Делитель оптической мощности

Цель работы

Целью данной лабораторной работы является исследование передаточных параметров симметричных и несимметричных делителей мощности.

Теоретические сведения

Пассивные оптические сети

Технология PON (Passive Optical Network — пассивная оптическая сеть) – это современная технология широкополосного мультисервисного множественного доступа по оптическому волокну древовидной структуры, в промежуточных узлах которой установлены пассивные оптические разветвители.

Пассивные оптические сети обладают следующими преимуществами:

· Существенная экономия ОВ и оптических приемопередатчиков в центральном узле.

· Скорость. Оптическое волокно обладает огромной полосой пропускания.

· Надежность. В промежуточных узлах дерева находятся только пассивные оптические разветвители, не требующие обслуживания

· Масштабируемость. Древовидная структура сети доступа дает возможность подключать новых абонентов самым экономичным способом

· Гибкость. Позволяет предоставлять абонентам именно тот уровень сервиса, который им требуется.

· Удобство обслуживания. Подключение, отключение и выход из строя одного или нескольких абонентских узлов не сказывается на работе остальных

Основной элемент в пассивной оптической сети – это делитель мощности, который и позволяет данной технологии иметь множество существенных преимуществ.

Делитель оптической мощности.

Делитель оптической мощности (разветвитель) – это пассивный оптический многополюсник, распределяющий поток оптического излучения в одном направлении и объединяющий несколько потоков в обратном направлении. Сленговое название пассивного компонента волоконно-оптических сетей – сплиттер (от англ. Split - разделять).

Сплиттер (splitter) – устройство, имеющее обычно один входной порт и несколько выходных портов. Он может быть использован для двунаправленной передачи или для распределения потока на два или большее число устройств или конечных пользователей. Чаше всего применяется к симметричному делителя оптической мощности.

В общем случае у делителя оптической мощности может быть M входных и N выходных портов. В сетях PON наиболее часто используют разветвители 1×N с одним входным потом для прямого потока. Разветвители 2×N могут использоваться в системах с резервированием по центральному волокну. На рис.1 схематично показан разветвитель M×N и основные потоки излучения.

Рисунок 1. - Пассивный оптический многополюсник

Принцип работы и параметры разветвителя можно проиллюстрировать на примере разветвителя Х-типа (2х2), схематически представленного на рис.2, где стрелками показаны возможные направления излучения внутри него [5].

Рисунок 2. - Модель делителя оптической мощности

Этот тип разветвителя используется как базовый при создании других типов волоконно-оптических разветвителей. В приведенном четырехпортовом пассивном двунаправленном оптическом делителе мощности излучение, введенное через порт 1, может выходить через порты 2 и 3, при этом в идеальном случае излучение не должно поступать в порт 4. По аналогии излучение, введенное через порт 4, может выходить через порты 2 и 3 и не должно выходить через порт 1. Та ким образом, пор ты 1 и 4 в рассматриваемом направлении излучения являются входными, а пор ты 2 и 3 - выходными.

Так как данный разветвитель является пассивным и двунаправленным, то возможно также обратное распространение света и изменение роли портов, т. е. при подаче излучения через порты 2 и 3 они становятся входными, а порты 1 и 4 - выходными. При прохождении света в разветвителях возникают определенные потери, для анализа которых рассмотрим вариант использования разветвителя на рис., когда порт 1 - входной, а пор ты 2 и 3 – выходные.

Оптические разветвители подразделяются по:

- Числу входных и выходных портов.

o Делители, имеющие один вход и несколько выходов (1xN)

o Двухвходные (2хN). Как правило, двухвходные разветвители используются для резервирования по оборудованию

Количество выходных портов может варьироваться от 2 до 64.

- Распределению оптической мощности

o Симметричные. Как правило, в многоэтажных застройках для проведения сети внутри здания используют делители с равномерным коэффициентом деления мощности (1х2, 1х4, 1х8, 1х16, 1х32)

o Несимметричые. Входная мощность сигнала делится неравномерно между выходными портами. Обычно шаг деления составляет 5%.

- Рабочей длине волны

o Однооконные (1310нм или 1550нм)

o Двухоконные (1310нм и 1550нм)

o Трехоконные (1310, 1490 и 1550 нм)

o Широкополосные (1310 – 1620нм)

- Классу точности.

o Класс А. Оптические делители, в которых диапазоны длин волн соблюдаются с заявленными параметрами. Обычно выражается в виде допуска от центральной длины волны ± 40 нм

o Класс В. Оптические делители, в которых допуск на рабочую длину волны выражается в узких окнах (± 20 нм)

- Способу производства

o Сплавные (FBT) – выполненные по сплавной технологии, рис.3. Обладают хорошей механической прочностью, малыми поляризационно-зависимыми потерями, малой зависимостью от температуры. Недостатки – это большие габаритные размеры при большом количестве выходных портов, существенная зависимость от длины волны.

Рисунок 3. - Технология изготовления сплавного делителя оптической мощности.

o Планарные (PLC) – выполненные по полупроводниковой технологии, рис.4. Обладают небольшими габаритными размерами, нечувствительны к длине волны в диапазоне 1300-1600нм.

Рисунок 4. - Этапы изготовления планарного делителя мощности.

Типовые значения затухания для сплавных и планарных оптических разветвителей приведены в таблице 2.1. Значения для сплавных делителей приведены для класса Б.

Таблица 2.1 - Типовые значения затухания для сплавных и планарных оптических разветвителей [7.11]

Тип разветвителя	Вносимые потери, дБ	Неравномерность по каналам, дБ
сплавные	планарные	сплавные	планарные
1х2	3,9	4,2	0,6	0,5
1х3	6,3	6,2	0,8	0,5
1х4	7,6	7,7	1,2	0,6
1х5	9,2	8,8	1,5	0,6
1х6	10,3	9,7	1,9	0,7
1х8	11,7	11,5	2,5	0,8
1х10	13,2	12,0	2,9	0,9
1х12	13,4	13,0	3,1	1,0
1х16	15,2	14,5	3,5	1,2
1х32	18,9	18,2	4,0	1,7

В настоящее время производители предлагают сплитеры в корпусном исполнении. При корпусном исполнении конструкция разветвителя помещается в прочный пластиковый корпус, защищающий ОР от механических, климатических и химических воздействий. Примеры корпусных конструкций с разъемными окончаниями приведены на рис.5:

Рисунок 5 - Сплавные корпусные разветвители

Марка корпусного разветвителя дополнительно учитывает диаметр защитной оболочки волокна (0,9 или 3 мм), длину выводов (в метрах), признак наличия разъемных соединителей на концах волокон (2), а также их типы.

В качестве разъемных соединений применяются – коннекторы. В сетях наибольшее распространение получили коннекторы типов LC, SC, FC, ST. Оптический коннектор состоит из корпуса, внутри которого расположен керамический наконечник (феррула) с прецизионным продольным концентрическим каналом. В коннекторах типов SC, FC и ST используются феррулы с внешним диаметром 2,5 мм. В коннекторах типа LC - 1,25 мм. Феррулы коннекторов изготавливаются из диоксида циркония и обладают повышенной стойкостью к истиранию и царапинам. Для обеспечения наиболее плотного соединения коннекторов и снижения затухания и обратного отражения в точке их соединения, торец феррулы полируется. Наиболее распространенные типы полировки: -UPC (Ultra Physically Contact) и- APC (Angled Physically Contact).