12. Оптические разветвители

12.1. Назначение и типы оптических разветвителей

12.2. Неселективные оптические разветвители

12.3. Конструкции и технологии изготовления неселективных разветвителей

12.4. Селективные оптические разветвители

12.1. Назначение и типы оптических разветвителей

В волоконно-оптической технике часто возникают задачи отвода части оптического излучения из основного канала передачи (например, для целей мониторинга, измерения или приема сигнала обратной связи, предназначенного для управлением уровнем мощности источника излучения), а также разделения  или объединения потоков оптического излучения (например, при использовании технологии волнового мультиплексирования (WDM). Такие задачи решаются с помощью оптических разветвителей.

Оптический разветвитель – это пассивный оптический многополюсник (устройство с набором n_вх входных и n_вых выходных оптических портов), в котором оптическое излучение, подаваемое на входные оптические, порты распределяются между его выходными портами. Причем под оптическим портом понимается место ввода или вывода оптического излучения. Они используются в волоконной оптике с давних пор, однако с развитием систем передачи их роль значительно возросла, позволяя подсоединить к одному ОВ более одного комплекта передающих и приемных терминалов, вместо того, чтобы использовать отдельные волокна ОК. Наиболее часто данная технология используется в волоконно-оптических сетях, где общий оптоволоконный кабель переносит мультиплексированные сигналы с нескольких терминалов, расположенных в различных местах сети. Доступ к сети в этом случае осуществляется через ответвители, которые осуществляют ввод оптического сигнала с каждого терминального передатчика в кабель и перераспределяют часть мощности сигнала, передаваемого по кабелю, на каждый терминальный приемник. Кроме этого, рассматриваемые компоненты используются для объединения в единое волокно оптических сигналов многих источников, отличающихся длиной волны, а также в тех случаях, когда часть мощности должна быть введена в сердцевину волокна или направлена от нее к приемнику.

Различают разветвители нечувствительные (неселективные) и чувствительные (селективные) к длине волны, коэффициенты передачи между оптическими полюсами которых зависят от длинны волны в заданном диапазоне длин волн оптического излучения. Селективные разветвители применяются для объединения (или разъединения) сигналов с различными оптическими несущими и называются мультиплексорами (и демультиплексорами соответственно).

Разветвители бывают двух типов:

— симметричные (Х-образные), например простейший из них типа 2х2 (2 входа и 2 выхода), рисунок 12.1.а;

— несимметричные (Y-образные), например простейший из них типа 1х2 (1 вход и 2 выхода), рисунок 12.1.б.

Все другие разветвители являются частными случаями указанных двух типов и характеризуются функциональной направленностью.

Рисунок 12.1 — Типы разветвителей

а)  Разветвитель Х-типа (2х2)        б)  Разветвитель Y-типа (1х4)

Так разветвитель Y-типа с одним входом и двумя выходами, предназначенный для ответвления заданной части мощности оптического излучения, называется ответвителем, или же разветвителем Т-типа. Разветвитель, Y-типа с одним входным и более чем двумя выходными оптическими портами называется звездообразным (или разветвителем типа «звезда»). В литературе к ним иногда относят симметричные разветвители.

Различают направленные и ненаправленные разветвители. В первых коэффициент передачи между оптическими портами (полюсами многополюсника) зависит от направления распространения оптического излучения.

12.2. Неселективные оптические разветвители

Принцип работы и параметры разветвителя можно проиллюстрировать на примере Х-типа (2х2), схематически представленного на рисунок 12.1.а, где стрелками показаны возможные направления излучения внутри него. В приведенном четырехпортовом пассивном двунаправленном разветвителе 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. Таким образом, порты 1 и 4 в рассматриваемом направлении излучения являются входными, а порты 2 и 3 – выходными. Так как данный разветвитель является пассивным и двунаправленным, то возможно также обратное распространение света и изменение роли портов, то есть 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, когда порт 1 – входной, а порт 2 и 3 – выходные.

Деление оптической мощности с помощью разветвителя Х-типа характеризуется следующими параметрами:

— коэффициент ответвления

,                       (12.2.1)

где Р₃ – мощность оптического излучения на оптическом порте 3 при подаче излучения мощностью Р₁ на оптический порт 1, дБ;

— коэффициент направленности

,                         (12.2.2)

где Р₄ – мощность оптического излучения на оптическом порте 4 при подаче излучения мощностью Р₁ на оптический порт 1, дБ;

— вносимыми потерями

,                    (12.2.3)

где Р₂ и Р₃ – сумма мощностей оптического излучения на оптических портах 2 и 3 при подаче излучения мощностью Р₁  на оптический порт 1.

Для разветвителя Y-типа коэффициент ответвления и вносимые потери определяются аналогичными соотношениями, а коэффициент направленности вычисляется по формуле

,                           (12.2.4)

где Р₃ – мощность оптического излучения на оптическом порте 3 при подаче излучения мощностью Р₂ на порт 2.

Относительное распространение излучения в разветвителе определяется распределением выходной мощности прошедшего через него излучения по выходным портам, причем тот порт, через который проходит основная доля мощности (при неравномерном ее распределении) называется основным, а другой порт – заглушенным. Например, при относительном распределении 25/75 25% выходной мощности проходит через заглушенный порт, а 75% — через основной. Потери в идеальном четырехполюсном направленном разветвителе (рисунок 12.1.а) при различных значениях относительного распределения выходной мощности приведены в таблице 12.1.

Таблица 12.1 – Потери в идеальном четырехполюсном направленном разветвителе