75370

ПАССИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ

Лекция

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Широкополосный разветвитель или же разветвитель нечувствительный к длине волны устройство работающее в двух окнах прозрачности: 1310 и 1550 нм. Другими словами вносимые потери должны быть одинаковы для любой длины волны в одном из окон. Мультиплексоры-демультиплексоры с разделением по длине волны устройства ветвления формально ничем не отличающиеся от разветвителей.

Русский

2015-01-12

700.5 KB

5 чел.

ПАССИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ

ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ

Оптические разветвители (сплиттеры и комбайнеры)

Оптический разветвитель – устройство, распределяющее излучение между оптическими волокнами

Сплиттер (splitter) имеет один входной порт и несколько выходных портов

Комбайнер (combiner) имеет один выходной порт и несколько входных портов

Мультиплексоры и демультиплексоры принципиально не отличаются от разветвителей, они распределяют световой сигнал между волокнами в зависимости от длины волны

Связь между плоскими волноводами за счет оптического туннелирования

Схема двухканального направленного ответвителя

Схема двухканального направленного ответвителя

 

Сплиттер (splitter) имеет один входной порт и несколько выходных портов.

Комбайнер (combiner) имеет один выходной порт и несколько входных портов.

Древовидный разветвитель (tree coupler) — устройство, принимающее поток (сигнал) на один вход и распределяющее его несколько выходов и наоборот. Оно используется для распределения сигнала от одного источника ко многим пользователям.

Звездообразный разветвитель (star coupler) - многопортовое устройство, имеющее, по крайней мере, два входных порта и два или более выходных портов. Оно может распределять или объединять сигналы с множества входных портов в один выходной порт, или принимать световой сигнал и распределять его на множество выходных портов.

Широкополосный разветвитель (или же разветвитель, нечувствительный к длине волны) — устройство, работающее в двух окнах прозрачности: 1310 и 1550 нм. Соответственно все аналогичные элементы ветвления должны иметь возможность работать в этих двух окнах. Другая желаемая особенность таких элементов ветвления — быть невосприимчивым к изменению рабочих длин волн внутри одного окна. Другими словами, вносимые потери должны быть одинаковы для любой длины волны в одном из окон.

Разветвитель доступа, или ответвитель (tap) — трех или четырехпортовое устройство ответвления для облегчения осуществления функций ввода-вывода обычно с малым уровнем оптической мощности. Его коэффициент ответвления в высшей степени неоднороден. Этот тип устройств может быть использован в гибридных (медь-волокно — HFC) кабельных сетях, для мониторинга статуса линии и для мультиплексоров ввода вывода.

Мультиплексоры-демультиплексоры с разделением по длине волны — устройства ветвления формально ничем не отличающиеся от разветвителей. Эти устройства распределяют световой сигнал в зависимости от длины волны. Мультиплексор используется для передачи нескольких световых сигналов (каждый на своей длине волны) по одному волокну. Демультиплексор принимает агрегированный световой сигнал, распространяющийся по одному волокну, и разделяет его на компоненты в зависимости от длины волны так, что каждая компонента направляется в отдельное волокно.

Принципиальная схема мультиплексирования по длине волны

 

ОПТИЧЕСКИЙ ИЗОЛЯТОР НА ОСНОВЕ ЭФФЕКТА ФАРАДЕЯ

Изоляторы — устройства, для которых потери света малы при распространении в одном направлении и велики в противоположном направлении. Изоляторы обычно устанавливают в выходных схемах устройств с высоким уровнем интенсивности света, таких как передатчики на лазерных диодах и усилители EDFA. Их функция — уменьшить уровень сигнала, отраженного назад в используемый лазерный диод или усилитель EDFA.

Характеристики изолятора определяются следующими критическими параметрами:

- спектральной зависимостью,

- малым уровнем вносимых потерь, <1 дБ в прямом направлении, и большим уровнем потерь в обратном направлении: больше 35 дБ (при одноступенчатой изоляции) и 60 дБ (при двухступенчатой изоляции), и слабой зависимостью от поляризации.

- поляризационной модовой дисперсией (PMD),

- потерями, зависящими от поляризации (PDL). Они ухудшают характеристики оптического изолятора.

При проектировании изоляторов используют эффект Фарадея. Он управляет вращением плоскости поляризации оптического луча в продольном магнитном поле. Это вращение происходит в том же направлении, что и направление распространение света, параллельно или антипараллельно направлению магнитного поля. Оптический изолятор состоит из цилиндрического стержня из материала с эффектом Фарадея, такого как железоиттриевый гранат (YIG), длина которого выбирается так, чтобы обеспечить поворот плоскости поляризации на 45°. Этот цилиндрический стержень помещается между двумя поляризаторами, чьи оси скрещены на 45° относительно друг друга. Свет, распространяющийся в одном направлении, проходит через второй поляризатор благодаря эффекту Фарадея. Свет, распространяющийся в противоположном направлении, блокируется первым поляризатором. Уровень изоляции должен быть больше, чем 30 дБ. Отражательная способность оптического изолятора должна быть на уровне 40 дБ и выше.

ОПТИЧЕСКИЕ ФИЛЬТРЫ

Интерферометр Фабри-Перо

R – коэффициент отражения зеркала В

Интерферометр Фабри—Перо (Ф—П) является устройством интерференционного типа, основанным на многократном отражении светового луча от двух поверхностей тонких пластин. Существует интерференционный максимум для каждой длины волны, который математически выражается так:

    (1)

где т — целое число, a dрасстояние между пластинами.

Интерферометр использует многократные отражения между двумя близко расположенными частично посеребренными поверхностями. Часть света проходит, а часть отражается каждый раз, когда свет достигает второй поверхности, образуя в результате много смещенных лучей, которые могут интерферировать друг с другом. Большое количество интерферирующих лучей создает интерферометр с исключительно высоким разрешением. Это чем-то напоминает множество щелей (шлицев) дифракционной решетки, которое увеличивает ее разрешение.

Резонатор Фабри-Перо - устройство, полученное из интерферометра Ф-П. Он представляет собой две параллельные пластины, отражающие свет вперед и назад. Степень дисперсности (тонкость структуры линий) является показателем того, как много волновых каналов могут одновременно пройти без серьезной интерференции между ними. Она является мерой энергии волн внутри резонансной полости относительно энергии, потерянной за цикл. Чем больше степень дисперсности, тем уже ширина резонансной линии. Степень дисперсности может рассматриваться как эквивалент понятия добротности Q электрических фильтров.

На основе резонатора Ф—П можно создать оптический фильтр с очень высоким разрешением по частоте. Настройка фильтра осуществляется путем изменения длины зазора между двумя зеркалами. При более сложной конструкции интерферометра Ф—П, вся структура целиком помещается в пьезоэлектрическую камеру так, что указанная длина зазора может быть изменена электрически для настройки и выбора определенного канала. Преимущества фильтров Фабри—Перо в том, что они могут быть интегрированы в систему без возникновения потерь на стыковку.

Волоконно-оптическое исполнение фильтра Фабри-Перо

Интерферометр Маха-Цандера

Интерферометр Маха—Цендера можно создать путем соединения двух выходных портов 3-дБ разветвителя к двум входным портам другого 3-дБ разветвителя. Первый разветвитель расщепляет оптический сигнал на два равных потока, затем каждый поток приобретает различные фазы.

Коэффициент пропускания интерферометра: 

Цепочка каскадов таких интерферометров М—Ц с определенным образом настроенными задержками работает как оптический фильтр, который может быть настроен путем небольшой подстройки длин ветвей.

Волоконно-оптическая решетка Брэгга (FBG)

Показатель преломления волокна - периодическая функция продольной координаты

Способ изготовления: интенсивное ультрафиолетовое облучение волокна через шаблон, имеющий период d

Модель решетки Брэгга

Решетка Брэгга является последовательностью полуотражающих параллельных пластин. Эти пластины отделены одна от другой на расстояние d. Свет, состоящий из нескольких или большого числа длин волн, входит с левой стороны. В зависимости от расстояния d будет наблюдаться отражение одной или нескольких длин волн. Этот отраженный свет выходит также с левой стороны, тогда как остальная группа длин волн света выйдет с правой стороны. Условия точного отражения длин волн, или условия Брэгга таковы:

     (2)

где п — произвольное число, а  - длина волны отраженного канала; d -представляет собой шаг, или период брэгговской решетки, который должен быть целым кратным половины длины волны. Отрицательный знак означает отражение, а п — означает порядок решетки Брэгга. Когда п = 1 (первый порядок), имеем d = /2, а при п = 2 (второй порядок), имеем d = .

Частотная характеристика полосового фильтра на FBG

Применения FBG: 1) мультиплексоры ввода – вывода (WDM), 2) выравнивание выходных сигналов EDFA на разных , 3) компенсация хроматической дисперсии

Принципиальная схема мультиплексирования по длине волны

ОПТИЧЕСКИЙ ДЕМУЛЬТИПЛЕКСОР НА МАССИВЕ ВОЛНОВОДОВ


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

67539. Электропривод с упругими связями. Уравнения трехмассовой системы и колебания в двухмассовой системе. Люфт в механической передаче. Удары и выход из контакта. Механическая передача с упругими связями 247.5 KB
  Рассмотрим упругий стержень, к концам которого приложены моменты М1, М2 (см. рис. 15.1). Концы имеют углы поворота α1 и α2, коэффициент жесткости стержня с12 . Если не учитывать момент инерции стержня, то из условия равновесия моментов получаем равенства...
67540. Установившиеся и переходные процессы в электроприводах. Система уравнений динамики двигателя постоянного тока независимого возбуждения 72.5 KB
  Система уравнений динамики двигателя постоянного тока независимого возбуждения Переходные процессы в электрических приводах. Примеры установившихся процессов для тока На рис.1 приведены примеры установившихся процессов для электрического тока постоянный ток переменный синусоидальный...
67541. Электромеханический и электромагнитный переходные процессы в двигателе постоянного тока независимого возбуждения. Электромеханический переходной процесс 140.5 KB
  Через время Тэм экспонента уменьшается в е = 2,71828 раз. За время 2Тэм она уменьшится в е2 раз. Через время 3Тэм экспонента уменьшается приближенно в 20 раз, тогда считают, что переходной процесс заканчивается (остается 5 % от первоначального значения экспоненты).
67542. Совместное протекание электромагнитного и электромеханического переходных процессов в двигателе постоянного тока независимого возбуждения 163 KB
  Апериодический и колебательный процессы Совместное протекание электромагнитного и электромеханического переходных процессов в двигателе постоянного тока независимого возбуждения. Допустим что в двигателе постоянного тока независимого возбуждения uв = const; Ф = const но индуктивность якоря...
67543. Метод последовательных интервалов. Включение обмотки возбуждения. Пуск двигателя постоянного тока последовательного возбуждения и трехфазного асинхронного двигателя. Метод последовательных интервалов 143 KB
  Для решения нелинейных дифференциальных уравнений на ЭВМ в настоящее время применяются эффективные численные методы. Включение обмотки возбуждения Рассмотрим переходный процесс при включения обмотки возбуждения двигателя постоянного тока на постоянное напряжение.
67544. Качания ротора синхронного двигателя. Уравнения электромагнита постоянного тока. Качания ротора синхронного двигателя 339.5 KB
  Качания ротора синхронного двигателя. При работе синхронной электрической машины подключенной к сети бесконечной мощности возможны качания ротора. При отклонении продольной оси ротора-индуктора от оси МДС возникает момент который стремится вернуть ротор в нейтральное положение.
67545. Виды теплопередачи. Электрические схемы замещения. Нагревание одного и двух тел 258 KB
  Отметим что теплопередача теплопроводностью наблюдается не только через твердые тела но и через жидкости и газы если они неподвижны. Теплопередача конвекцией Тогда закон Ома для теплового сопротивления имеет тот же вид: Отметим что в отличие от коэффициента теплопроводности λ имеющего достаточно...
67546. Тепловые режимы работы электроприводов. Средняя мощность и температура электродвигателей и электромагнитных устройств. Тепловые режимы работы электропривода 157 KB
  Поскольку двигатель как нагреваемое тело может рассматриваться в виде линейного объекта то средняя температура может быть найдена по средней мощности потерь. Мощность электрических потерь определяется по закону Джоуля-Ленца: pэ = ri2. Они состоят из потерь на гистерезис и вихревые токи и определяются формулой где m масса стали...
67547. Соотношения подобия в механике, электричестве и магнетизме 227 KB
  Простейшим видом подобия является геометрическое подобие. Коэффициент пропорциональности назовем коэффициентом подобия. Геометрически подобные треугольники Определяющим называется размер выбранный для задания коэффициента подобия.