотя принципразветвителя простой, изготовление затруднительно, вносимые потери составляют0,5 – 1,2 дБ. Эта конструкция подходит как для градиентных, так и дляступенчатых световодов. Разделение мод и потери растут с ростом угла />, под которым соединены ВС.
/>
волоконный связь оптический пассивный
Световодразрезан под углом 450к оси, торцы его отполированы и покрытычастично отражающими и диэлектрическими зеркалами. Величина потерь составляет0,5 дБ.
Вразветвителях со вспомогательными элементами широко используют диэлектрическиецилиндрические линзы, представляющие собой отрезок градиентного волоконногосветовода с параболическим профилем показателя преломления.
Он состоит изцилиндрического корпуса со стеклянным смесительным стержнем. Один из концовсмесительного стержня представляет собой сферическое зеркало, на другой конецнанесено просветляющее покрытие.
Излучение,выходящее из какого-либо световода, отражается от зеркала и равномернораспределяется всем ВС. Это дает возможность каждому терминалу в системе передаватьи принимать данные от любого другого терминала.