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

4 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

513. Технология производства лесных культур 264.5 KB
  Расчетно-технологическая карта на производство и выращивание лесных культур. Потребное количество посевного и посадочного материала, их стоимость. Техническая приемка, инвентаризация и перевод лесных культур в покрытую лесом площадь.
514. Проектування та розробка бази даних 267.4 KB
  Розробка бази даних в SQL Manager Lite for MySQL, яка зберігає інформацію про Internet магазин Sport-Device. Створення запиту на визначення найдорожчого товару, визначення коду товару з мінімальними вартостями. Результати застосування розробленої програмної системи.
515. Обработка одномерных массивов. Формирование новых массивов 246 KB
  Получить навыки разработки и реализации типовых алгоритмов обработки одномерных массивов на языке Delphi. Научиться формировать новые массивы из заданных массивов в соответствии с некоторым условием.
516. Исследование управляемого тиристора выпрямителя в схеме с нулевой точкой 231.5 KB
  Получение знаний физики электромагнитных процессов, протекающих в однофазном двухполупериодном регулируемом выпрямителе на тиристорах с нулевой точкой, овладение методом исследования кривых токов и напряжений на элементах выпрямителя при работе на активную и активно-индуктивную нагрузки.
517. Абстрактные типы данных. Списки 273 KB
  Абстрактные типы данных. Понятие объектно-ориентированного про-граммирования. Линейные односвязные списки. На языке С++ программа с объектно-ориентированной структурой для реализации линейных односвязных списков.
518. Программирование на языках высокого уровня 246 KB
  Программа вычисления объема параллелепипеда, стоимости покупки, состоящей из нескольких тетрадей и такого же количества обложек к ним, оптимальный вес пользователя, сравнивает его с реальным и выдает рекомендацию о необходимости поправиться или похудеть.
519. Структуры и алгоритмы обработки данных на тему 2-3 деревья 240 KB
  Определить поля для записей, которые будут храниться в списке согласно своему варианту. Провести сравнение быстродействие реализованных алгоритмов для различного количества записей. Разработать алгоритмы вставки, поиска и удаления для 2-3 деревьев.
520. Оперативний контроль поширення забруднень в річках методами математичного моделювання 925.5 KB
  Аналіз існуючих підходів до моделювання забруднень в річках. Теоретичні основи моделювання поширення забруднень. Програмний комплекс ти приклади розрахунків на конкретних об’єктах. Правила охорони праці під час експлуатації електронно-обчислювальних машин.
521. Экономическая оценка инвестиций 200.5 KB
  Формирование оптимального инвестиционного портфеля. Заёмные и привлечённые бюджетные источники финансирования инвестиций. Средства выделяемые из бюджета развития. Учет инфляции при оценке эффективности инвестиций.