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

13 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

73037. Назначение и принцип действия дифференциальной защиты 123.57 KB
  Дифференциальное реле КА включается параллельно вторичным обмоткам трансформаторов тока. При таком соединении в случае внешнего КЗ и при токе нагрузки вторичные токи JiB и ц замыкаются по обмотке реле КА и направлены в ней встречно поэтому ток в реле...
73038. ЗАЩИТA ГЕНЕРАТОРОВ 21.18 KB
  Большинство повреждений генератора вызывается нарушением изоляции обмоток статора и ротора которые происходят вследствие старения изоляции ее увлажнения наличия в ней дефектов а также в результате перенапряжений механических повреждений например из-за вибрации стержней обмоток...
73039. ДИСТАНЦИОННАЯ ЗАЩИТА ЛИНИЙ 138.84 KB
  Выдержка времени ДЗ t З зависит от расстояния дистанциирис. Ближайшая к месту повреждения ДЗ имеет меньшую выдержку времени чем более удаленные ДЗ. Зависимость времени действия ДЗ от расстояния или сопротивления до места КЗ называется характеристикой выдержки времени ДЗ.
73040. Особенности психофизического развития умственно-отсталых слепоглухих 67 KB
  Современные исследования показывают, что нет необучаемых детей и даже самых тяжелых можно чему-то научить, используя специфические методы, приемы и средства обучения, организуя «пошаговое» обучение, глубокую дифференциацию и индивидуализацию обучения, обязательное включение родителей в педагогический процесс.
73041. Противоаварийная автоматика и втоматика частотной разгрузки 20.22 KB
  Противоаварийная автоматика, обеспечивающая сохранение устойчивости ЭЭС (ОЭС), должна дублироваться и выполняться по разным принципам выявления нарушений нормального режима. Одновременный вывод обоих комплектов из работы допускается лишь после разработки...
73042. Релейная защита 13.75 KB
  Действия средств релейной защиты организованы по принципу непрерывной оценки технического состояния отдельных контролируемых элементов электроэнергетических систем. Быстродействие это свойство релейной защиты характеризующее скорость выявления и отделения...
73043. Силовой трансформатор 15.86 KB
  Силовой трансформатор — стационарный прибор с двумя или более обмотками, который посредством электромагнитной индукции преобразует систему переменного напряжения и тока в другую систему переменного напряжения и тока, как правило, различных значений при той же частоте в целях передачи электроэнергии без изменения её передаваемой мощности.
73044. Нетрадиционные источники энергии 14.79 KB
  Солнечные устройства служат для отопления и вентиляции зданий опреснения воды производства электроэнергии. В последнее время интерес к проблеме использования солнечной энергии резко возрос. Использование всего лишь 00125 количества энергии Солнца могло бы обеспечить все сегодняшние потребности мировой энергетики.
73045. Особенности конденсационных электростанций 185.27 KB
  В отечественной энергетике на долю КЭС приходится до 60 выработки электроэнергии. Основными особенностями КЭС являются: удаленность от потребителей электроэнергии что определяет в основном выдачу мощности на высоких и сверхвысоких напряжениях и блочный принцип построения электростанции.