Лабораторная работа №4. «Исследование характеристик оптического разветвителя 1х2».

Цель работы:

-получение навыков работы с измерителем оптической мощности «Алмаз 33»;

-измерение переходных ослаблений между световодами оптического разветвителя.

Теоретические сведения

Оптический разветвитель- это многополюсное пассивное устройство, в котором излучение, подаваемое на часть входных оптических полюсов, распределяется между его остальными оптическими полюсами.

Широкое распространение имеет оптический разветвитель на основе волоконных световодов, осуществляющий распределение оптической мощности от одного источника на два или более направлений (сплиттер - splitter). Обычно, такое устройство имеет один вход и два выхода (рис. 1).

Рис.1. Древовидный оптический разветвитель

Применяется также устройство, имеющее два входа и один выход, на котором суммируется оптическая мощность, поступающая по двум световодам.

Основные категории оптических разветвителей следующие: древовидный разветвитель, зведообразный разветвитель, ответвитель.

Древовидный разветвитель (tree coupler)

Древовидный разветвитель осуществляет расщепление одного входного оптического сигнала на несколько выходных, или выполняет обратную функцию – объединение нескольких сигналов в один выходной.

Обычно древовидные разветвители распределяют мощность в равной степени между всеми выходными полюсами. Конфигурация полюсов обозначается как n х m, где n - число входных полюсов (для древовидного разветвителя n = 1), а m - число выходных полюсов, когда устройство работает в режиме расщепления. В поставляемых в настоящее время моделях количество выходных портов может находиться в пределах от 2 до 32. Большинство древовидных разветвителей полностью двунаправленные. Поэтому разветвитель может выполнять функцию объединения оптических сигналов.

Звездообразный разветвитель (star coupler)

Звездообразный разветвитель обычно имеет одинаковое число входных и выходных полюсов. Оптический сигнал приходит на один из n входных полюсов и в равной степени распределяется между n выходными полюсами. Большее распространение получили звездообразные разветвители 2х2 и 4х4.

Во избежании путаницы по входным и выходным полюсам, принято обозначать входные полюса латинскими буквами, а выходные полюса – цифрами.

Ответвитель (tap)

Ответвитель - это обобщение древовидного разветвителя, когда выходная мощность распределяется необязательно в равной пропорции между выходными полюсами. Некоторая доля (меньше 50%) выходной мощности идет на канал (каналы) ответвления, в то время как большая часть остается в магистральном канале. Выходные полюса нумеруются в порядке убывания мощности. Конфигурации ответвителей бывают 1х2, 1х3, 1х4, 1х5, 1х6, 1х8, 1х16,1х32.

Рис.2. Типы разветвителей: а) древовидный разветвитель; б) звездообразный разветвитель; в) ответвитель

На рис. 3 представлены оптические разветвители 1х2 и 1х32.

а) б)

Рис. 3. Оптические разветвители: а) 1х2; б)1х32

Основной характеристикой разветвителя являются коэффициенты разветвления (коэффициенты передачи), определяемые отношением мощности в одном из выходных световодов к мощности во входном:

а₁₂=Р₂- Р₁, дБ (1),

а₁₃=Р₃- Р₁, дБ (2).

Количественно оценивается также однородность разветвителя, показывающая в каком отношении мощность, поступившая на его вход, делится между выходными световодами:

а₂₃=Р₃-Р₂, дБ (3).

Для разветвителей типа nxm, кроме перечисленных выше харктеристик, определяются: коэффициент направленности и потери на обратное рассеяние.

Для точного измерения коэффициента направленности, необходимо подавить влияние обратного рассеяния от соединителей в последующем канале. Для этой цели волокна всех полюсов за исключением a, b помещают в светопоглощающую иммерсионную жидкость с коэффициентом преломления, близким к оптическому волокну, рис. 4 а. Мощность, отраженная обратно, проходит через ответвитель. Ответвитель выбирается таким образом, чтобы подавляющая часть обратного сигнала направлялась в приемник. Перед этими измерениями ответвитель градуируется.

Процедура измерения потерь на обратном отражении во многом аналогична измерению коэффициента направленности - все полюса за исключением a помещают в светопоглощающую иммерсионную жидкость рис. 4 б.

Рис.4. Измерение: а) коэффициента направленности, б) потерь на

обратном отражении

Наиболее общий способ представления данных о разветвтеле основан на построении матрицы потерь. Для разветвителя nхn экспериментальным образом замеряются все приведенные выше коэффициенты, и строится матрица размером 2nх2n. Пример матрицы разветевителя 4х4 приведен на рис.5.

Рис.5. Типовая матрица потерь

Разветвитель с приведенной матрицей можно охарактеризовать следующим образом:

− максимальные вносимые потери на выходном полюсе 6,9 дБ;

− неоднородность (разность между максимальным (6,9 дБ) и минимальным (6,6 дБ) значением коэффициента передачи) 0,3 дБ;

− минимальное значение коэффициента направленности -минус 48,5 дБ;

− минимальное значение потерь на обратном рассеянии - минус 46,2 дБ.