Распределение ВОК согласно их применения

Вопросы II модульный контроль.

1) Что такое ВОК и с каких частей он состоит.
2) назначение конструктивных элементов ВОК
3) Как распределяется ВОК по области использования
4) Требования предъявляемые к ВОК
5) Характеристика ВОК
6) Конструкция ВОК для подземной прокладки
7) Определение, назначение, конструкция лазера

8) Не когерентное и когерентное излучение

9) Назначение и взаимодействие 3 элементов лазера
10) Требования к источникам излучения

11)Характеристики источников излучения. Вольт-Амперная хар-ка.
12) Приемники излучения, назначение, режимы детектирования.

13) Фотодиод p-n типа.

14) Фотодиод p-і-n типа, лавинный фотодиод.

15) Основные компоненты ВОСП (рис. 2.23)

16) Оптические соединители и их роль в ВОК. Требования к ним.

17) Методы соединения ОВ.
18) Конструкция соединителей.
19) Механические сплайсы.

20) Сварные соединения и операции проводимые при сварке.

21) Защитные муфты применяемые при сварке ВОК.

22) Разветвители и ответвители. Назначение. Конструкция.

23) Переключатели. Назначение, устройство.

24) Оптические коммутаторы. Параметры.
25) Оптические изоляторы, назначение.
26) Аттенюатор. Назначение.
27) Мультиплексоры и демультиплексоры. Назначения, принцип действия.
28) Волновые конверторы. Назначение, принцип действия.
29) Оптичиские фильтры. Назначения. Приминения.
30) Циркуляторы. Назначение.

 

Министерство образования и науки Украины

Запорожский национальный технический университет

 

 

Кафедра РТТ

 

 

Контрольные вопросы ко II модулю

Выполнил: ст. гр. РТ-913 Гольдман В.В.

Проверил: Щекотихин О.В.

г.Запорожье, 2015 год

 

 

1-2) ВОК - устройство, состоящее из оптоволокна, укрепляющих, заполняющих и защитных элементов, которые оформлены в конструкцию соответствии с заданными условиями эксплуатации. Конструкция защищает ОВ от внешних воздействий и предназначена для ограничения области распространения оптических колебаний и передачи потока световой энергии в заданном направлении. При необходимости ОВ может иметь токопроводящие металлические жилы для передачи электропитания Основные конструктивные элементы ВОК

Волоконно-оптический кабель является сложной многокомпонентной системой, содержит не только ОВ - ключевой элемент ВОК, но и укрепляющие и заполняющие элементы, разнообразные полимерные материалы, а в отдельных случаях и металлические элементы.

Оптические волокна - это компоненты ВОК, состоящие из стеклянных или полимерных волокон.

Укрепляющие элементы - нити СВМ (синтетического высокомодульного материала) различных номеров, которые или размещаются в полимерной трубке оптического модуля, или покрываются поливинилхлоридной оболочкой (тогда этот элемент называется или силовым, или заполняющим). Количество и номер нитей СВМ определяется требованиями на растяжение, предъявляемые к ВОК.

Заполняющие элементы - хлопчатобумажные нити разных номеров для демпфирования ОВ в конструкции ВОК.

Полимерные материалы - различные синтетические материалы, которые используются как внутренние покрытия отдельных элементов и как внешние покрытия ВОК в целом. К ним относятся такие материалы, как полиамид, фторопласт, полиэтилен, поливинилхлорид, пенопласт и др.

Металлические элементы - это либо медные (как правило, одножильные) проводники, количество которых определяется требованиями к ВОК, или стальная проволока в виде жгутов или экранов разных типов, которые размещены или внутри ВОК, или сверху полимерной защитной оболочки.

Распределение ВОК согласно их применения

Существующие ВОК разделяются на монтажные, объекту, городские, зоновые, магистральные.

Монтажные - применяются для внутришньоблочних и межблочных соединений в персональных компьютерах и другой аппаратуре: длина - 0,5... 5 м; коэффициент затухания ≤100... 200 дБ / км; полоса частот - 50 МГц • км; тип волокна «кварц-кварц»- «кварц-полимер» (все с ступенчатым профилем преломления); число волокон - любое, что определяется коммуникационными требованиями; диапазон температур - 60... 70 ° С; радиус изгиба - 5 диаметров кабеля; угол изгиба - 360 °; радиальный давление - 0,1... 0,2 МПа.

Объекту - применяются для построения коммуникаций внутри различных объектов (заводов, фабрик, учреждений, самолетов, кораблей и других): длина - несколько сотен метров; коэффициент затухания <30... 50 дБ / км; полоса частот - сотни МГц • км; число волокон - любое, определяется конкретными условиями работы; растягивающие усилия - 1000... 2000 Н; климатические и механические требования аналогичны монтажным кабелям.

Для подводных, судовых кабелей продольная и поперечная плотность - абсолютная; плавучесть - нулевая, то есть кабель не должен ни всплывать, ни тонуть; поперечный давление воды - 10 МПа при неизменном затухании; устойчивость оболочки морской воды и соляного тумана.

Кабели для самолетов: устойчивость к вибрации; устойчивость к акустического шума по частоте до 10 кГц, по амплитуде - до 170 дБ; устойчивость к пониженного атмосферного давления - 5... 10 кПа (термин «устойчивость» предполагает постоянство коэффициента затухания в процессе действия).

Городские, зоновые - применяются для организации связи внутри городов, районов, областей: длина - 200... 300 км; участок ретрансляции-30 км (с перспективой увеличения до 50... 100 км); коэффициент затухания <5 дБ / км на длине волны 0,85 мкм; полоса пропускания-1000 МГц • км; количество перемоточных -  400, в том числе при -50 ° С с натяжением на угол 90 °; число осевых закручиваний - 50..100 на угол 360 °, в частности при -10... -20 ° С с натяжением.

Магистральные - применяются для организации связи на больших территориях - внутри государств и между ними: длина ≥ 2500 км; участок ретрансляции - 50... 100 км; строительная длина - 1-4 км; коэффициент затухания - <0,5 дБ / км на длине волны 1,3 мкм и 0,2 дБ / км на длине волны 1,55 мкм; полоса пропускания - несколько ГГц • км; число волокон - 8 и более; растягивающим усилиям - несколько тысяч ньютонов; раздавливающее усилия - 0,5... 1 МПа; климатические условия, а также условия перемоточных, перегибов и осевых закручиваний аналогичные соответствующих условий для городских кабелей.

4) Общие требования к ВОК

При конструировании ВОК исходят из того, что должна обеспечиваться работоспособность волоконных световодов при обусловленных внешних действиях и в заданных условиях эксплуатации. Это предъявляет к конструкции кабелей следующие требования: защита от внешнего механического, климатического и другого вида действий; прочность на разрыв или защиту ОВ от обрывов при растяжении; стабильность оптических характеристик ВОК; простота эксплуатации и текущего ремонта ВОК, то есть замена поврежденных участков кабеля новыми; низкая цена; технологичность, простота изготовления крупных строительных длин.

При их реализации следует учитывать, что теоретический предел прочности кварцевого стекла очень большая - более 600 кг / мм2, а в тонких волокон и того больше. Однако на практике прочность ОВ зависит от различных дефектов в волокне и определяется по самому слабому сечения, то есть пересечения с существенным дефектом. Кроме того, волокна имеют значительные остаточные напряжения, которые создает неоднородность материала заготовок, из которых их производят, и неравномерность охлаждения различных участков волокна. Критические напряжения и слабые по дефектам участка ОВ оказываются и устраняются еще до изготовления ВОК с помощью перемотки ОВ с натяжением.

Но даже в ОВ, прошедшие входной контроль, остаются и дефекты, и внутришньоволоконни напряжения, но такие, которые не вредят процессу изготовления ВОК. Однако при различного рода внешних воздействиях на ВОК, а в конечном итоге, на ОВ, эти дефекты могут проявляться и привести к потере работоспособности ВОК. Конструкция должна обеспечивать защиту ОВ от различных внешних воздействий посредством использования силовых элементов, скручивания ОВ вокруг сердечника и наложения разнообразных полимерных оболочек. Кроме того, конструкция ВОК должна обеспечивать целостность его полимерных оболочек, укрепляющих нитей и других элементов. В связи с этим рассмотрим основные принципы конструирования ВОК.

Характеристики ВОК

 

Для оценки эксплуатационных качеств зачастую измеряются следующие характеристики.

1. Коэффициент отражения - отношение интенсивности сигнала, который распространяется в обратном направлении интенсивности сигнала распространяется вперед в данном сечении линии.

2. Уровень сигнала - пиковая и средняя интенсивности несущего излучения в волоконных световодов в данном сечении линии.

3. Потери - разница между мощностями переданного и принятого сигналов определяется затуханием в световоде и различными потерями в устройствах ввода, местах сращения, разветвителях и других компонентах.

4. Расширение импульса - изменение формы сигнала, вызванная межмодовой дисперсией и дисперсией материала.

5. Отношение сигнал / шум - отношение интенсивности полезного сигнала к суммарной интенсивности всех шумов в канале.

6. Теплостойкость - способность системы с ВОК выдерживать изменения температур, то есть сохранять свои технические характеристики в заданном интервале рабочих температур.

7. Коррозионная стойкость - способность всех материалов ВОК противостоять различным химическим воздействиям, особенно воздействию влаги.

8. Механическая прочность - способность ВОК выдерживать растягивающие нагрузки, искажения, соприкосновения в динамическом и статическом режимах и противостоять ударам и вибрациям.

9. Радиационная устойчивость - способность ВОК противостоять действию ядерных излучений, которые вызывают изменения затухания и дисперсии в ОВ.

 

6) ВОК для подземной прокладки. В разных странах разрабатывается и изготавливается большое количество различных типов оптических кабелей для подземной прокладки. Их можно разделить на четыре группы (рис. 3.2): кабели концентрической скрутки, кабели с профилированным сердечником, плоские кабели ленточного типа и кабели пучковой скрутки.

 

 

Рисунок 3.2 – Типичные конструкции ВОК:

а - полного скручивания; б - с профильным сердечником; в - ленточного типа; г - пучковой скрутки;

1 - оптическое волокно; 2 - силовой элемент; 3 - внутренняя оболочка; 4 - внешняя полиэтиленовая оболочка; 5 - профилированное сердечника; 6 - лента с волокнами.

Кабели первой группы имеют традиционное повивне скручивания сердечника по аналогии с электрическими кабелями. Каждый последующий повел сердечника по сравнению с предыдущим имеет шесть волокон больше. Распространенные типы кабелей содержат преимущественно 4, 6, 8, 14 и 20 волокон. Конечно волокно свободно располагается в пластмассовой трубке, образуя модуль.

Кабели второй группы имеют в центре профилированное пластмассовое сердечника с пазами, в которых размещаются оптические волокна. Пазы, а соответственно, и волокна, располагаются по геликоиде (винтовой поверхности), поэтому последние не чувствуют продольной действия на разрыв. Такие кабели могут содержать 4, 6, 8 или 10 волокон.

Кабель ленточного типа состоит из нескольких плоских пластмассовых лент (6, 8 или 12 лент), в которые вмонтированы несколько оптических волокон (чаще всего 12 волокон).Кабель с 12 лентами может содержать 144 волокна.

Приемник излучения.

Фотоэффект

Существует две разновидности фотоэффекта. При первом электроны высвобождаются с поверхности металла при поглощении энергии потока фотонов. Это явление называется внешним фотоэлектрическим эффектом. Такие приемники излучения, как вакуумный фотодиод (ФД) и фотоэлектрический умножитель (ФЭУ), основанные на этом эффекте. Вторая группа приемников излучения-полупроводниковые приборы на основе р-n-перехода, в которых при поглощении фотонов генерируются свободные носители заряда - электроны и дырки. Этот механизм называют внутренним фотоэлектрическим эффектом. На этом явлении основаны такие приборы, как р-n-ФД, р-и-n-ФД и лавинный ФД (ЛФД).

Полупроводниковые фотодиоды

Фотодиод служит для приема (детектирования) и преобразования оптических сигналов в электрические. Как оптоэлектронный преобразователь, фотодиод имеет оптический вход (управляющий цепь) и электрический выход (сигнальный цепь), параметры которых должны быть согласованы с источником излучения и оптической линией с одной стороны и с электрической нагрузкой, включающей в себя любой преобразователь электрических сигналов, - усилитель, модулятор; декодер - с другой стороны.

В зависимости от типа и режима детектирования фотодиод может работать в фотовольтаичному режиме, когда ФД является генератором фотонапругы и в фотодиодном режиме. Схемы включения фотодиодов в фотовольтаичному и фотодиодном режимах приведены на рис. 5.1.

Режим работы ФД с обратной смещением называется фотодиодного. По сравнению с фотовольтаичним фотодиодный режим обеспечивает высокое быстродействие, лучшую стабильность, большой динамический диапазон, хорошую температурную стабильность, более широкий диапазон спектральной чувствительности. Именно этот режим используется в ВОЛС.

.

а) б)

Рисунок 5.1 - Режимы детектирования:

а) фотовольтаичний, б) фотодиодный

 

Главный недостаток - наличие темнового тока, возникает даже без излучения под действием обратной смещения.

Процесс генерации фототока и детектирования сигнала можно проиллюстрировать с помощью рис. 5.2 эквивалентной схемы фотодиода, представленной на рис. 5.3, где i_p - среднеквадратичное ток сигнала (видеоизображений) - ток дробового шума, C_j - емкость перехода, R_j - сопротивление перехода, R_s - последовательное сопротивление, R_L - внешнее сопротивление нагрузки, - ток теплового шума, R_i - входное сопротивление усилителя.

Рисунок 5.2 - Процесс генерации фототока и детектированиясигнала

Рисунок 5.3 - Эквивалентная схема фотодиода

К ФД в ВОСП выдвигаются следующие требования:

- Эффективность оптоэлектронной преобразования - обеспечение максимальной мощности электрического сигнала на выходе при минимальной оптической мощности на входе;

- Быстродействие, необходимое для приема оптического сигнала, промоделирована широкополосным информационным сообщением;

- Минимум собственных шумов - требуется для обеспечения высокой чувствительности (минимальной мощности излучения, которую можно обнаружить);

- Широкий динамический диапазон оптических сигналов, принимаемых;

- Малые габариты, высокая надежность и стабильность параметров, низкое напряжение питания, низкая цена.

Наиболее полно этим требованиям отвечают полупроводниковые фотодиоды, работающих на основе явления фотоэффекта.

 

13) Фотодиод p-n типа.

 

Рассмотрим три разновидности таких приборов: р-n ФД, р-и-n ФД и лавинный ФД. При подаче обратного смещения (рис. 5.6, а) потенциальный барьер между р и n- областями увеличивается (рис. 5.6, б). Свободные электроны (преобладающие в n-области) и свободные дыры (доминирующие в р-области) не могут преодолеть потенциальный барьер, поэтому ток через переход не течет. Переходом (р-п) называется область, где существует потенциальный барьер. Поскольку в области перехода отсутствуют любые свободные заряды, ее называют бедной (электрическими зарядами) области. Отсутствие свободных носителей заряда приводит к тому, что сопротивление этой области большой, поэтому почти все напряжение внешнего смещения приложенная к обедненной области диода. Итак, напряженность электрического поля в обедненной области высокая и имела вне ее.

На рис. 5.6, в показано, как сигнальный фотон поглощается в р-п-переходе после прохождения через р-слой. Поглощенная энергия позволяет перевести связан электрон с валентной зоны через запрещенную в зону проводимости. Электрон теперь свободен и способен двигаться. Свободная дырка остается в валентной зоне как вакансия электрона. Следовательно, при поглощении фотона создается пара свободных носителей заряда (электрон и дырка). Электрон переместится в нижнюю часть барьера, а дырка (чья потенциальная энергия противоположная энергии электрона) переместится в верхнюю часть барьера. Это перемещение зарядов вызывает протекание тока через внешний круг. Если свободные дыры и электроны рекомбинируют, или если они достигают края перехода, где электрическое поле мало, носители заряда прекращают движение и фототок становится нулевым.

 

Рисунок 5.6 - Фотодиод p-n-типа:

а) схема включения; б) полупроводниковая структура; в) зонная диаграмма

Что произойдет, когда фотон будет поглощен в р или n-областях по обе стороны от перехода? Здесь также возникает пара электрон-дырка, но эти свободные заряды будут двигаться медленно из-за слабого электрическое поле, существующее вне перехода. Большинство свободных носителей заряда будет медленно двигаться в результате диффузии через диод и прорекомбинуе, не достигнув перехода. Эти носители заряда делают незначительный вклад в фототок, тем самым снижая отзыв фотодиода. Ясно, что это явление делает pn-фотодиод малоэффективным.

Носители заряда, созданные вблизи обедненной области, можугь (вследствие диффузии) приблизиться к ней и достичь перехода благодаря большому электрическому полю, существует в нем. Во внешнем круге потечет ток, но он будет опаздывать относительно оптической мощности, поступающей. Предположим, что нужно измерить время нарастания тока р-n-фотодиода, подав на его вход "ступеньку" оптической мощности.

Некоторые из фотонов в начале "ступеньки" поглощаются в самом переходе и вызывают почти немедленное протекания фототока. Однако, те фотоны начала "ступеньки", поглощаемые вблизи перехода, вызовут протекания тока с некоторым опозданием. Постепенное увеличение тока, которое достигает максимума за время τн, происходит через определенный срок после того, как закончится перепад входной мощности. Время нарастания большой.

Типичные р-n-фотодиоды имеют время нарастания тока около нескольких микросекунд, что делает их непригодными для скоростных волоконных систем. Фотодиод р-in-типа решает проблему низкой чувствительности и медленного отклика.

Интересно сопоставить полупроводниковые приборы, используемые в качестве источников и приемников света. Для излучения света на диод подают прямое смещение и носители заряда, инжектированных в область перехода, рекомбинируют. Это приводит к образованию фотонов. Когда происходит прием света, все происходит наоборот. На диод подают обратное смещение и фотоны, поступающие генерируют пары электрон-дырка. Это приводит к электрическому току. Можно разработать специальный р-n-прибор, который будет использоваться и как источник, и как приемник излучения.

 

Основные компоненты ВОЛС

Часть информации, полученное при изучении оптических волокон, источников излучения, приемников подведены на рис.5.19.

На основании этого рисунка проектировщик системы может выбрать подходящие (согласованные) компоненты, по следующим свойствам: рабочая длина волны (в видимом спектре, в первом, втором или в третьем окнах прозрачности); типа источника света (светодиод или лазерный диод); материала волокна (кварц / кварц, кварц / полимер или полимер / полимер); типа волокна (ступенчатое, градиентное или одномодовое); разновидности фотоприемника (р и-n-типа или лавинный). Выбор этих обязательных компонентов, с использованием которых виконуться разработка ВОЛС, с учетом их параметров и типов, приведенных на рис. 5.19, поможет разработать согласованную по длине волны систему передачи информации.

 

Рисунок 5.19 - согласование основных компонентов ВОЛС по длине волны

Методы соединения ОВ

На сегодня известны следующие методы соединения оптических волокон: сварка и механическое соединение (рис. 7.3)

 

Рисунок 7.3 - Методы соединения оптического волокна

 

Выбор того или иного метода соединения обуславливается типом ВОЛС и ее конструктивными особенностями, методами прокладки и экономическими факторами.

К конструктивным особенностям ВОЛС относятся: одножильнисть или багатожильнисть волоконно - оптического кабеля, разъемное или неразъемное соединение, прямые или обратные потери в соединении, тип размещения волокон, способ соединения степень универсальности монтажа.

При выборе метода соединения следует учитывать величину и стабильность затухания в месте соединения, механическую прочность соединения и стабильность его работы в условиях окружающей среды.

Экономические факторы - стоимость материалов, используемых при соединении, необходимость оборудования и инструмента, уровень профессиональной подготовки персонала, трудозатраты на прокладку и монтаж.

Процесс соединения оптических волокон состоит из трех этапов:

- Подготовка ОВ к соединению;

- Соединения оптических волокон;

- Защита места соединения.

 

Конструкции соединителей

 

Сегодня на рынке много различных видов механических соединителей, которые делятся на соединители с цилиндрическим наконечником, с коническим наконечником, соединители с расширенным излучением, соединители для ленты с волокнами.

Наиболее простым и недорогим является соединитель с цилиндрическим наконечником из стали или керамики. Наконечник одноволоконного оптического кабеля центрируется против наконечника другого одноволоконного кабеля в цилиндрической втулке.

Выполнение этого вида механического соединения зависит в большой степени от концентричности отверстия наконечника и соединительной втулки. Среднее значение потерь составляет 0,2 - 1 дБ, в зависимости от формы и конечной поверхности (плоская или полусферическая) наконечника.

Механический соединитель более сложной конструкции имеет конический наконечник. Концы наконечников соединяемых отшлифованы в конической форме для удобства центровки. Соединительная втулка, в которую они вставляются, имеет биконическую форму отверстия. Качество соединения полностью зависит от качества шлифовки концов наконечников. Соединители с таким видом наконечников изготавливаются в заводских условиях. Среднее значение потерь составляет 0,3 дБ.

В соединители с расширенным излучением свет из передающего волокна расширяется через линзу, создает поток параллельных лучей света. Поток имеет большой диаметр (по сравнению с волокном). После соединения лучи направляются снова через линзу в приемное волокно. Этот метод используется для соединения военных кабелей в полевых условиях. Преимущества этого метода заключаются в меньшей зависимости от загрязнения концов в отличие от других методов механических соединений.

Механический соединитель для ленты с волокнами имеет не цилиндрическую конструкцию. Кабель с волокнами может иметь 1,4,8 или более параллельных волокон в первичном покрытии, зафиксированных вместе в виде ленты. Поэтому соединитель должен иметь определенное количество отверстий диаметром 125 мкм, расположенных в ряд. Расстояние между отверстиями должна соответствовать расстоянию между волокнами в ленте.

 

Сварные соединения

Самым распространенным способом получения неразъемных соединений ОВ является сварка. Сварка предусматривает расплавления концов волоконных световодов в результате введения их в поле мощного источника тепловой энергии поля электрического разряда, в пламени газовой паяльника, в зону мощного лазерного излучения. Каждый из этих методов сварки имеет свои преимущества и недостатки. Преимуществом сварки ОВ лазером является возможность получения чистых соединений из-за отсутствия в них посторонних материалов и, как следствие, наличие достаточно малых потерь (0,1 дБ).

Одноволоконного дуговая сварка - один из самых распространенных методов соединения, предполагает сварки одной пары волокон или методом автоматического центрирования, или методом V-groove.

Многоволоконных дуговая сварка - способ пока менее распространен. Сейчас он стремительно набирает силу, потому что допускает одновременное сварки сразу нескольких пар волокон (от 4 до 12).

Материалы для муфты должны быть совместимы с материалами оболочки ОВ. Они должны быть также совместимы с другими материалами, которые обычно используются для линейно-кабельных сооружений с целью предотвращения коррозии или других химических повреждений.

Муфта должна быть механически прочной, а расположенные в ней организаторы и кассеты для размещения остатков ОВ и гильз для защиты сростков сваренных ОВ с заданным радиусом изгиба для уменьшения затухания. Сростки не должны повреждаться при вибрации, ползучести кабеля или вследствие других механических воздействий. В случае выполнения ремонтных работ может возникнуть необходимость предусмотреть какой-нибудь дополнительную механическую защиту, чтобы избежать повреждения соседних кабелей.

Разветвители и ответвители

 

Для распределения мощности оптического излучения в несколько каналов передачи или, наоборот, для объединения нескольких сигналов для передачи их по одному каналу нужны такие устройства, как разветвители и ответвители (coupler, splitter). При изменении направления световых потоков на противоположный разветвитель выполняет роль объединителя (сумматора). Различают одно- и двунаправленной разветвители, а также разветвители (мультиплексоры), которые чувствительны или нечувствительны к длине волны. В двунаправленной разветвители каждый порт может работать либо на передачу, или на прием, или осуществлять и передачу, и прием одновременно, так что группы приемных и передающих портов могут меняться местами в функциональном смысле.

Переходниками называются устройства, предназначенные для распределения оптического сигнала на несколько частей (обычно равных), или для объединения нескольких сигналов для передачи по одному каналу. Разветвители делятся на древовидные, звездообразные и на ответвители.

Ответвитель называются устройства, предназначенные для распределения оптического сигнала на несколько частей в определенном соотношении, или для объединения в одном канале мощности двух или более оптических сигналов.

Древовидный разветвитель («tree coupler») осуществляет расщепление одного входного оптического сигнала на несколько выходных, или выполняет обратную функцию - объединяет несколько входных сигналов в один выходной (рис.8.1, а). Обычно древовидные разветвители распределяют мощность в равной степени между всеми выходными полюсами. Конфигурация полюсов обозначается как nxm, где n - число входных полюсов (для древовидного разветвителя n = 1), а m - число выходных полюсов, когда устройство работает в режиме разветвления. В современных моделях количество выходных портов находится в пределах от 2 до 32.

Большинство древовидных разветвителей двунаправленной. Поэтому разветвитель может выполнять функцию распределения или объединения сигналов.

Звездообразный разветвитель («star coupler») обычно имеет одинаковое число входных и выходных полюсов (рис.8.1, б). Оптический сигнал приходит на один из n входных полюсов и в равной степени распределяется между m выходными полюсами. Большое распространение получили звездообразные разветвители, и, чтобы избежать путаницы по входным и выходным полюсам, принято обозначать входные полюса латинскими буквами, а выходные полюса цифрами.

Рисунок 8.1 -Типы разветвителей: а) древовидный разветвитель; б) звездообразный разветвитель; в) ответвитель

Ответвитель («tap») - это разновидность древовидного разветвителя, в котором выходная мощность распределяется в равной или неравной пропорциях между выходными полюсами (рис.8.1, в). Некоторая доля (менее 50%) выходной мощности идет на канал (каналы) ответвления, тогда как большая часть остается в магистральном канале. Выходные полюса нумеруются в порядке убывания мощности.

Направленный ответвитель (СВ) является основным компонентом многих распределительных сетей. На рис.8.2 показано направленный ответвитель с четырьмя портами (Х-ответвитель). Возможные направления распределения мощности излучения показано на рисунке стрелками. Для описания параметров ответвителя примем, что на порт 1 поступает мощность Р1. Эта мощность делится между портами 2 и 3, в соответствии с необходимым коэффициента распределения. При этом порт 4 является изолированным.

1 2

4 3

Рисунок 8.2 - четырехполюсным направленный ответвитель

 

В идеальном ответвители мощность не попадает в изолированный порт 4 (а_нап = ).

Без потери обобщения рассмотрения можем принять, что мощность, которая появляется на выходе из порта 2 (Р2), равна или больше, чем мощность, появляется на выходе порта 3 (Р3). Вводятся следующие параметры, описывающие коэффициенты передачи (иногда) и потери (в дБ):

1). Коэффициент передачи (Р2 / Р1) и потери передачи («throughput loss»)

αпер = - 10 lgР2 / Р1 определяет передачу мощности из входного порта 1 на выходной порт 2.

2). Коэффициент ответвления (Р3 / Р1) и потери ответвления («tар 1оss») αвидг = -10 lgР3 / Р1 учитывают передачу мощности из входного порта 1 в порт ответвления 3.

3). Коэффициент направленности (Р4 / Р1) и направленность («directionality») αспр = -10 lgР4 / Р1 определяет передачу мощности из входного порта 1 в «изолированный» порт 4.

4). Избыточные потери («ехсеss 1oss») αнадл = -10lg (Р2 + Р3) / Р1 оценивают мощность теряется внутри ответвителя. Она обусловлена ​​излучением, рассеянием, поглощением и связи с изолированным портом.

Качественные направленные ответвители имеют избыточные потери меньше 1 дБ и коэффициент направленности более -40 дБ.

 

Переключатели

 

Волоконно-оптические переключатели - это устройства, предназначенные для изменения маршрута передачи оптических сигналов. Переключатели используются в распределительных сетях, измерительных установках и при выполнении экспериментов. Ниже описаны два устройства: двухпозиционный переключатель и обходной переключатель. Они иллюстрируют некоторые из основных функций волоконных переключателей. На рис.8.10 показано двухпозиционный переключатель. Входной порт 1 может быть подключен к порту 2 или 3. Рассматривая основные параметры переключателя, примем, что он находится в положении соединения порта 1 с портом 2.

 

Рисунок 8.10 - Двухпозиционный переключатель

 

Переключатель характеризуют следующие параметры:

Потери, вносимые (insertion lose - IL), в децибелах:

,

 

где Р1 - мощность во входном порту 1 и P2 - мощность, появляется к разъему 2.

Потери, вносимые зависят от юстировки волокон как и потери в обычном соединители. Потери ниже 1,5 дБ могут быть получены для механических переключателей. В дополнение к низким потерь, вносимых качественный переключатель должен иметь их значение одинаковым для всех положений переключателя.

Перекрестный связь (crosstalk - CT) является критерием того, насколько хорошо изолированный порт, не используется. Он равен:

,

где Р3 - мощность, выделяемая на 3 порта, при соединенных портах 1 и 2. Перекрестный связь зависит от конструкции переключателя и значение 40... 60 дБ являются типичными.

Повторяемость (обеспечение таких же потерь, вносимых каждый раз, когда переключатель возвращается в прежнее положение) может быть важнее, чем само значение вносимых потерь. Качественный переключатель повторяет потери, вносимые с точностью около 0,1 дБ.

Скорость переключения (показывает, как быстро переключатель может переключиться из одного положения в другое) является определяющим фактором в некоторых ситуациях.

Коммутация может быть выполнена электромеханическим способом. В таком устройстве возбужденный током электромагнит притягивает магнитный материал, к которому приклеен оптический элемент. Таким образом можно перемещать зеркала, линзы и призмы (даже сами волокна). Когда электромагнит выключен, собственный вес возвращает магнитный держатель обратно в положение покоя. Для электромеханических переключателей может быть получен время переключения порядка нескольких миллисекунд. Двухпозиционный переключатель, приведенный на рис. 8.11, состоит из скользящей призмы и четвертьволновых линз, присоединенных к каждому волокна. В показанном на рисунке положении свет передается между портами 1 и 2.

Оптические изоляторы.

Такие компоненты системы, как торец волокна или линза, могут иметь анти отбивные покрытия, которые уменьшают уровень отражения. Торцы волокон могут быть закруглены так, чтобы отраженные лучи не возвращались обратно в лазера, а отклонялись на углы, которые превышают углы, соответствующие распространению разрешенных мод. Соединители и ответвители разрабатываются специально, чтобы минимизировать уровень отраженного в них света. Критерием эффективности подавления отражений служит параметр обратные потери. Выраженные в децибелах, обратные потери αзвор равны

,

где Рп - мощность, поступает на компоненты и РВ - отражена мощность.

Для хорошо выполненных компонентов обратные потери составляют 30... 40дБ.

Оптический вентиль является устройством однонаправленной передачи, то есть позволяет распространение энергии по волокну только в одном направлении. Упрощенная схема такого прибора показана на рис. 8.16. Он состоит из двух линейных поляризаторов и ротатора Фарадея, что возвращает плоскость поляризации волны на 45 °. Пучок света, который падает слева, поляризуется вертикально поляризатором П1, (путем устранения горизонтальной составляющей), как показано на рис. 8.16, а.

.

Рисунок 8.16 - Схема оптического ізолятора

Далее волна проходит через ротатор Фарадея, который изменяет (вращает) плоскость линейной поляризации пучка, падающего на угол, обусловленный параметрами прибора. Чтобы создать изолятор, угол вращения плоскости поляризации должен равняться 45 °. Таким образом, пучок, выходящий из ротатора, линейно поляризовано в плоскости с наклоном в 45 °. Правый поляризатор П2, который установлен под углом 45 °, позволяет этой волне распространяться в тракт. Так происходит передача света слева направо.

Теперь рассмотрим пучок, распространяется справа налево, как показано на рис. 8.16, б. Этот пучок поляризуется под углом 45 ° с помощью поляризаторазатора П2 и поступает в вентиль. Плоскость поляризации пучка поворачивается на 45 ° ротатором Фарадея таким образом, что он становится горизонтально поляризованным при выходе слева от ротатора. Поляризатор

П1 блокирует прохождение этого горизонтально поляризованного пучка. Свет не может распространяться справа налево через вентиль. Следует отметить, что направление вращения поляризации в ротаторе Фарадея необратим. Если смотреть в направлении распространения волны, то вращение всегда происходит в направлении, которое определено