7423

Пассивные компоненты ВОЛС

Лекция

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Пассивные компоненты ВОЛС. К пассивным компонентам ВОЛС относятся оптические соединители и разветвители, которые служат для объединения или разъединения оптических сигналов. Различают чувствительные (селективные) и нечувствительные (неселективные) п...

Русский

2013-01-23

752 KB

12 чел.

Пассивные компоненты ВОЛС.

К пассивным компонентам ВОЛС относятся оптические соединители и разветвители, которые служат для объединения или разъединения оптических сигналов.

Различают чувствительные (селективные) и нечувствительные (неселективные) пассивные компоненты. Первые применяются для объединения (или разъединения) сигналов с различными оптическими несущими и называются соответственно мультиплексорами и демультиплексорами. Вторые используются для разветвления оптической мощности при наличии большого числа оконечных устройств в линии связи.

  

                         1                2                            1      3       1                

                                                 

                        а)                                                   в)

                           1           4                                     1            6     6   

                                                   

                                                          

                                              5

 

                        б)                                                    г)

Рис. 1.

а) - с решеткой;   б) - с призмой;   в) - с интерференционным фильтром;

г) - с поглощающим фильтром;

1 - градиентная цилиндрическая линза; 2 - дифракционная решетка;

3 - хроматический фильтр; 4 - призма; 5 - отражающее покрытие;

6 - селективный фотодетектор.

Мультиплексоры и демультиплексоры. Мультиплексирование позволяет увеличить информационную емкость ВОЛС. Применяемые в линиях устройства для объединения сигналов с различными несущими длинами волн (мультиплексоры) и разъединения (демультиплексоры) должны иметь малые вносимые потери. Кроме того, они должны обеспечивать высокую степень изоляции между каналами. В зависимости от длины волны используют четыре основных способа формирования данных устройств (рис. 1).

В основу работы устройств положены три чувствительных к длине волны эффекта: угловая дисперсия, интерференция и поглощение.  Демультиплексоры, показанные на рис. 1.а,б, используют угловую дисперсию решетки или призмы. На рис. 1.в изображена конструкция для разделения каналов с помощью интерференционного фильтра, а на рис. 1.г - структура поглощающего типа. При этом каждый поглотитель состоит из чувствительного к длине волны фотодиода.

Устройства с решеткой и призмой являются делителями с параллельным разделением каналов, а использующие фильтры и селективные фотодетекторы - с последовательным.

Последовательное разделение применяется при небольшом числе каналов, так как с ростом числа каналов пропорционально увеличивается число элементов схемы (сфетофильтров, делительных пластин, зеркал, фокусирующих элементов) и соответственно растут потери на излучение. Наиболее широко используются устройства с интерференционным фильтром. Принцип последовательного разделения каналов с помощью интерференционных фильтров представлен на рис. 2.

                                                                                 2

                                           1

                                                                                                             

                                                                                                          3

        3

                                                                                                  

                                        4    3                                                                 3

                                                               

                                                                    2        4

Рис. 2

1- входной ВС;   2 - фокусирующий элемент;   3 - выходные ВС;

4 - интерференционные фильтры

Интерференционные фильтры пропускают узкую область спектра, а остальное излучение эффективно отражают. В приведенной схеме шесть фокусирующих элементов состыкованы торцами, между которыми размещены интерференционные фильтры, причем каждый из них пропускает лишь одну оптическую несущую. Потери при выделении одной несущей от лазерного источника излучения составляют ~2,5 дБ, интервал между несущими 30 нм.

Демодуляторы такого типа выполнимы и в полностью волоконном исполнении без использования цилиндрических линз. Их устройство подобно устройству торцевых делителей мощности, в разрезе передающего волоконного световода которых вместо полупрозрачной пластины расположен фильтр, чувствительный к длине волны.

Параллельное разделение возможно осуществить как для малого, так и для большого (несколько десятков) числа спектрально уплотненных несущих в одном волоконном световоде. Параллельные детали представляют собой миниспектрометры. Как и спектрометр, делитель имеет диспергирующий элемент (решетку или призму), коллимирующий элемент (объектив или вогнутое зеркало), а также входную и выходную щели (роль которых выполняют сердечники излучающего и приемных волоконных световодов). Схема с призмой не получила широкого распространения, так как призма ограничивает возможность иниатюризации устройства и характеризуется низкой дисперсией в диапазоне длин волн 1,1 - 1,6 мкм. Материалы для изготовления призм со значительной угловой дисперсией имеют большие потери. Кроме того, дисперсия призм не постоянна по спектру. Наибольшее распространение получили устройства с дифракционной решеткой.

Угловая дисперсия первого порядка для решетки определяется ее пространственным периодом - постоянной решетки А и описывается выражением

.

Если оптическая мощность в каждом канале практически монохроматична, разделение каналов определяется определяется соотношением

,

где  f - фокусная длина линзы;

      D - прстранственное разделение выходов

            волоконного световода.

Конечная ширина спектральной линии таких источников излучения, как светодиоды, приводит к перекрытию соседних каналов, поэтому мультиплексоры и демультиплексоры с решетками пригодны в ВОЛС, в которых источниками излучения являются только полупроводниковые лазеры с шириной спектральной линии ~ 2 нм.

Примером устройства демультиплексора с решеткой является пятиканальный дкмультиплексор изображенный на рис. 3.

                     2     0,9 мм                             3                             4   

                                                                                                        6,20

                                 

                   1

Рис. 3

1- входной ВС;   2 - выходные ВС;   3 - объектив;   4 - дифракционная

решетка

Излучающий и пять приемных ВС объединены в линейку, расположенной в фокальной плоскости объектива (фокусное расстояние 23,8 мм, диаметр 14 мм). Излучение из передающего ВС коллимируется объективом, дифрагирует на решетке и снова попадает в объектив, который в зависимости от длины волны фокусирует излучение на тот или другой приемный ВС. Вместо объектива может использоваться фокусирующий (градиентный). Дифракционную решетку изготавливают анизотропным травлением кристаллической подложки по кристаллическим осям сквозь предварительно нанесенную маску. Решетка имеет несимметричные канавки. Параметры решетки (постоянная решетки А=4 мкм, угол =6,20) выбраны так, чтобы ее максимальная дифракционная эффективность достигалась на центральной длине волны =0,86 мкм рабочего диапазона 0,82 - 0,88 мкм. Спектральный интервал между каналами равен 25 нм. Вносимые потери в каналах не превышают 1,4 дБ, переходное затухание не менее 30 дБ.

Делители оптической мощности. Неселективные разветвители подразделяют на два основных типа: Т-образные, построенные по принципу ответвления оконечных устройств от главного ствола линии и звездообразные. Потери при распределении мощности излучения в системе с Т- образными соединителями возрастают пропорционально числу абонентов, а в системе со звездообразными ответвителями - пропорционально логарифму числа оконечных устройств N. Так в системе с 20 оконечными устройствами общие потери составляют в первом случае 130 дБ, а во втором - 28 дБ. Поэтому в системах с большим количеством абонентов целесообразно применение звездообразных соединительных устройств.

Деление мощности с помощью Т-образного разветвителя характеризуют следующими величинами затухания:

в прямом направлении  

вносимым   

при ответвлении    

связи

в обратном направлении   

В звездообразном ответвителе 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 мощности между выходными ВС ответвитель характеризуют следующие величины:

потери на расщепление

вносимые потери  

ослабление в обратном направлении

, где =1, 2, ..., n.

По своей конструкции разветвители разделяют на две основные группы:

- биконические, в которых излучение передается через боковую поверхность;

- торцевые, в которых излучение передается через торец.

В обеих группах передача излучения может осуществляться либо при непосредственном контакте ВС, либо через вспомогательные элементы - зеркала, линзы, смесители. В биконических разветвителях свет может быть извлечен через боковую поверхность при преобразовании направляемой моды в моду излучения или при связи со вторым ВС через исчезающее поле (рис. 4).

Рис. 4

Преобразование распространяющейся волны в моды излучения получают при изгибе ВС, при снятии оболочки или коническом сужении сердцевины. Вносимые потери составляют 0,2 - 1,0 дБ.

Из разветвителей торцевого типа наиболее распространены такие, в которых торцы выходных ВС непосредственно состыкованы с торцом входного ВС и закрепляются каким-либо механическим способом (рис. 5).

                 2

                                                                                     3

               1

Рис. 5

1- входной ВС;   2, 3 - выходные ВС

Изменяя взаимное расположение торцов ВС и подбирая их поперечное сечение, можно варьировать в широких пределах отношение мощностей в разных выходных каналах. Вносимые потери составляют 0,3 - 1,2 дБ.

На рис. 6 изображен разветвитель с ветвящейся структурой, сформированный путем склеивания или сплавления выходных ВС вдоль сошлифованных под малым углом сердечника и соединения с торцом входного ВС.

                                                                                 2

                  1                                                   

                                                                                 3

Рис. 6

1 - входной ВС;   2, 3 - выходные ВС

Хотя принцип разветвителя простой, изготовление затруднительно, вносимые потери составляют 0,5 - 1,2 дБ. Эта конструкция подходит как для градиентных, так и для ступенчатых световодов. Разделение мод и потери растут с ростом угла , под которым соединены ВС.

Разветвитель с расщеплением пучка показан на рис. 7.

Рис. 7

Световод разрезан под углом 450 к оси, торцы его отполированы и покрыты частично отражающими и диэлектрическими зеркалами. Величина потерь составляет 0,5 дБ.

В разветвителях со вспомогательными элементами широко используют диэлектрические цилиндрические линзы, представляющие собой отрезок градиентного волоконного световода с параболическим профилем показателя преломления.

Лучи периодически фокусируются на оси линзы в точках, расстояние f между которыми определяется длиной волны сигнала. Некоторые типы разветвителей с линзами показаны на рис. 8.

                 1                              2            1                                2  

                              

                                                

                                                                                                 3

                                    3

                  а)                                                 б)

Рис. 8

а) - с частично отражающим покрытием;

 б) - без отражающего покрытия

1- входной ВС;   2, 3 - выходные ВС

На торцы линз иногда наносится частично отражающие покрытия.

На рис. 9 представлен звездообразный ответвитель.

                                                                                   1                   2

                                                                            3

                         4

Рис. 9

1- смесительный стержень;   2 - сферическое зеркало;

3 - просветляющее покрытие;   4 - пучок ВС

Он состоит из цилиндрического корпуса со стеклянным смесительным стержнем. Один из концов смесительного стержня представляет собой сферическое зеркало, на другой конец нанесено просветляющее покрытие. Излучение, выходящее из какого-либо световода, отражается от зеркала и равномерно распределяется всем ВС. Это дает возможность каждому терминалу в системе передавать и принимать данные от любого другого терминала.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

81217. Основные течения раннего протестантизма 24.21 KB
  Англиканство сочетает католический догмат о спасающей силе церкви с протестантским учением о спасении личной верой. Отвергается Священное Предание учение о чистилище о преизбыточных заслугах святых монашество иконы католические святые мощи обет безбрачия священников целибат и т. Одно из главных мест в его философии занимало учение ;О двойном переопределении . Идеологическая основа цвинглианства представляет изложенное в посланиях апостола Павла учение об искуплении Христом первородного греха и даруемом божественной благодатью...
81218. Поздний протестантизм, его основные формы 24.4 KB
  Баптисты веруют во второе пришествие Христа и воскресение мертвых. Установится тысячелетнее царствование Христа. Название связано с мифом о сошествии Святого Духа на апостолов в 50й день после вознесения Христа. Иеговисты признают единым богом Иегову Иисуса Христа порождением Иеговы и исполнителем его воли а под Святым Духом понимают власть Иеговы которая может влиять на сознание людей.
81219. Русская религиозная философия 28.04 KB
  Рассматривается вопрос мира и бытия человека в нем общественной жизни и исторического процесса. Ее духовным источником было православие а в центре внимания находилась тема Бога и человека взаимоотношение между ними. Основой нравственного прогресса поведения человека его воспитания и всей педагогики является по его мнению \'\' нерасторжимая связь поколений поддерживающих друг друга в прогрессивном исполнении одного общего дела приготовления к явному Царству божию и к воскресению всех \'\'. Смысл и значение человека и человечества встать...
81220. Понятие и сущность религии. Основные подходы к ее трактовке 23.23 KB
  Сегодня существует многообразие исследовательских подходов к изучению природы и сущности религии в рамках которых предлагается разнообразие определений религии. Сущность религии выводят из наличия в мире сверхъестественных сил поэтому объективный идеализм философская основа теологии как системой обоснования и защитой религии. Существование религии объясняется расколом между телом и душой.
81221. Структура религии. Специфика религиозного сознания 24.51 KB
  Она включает в себя такие важнейшие элементы как: религиозное сознание религиозный культ религиозная организация. Интегративной чертой религиозного сознания является религиозная вера. Религиозное сознание неоднородно и существует на двух уровнях: обыденный или религиозная психология: совокупность представлений установок стереотипов чувств и настроений верующих. концептуальный или религиозная идеология: система идей принципов концепций разработанная и пропагандируемая теологами и служителями церкви.
81222. Религиозный культ и религиозные организации 24.7 KB
  Предметом культовой деятельности становятся различные объекты и силы осознаваемые в форме религиозных образов. Способы культовой деятельности определяются содержанием религиозных верований а также зависят от средств культа. На основе религиозных взглядов складываются определенные нормы предписания о том что и как нужно делать. Результатом культовой деятельности является прежде всего удовлетворение религиозных потребностей оживление религиозного сознания.
81223. Религия как социальное явление. Основные функции религи 23.81 KB
  Основные функции религии. Несколько подходов к определению религии: теологический философский критический научный. Два основных взгляда: религия существует в многообразии религий своего рода универсалия общий термин; религии существуют как модификации единой первоначальной религии. Функции религии...
81225. Происхождение религии и ее ранние формы 25.23 KB
  Тотемизм вера в сверхъестественное родство между определенной группой предметов и людей. Магия совокупность представлений и обрядов в основе которых лежит вера в возможность влияния на людей предметы и явления объективного мира с помощью определенных символических действий. Анимизм вера в существование духов и душ. Существует как вера в духов не только умерших людей но и в духов природных явлений.