ПАССИВНЫЕ КОМПОНЕНТЫ


[домой] [фотоприёмники] [лазерные модули]  [разветвители] [широкополосные источники]

1. ВОЛОКОННЫЙ РАЗВЕТВИТЕЛЬ/ОТВЕТВИТЕЛЬ

На сегодняшний день существуют две основные технологии изготовления делителей оптических сигнала и соответственно два типа оптических делителей:
- Планарные оптические разветвители (английский термин Planar Lightwave Circuit splitter, PLC splitter)
- Сплавные оптические разветвители (английский термин Fused Biconic Taper splitter, FBT splitter)

1.1. СПЛАВНЫЕ РАЗВЕТВИТЕЛИ (FBT сплиттеры)

FBT сплиттеры, это сплиттеры сварного типа. главная особенность FBT сплиттеров - возможность неравномерного деления мощности оптического сигнала, это свойство можно использовать при проведении измерительных работ, FBT сплиттеры могут быть использованы в сетях PON, CATV, эти сплиттеры отличаются наличием окон прозрачности.

 

Типовые характеристики сплавных ответвителей.


Сплавные ответвители изготовляются методом сплавления оптических волокон. При сплавлении двух волокон образуется два конуса (при вводе и выводе), поэтому сплавные оптические ответвители получили название биконических ответвителей. В них используется эффект туннелирования: перетекания части оптической мощности из одного световода в другой через боковую поверхность при их плотном соприкосновении на некотором «участке взаимосвязи» (coupling length)

Технология создания сплавных ответвителей состоит из следующих этапов [ссылка]:
- снятие защитного буфера, очистка и шлифовка оптических волокон
- обеспечение контакта боковых поверхностей световодов и фиксация оптических волокон в специальном устройстве, который будет вытягивать волокна
- нагрев и одновременное вытягивание световодовов с подачей оптической мощности на вход ответвителя и контролем оптической мощности на выходах

Мы рассматриваем сплавные оптические ответвители Y-типа с коэффициентом деления 1/2.

При подаче на вход разветвителя оптической мощности P0, на выходах A и B появляется мощность PA=0,5P0 и PB=0,5P0. Причём если перевернуть разветвитель и на один из выходов подать мощность P0 (как показано на рисунке выше), то из него выйдет тоже половина мощности. По сути Y-образный ответвитель - это разветвитель X-типа без одного из волокон.

Основные параметры ответвителя: рабочий диапазон длин волн, коэффициент деления сигнала между выходными полюсами, неравномерность деления сигнала, внутренние потери, отражённый сигнал.

Коэффициент деления = 10lg{PA/(PA+PB)} и 10lg{PB/(PA+PB)}

Внутренние потери = 10lg{(PA+PB)/P0}

Неравномерность деления = 10lg{PA/PB}

Измерения спектральных характеристик волоконного 50%-ответвителя проводились с использованием широкополосного источника ШИ1-35 и оптического анализатора спектра Yokogawa AQ6370C-20.

Схема установки с волоконным ответвителем. 1 - широкополосный источник ШИ1-35, 2 - оптический анализатор спектра Yokogawa AQ6370C-20, 3 - 50% волоконный ответвитель, 4 - одномодовое волокно.

Схема установки с волоконным оптическим соединительным шнуром (патчкордом). 1 - широкополосный источник ШИ1-35, 2 - оптический анализатор спектра Yokogawa AQ6370C-20, 3 - патчкорд.

Полученные спектральные плотности оптического сигнала на концах A и B волоконного ответвителя, а также на выходе C патчкорда изображены на рисунке ниже. Также отдельной кривой A+B показана суммарная расчётная мощность на концах  A и B.

В области 1350-1450 нм видна интенсивная полоса поглощения парами воды, которые присутствовали в колбе лампы. Также на кривых присутствуют периодические вариации мощности, связанные с межмодовыми интерференциями (до длины волны отсечки) и интерференции между торцом волокна и колбой лампы.

На рисунке выше проведено сглаживание спектральных кривых, обозначены длины волн отсечки для ответвителя и патчкорда. Внутренние потери ответвителя рассчитаны как 10lg{(PA+PB)/PС}=0,2 dB.

На следующем рисунке показаны коэффициент деления и неравномерность деления в зависимости от длины волны.  Разница мощностей на концах A и B в dВ позволяет рассчитать рабочий спектральный диапазон ответвителя - 1310-1550 нм, а также неравномерность деления - 0,5 dB.

1.2. ПЛАНАРНЫЕ РАЗВЕТВИТЕЛИ (PLC splitter)

Планарные разветвители  PLC (Planar Lightwave Circuit) выполняются методами интегральной оптики. Это широкополосные разветвители, имеющие стабильные характеристики в диапазоне волн от 1260 до 1650 нм, что  дает возможность использовать их в решениях с CWDM, DWDM технологии, а также в сетях PON, CATV. PLC ответвители изготавливаются методом вытравливания волноводного слоя, выращенного на основе ниобата лития на монокристалле кремния, соответствующей конфигурации дерева деления. Планарные разветвители имеют более стабильные и точные параметры по сравнению со сплавными. Исходя из технических параметров к недостаткам разветвителей PLC можно отнести более высокие (на 0,1-0,2 дБ) поляризационно-зависимые потери, что обусловлено некруглостью планарных волноводов.


Типовые характеристики PLS-ответвителей.

Схема установки с волоконным ответвителем. 1 - широкополосный источник ШИ1-35, 2 - оптический анализатор спектра Yokogawa AQ6370C-20, 3 - PLC волоконный ответвитель.

 

Измеренные спектральный характеристики PLC разветвителя. 1 - спектр входного излучения, измеренный при помощи отдельного патч-корда, 2 - спектральная плотность излучения на выходе A, 3 - спектральная плотность излучения на выходе B


2. МУЛЬТИПЛЕКСОР 1,31/1,55 мкм

Мультиплексоры/демультиплексоры - устройства для разделения оптического сигнала на несколько спектральных диапазонов или, наоборот, объединения нескольких сигналов на разных длинах волн в один объединённый поток. В простейшем случае объединение/разделение сигнала идёт в два спектральных диапазона (например, 1310 ± 20 нм и  1550 ± 20 нм). Рассмотрим работу устройства на примере мультиплексора WD202B производства THORLABS.

Если на вход мультиплексора поступает оптическое излучение, содержащее 2 длины волны 1310 нм и 1550 нм, то излучение на длине волны 1550 нм выходит из волокна А мультиплексора, а излучение на длине волны 1310 нм - из волокна B. Если на вход мультиплексора подать широкополосное излучение, то на выходе в волокнах A и B будет излучение, спектр которого показан соответственно красной и синей кривой на вкладке справа. Таки образом оптический сигнал разделяется по длинам волн. Аналогично если в волокна A и B  подать излучение на длинах волн 1310 нм и 1550 нм, то на выходе из мультиплексора эти два излучения объединятся.

Мы провели измерения спектральных характеристик мультиплексора 1310/1550 нм с помощью широкополосного источника ШИ1-35 и оптического анализатора спектра Yokogawa AQ6370C-20.


1 - широкополосный источник ШИ1-35, 2 - оптический анализатор спектра Yokogawa AQ6370C-20, 3 - волоконный сплавной мультиплексор 1,3/1,55, 4 - одномодовое волокно.

На рисунке ниже показан спектр выходного сигнала мультиплексора из волокна A.

Получены следующие характеристики мультиплексора:
Рабочие длины волн: 1295 нм / 1520 нм
Полоса: ±20.0 нм
Коэффициент изоляции:19 dB

Теоретическая зависимость мощности P, прошедшего через мультиплексор, от длины волны имеет следующий вид: P = P0sin2(Kll), где P0 - входная мощность, l - длина волны, Kl - коэффициент связи в сплавном мультиплексоре, слабо зависящий от длины волны. Fiber-optic multiplexer-demultiplexer for data-transmission systems (S.G.Dementyev, N.T.Klyuchnik, V.A.Kuznetsov, M.Ya.Yakovlev). На рисунке ниже синим изображены экспериментальные данные, коричневым - теоретическая зависимость.

3. ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЙ ЦИРКУЛЯТОР

Оптические циркуляторы строятся на основе эффекта Фарадея и представляет собой пассивное 3- или 4-портовое устройство, которое благодаря своим невзаимным свойствам может распределять поступающее оптическое излучение в различные порты в зависимости от направления распространения излучения. При этом входной порт изолируется от обратно распространяющегося сигнала, который направляется в другой выходной порт. Использование циркулятора, который объединяет в себе функцию как оптического разветвителя, так и изолятора, существенно снижает потери и улучшает эффективность волоконно-оптических линий связи и датчиков. Циркулятор, изображённый на рисунке ниже, обладает следующими свойствами: излучение, входящее в порт 1, проходит к порту 2; однако излучение, введенное в порт 2, не возвращается в порт 1, а проходит в порт 3, излучение, введенное в порт 3, в порт 2 не проходит.

Схема портов волоконно-оптического циркулятора

Типовые параметры волоконно-оптического циркулятора

Измеренные спектральные характеристики волоконно-оптического циркулятора. 1- излучение широкополосного источника, поданное через патч-корд на оптический анализатор спектра. 2 - широкополосное излучение, переданное с порта 1 на порт 2 волоконного циркулятора. 3 - широкополосное излучение, переданное с порта 2 на порт 3 волоконного циркулятора. 4 - широкополосное излучение, переданное с порта 2 на порт 1 волоконного циркулятора.

4. ДЛИНА ВОЛНЫ ОТСЕЧКИ (cutoff wavelength).

Внутри волокна свет распространяется в сердцевине с показателем преломления n1, несколько большем, чем коэффициент преломления n0 оболочки. Поэтому наблюдается явление полного внутреннего отражения (ПВО) и при определённых углах световой луч не выходит из волновода, а распространяется по нему на длительное расстояние. Найдём угол j, под которым свет выходит из волоконного световода.

Условие ПВО: n1sina = n2sin90. Нетрудно получить, что sinj = n-1(n12-n02)1/2

Числовой апертурой называется величина NA = n sinj = (n12-n02)1/2

При высвечивании из волокна в воздух числовая апертура волокна равна синусу угла, под которым высвечивается свет.

Для одномодовых волокон NA~ 0,14, для многомодовых волокон NA ~ 0,20. Соответственно свет высвечивается под углами около 8 и 11,5 градусов.

Минимальная длина волны, при которой волокно поддерживает только одну распространяемую моду, называется длиной волны отсечки. При длине волны больше, чем длина волны отсечки, по волокну может распространяться только одна поляризационная мода LP01, как показано на рисунке ниже [Fiber Modes] [Intensity distributions and cutoff frequencies of linearly polarized modes for a step-index elliptical optical fiber].

    

При меньшей длине волны световод работает в многомодовом режиме и возбуждаются соответственно моды LP11, LP02, LP21 и т.д. Критерием того, сколько мод будет возбуждаться в оптическом волноводе, является нормализованная частота V = (2pa/l)NA, где a - радиус сердцевины волокна, NA - числовая апертура волокна. Одномодовый режим в волокне со ступенчатым изменением показателем преломления наблюдается при V < 2,405. При большем V по волокну могут распространяться ~V2/2 мод.

Волоконную длину волны отсечки можно оценить как теоретически, так и экспериментально. Для ступенчатого одномодового волокна lcutoff = 1,306·d·NA, где d - диаметр световедущей жилы. Одним из практических методов измерения длины волны отсечки является метод передаваемой мощности (transmitted power method). Сравнивается измеренная переданная спектральная мощность для одномодового волокна PSM с аналогичным параметром, полученным на образце многомодового волокна PMM. Строится кривая PMM-PSM в dBm от длины волны. При этом один и тот же широкополосный источник излучения используется как для одномодового, так и многомодового волокна. Длинноволновый участок экстраполируется прямой (1). Строится параллельная прямая (2), отстоящая ниже от (1) на 0,1 дБ. Точка пересечения прямой (2) с экспериментальной кривой соответствует длине волны отсечки

Таким образом получаем, что длина волны отсечки для исследуемого нами одномодового волокна составила 1150 нм.

 


Партнёры: Вимакс Где купить Вимакс в аптеке Vimax инструкция по применению отзывы цена капсулы форте Vimax likes kaufen

Rambler's Top100