7.3. Оптические разветвители

Во многих случаях возникают задачи разделения и объединения потоков излучения, проходящих по ОВ. Устройства, выполняющие эти операции, называют оптическими разветвителями. Они находят применение для передачи нескольких сигналов по одному ОВ, организации дуплексной связи по одному ОВ, создания звездной топологии на физическом уровне в чисто оптических локальных сетях. Оптические разветвители широко используются для непрерывного контроля (мониторинга) ответственных ВОЛС, входят в состав многих оптических измерительных приборов и поверочных установок. Функцию разделения и объединения световых потоков могут выполнять полупрозрачные зеркала и светоделительные кубики. Однако в ВОЛС чаще используют разветвители на основе ОВ.

Оптические разветвители на основе ОВ можно разделить на [1]: древовидные, звездообразные и ответвители (рис. 7.27).

а
б

Рис. 7.27. Типы разветвителей: а) древовидный, б) звездообразный.

Древовидный разветвитель 1  m расщепляет один оптический сигнал на m направлений (полюсов) или выполняет обратную функцию объединения нескольких оптических сигналов в один общий сигнал. Такие разветвители распределяют оптический сигнал в равной степени между всеми выходными полюсами (портами). В настоящее время находят применение разветвители с числом выходных портов от 2 до 32. Их также называют сплиттерами и используют в пассивных оптических сетях (PON).

Звездообразные разветвители n  m обычно имеют одинаковое количество входных n и выходных m портов. Оптический сигнал, пришедший на один из входов, равномерно распределяется между выходными портами. Наибольшее распространение получили звездообразные разветвители 2  2 и 4  4. Обычно входные порты звездообразного разветвителя обозначают латинскими буквами (a, b, c, d), а выходные цифрами (1, 2, 3, 4).

Ответвителями называют древовидные разветвители, у которых входная оптическая мощность распределяется между выходными портами неравномерно. Обычно большая часть мощности выходит через порт магистрального канала, а меньшая часть (менее 50%) ответвляется в другие каналы. Выходные каналы нумеруются в порядке убывания мощности.

Наибольшее распространение получили конструкции сварных разветвителей. Они изготавливаются путем скручивания ОВ в одной точке и расплавлением точки скрутки. Четырехпортовый разветвитель 2 2 изготавливают, скручивая 2 ОВ. Если каждое ОВ перед сваркой сложить петлей и затем сварить M ОВ, то получится разветвитель типа "звезда" с количеством лучей N=2M. Такой разветвитель будет разделять световой поток, который поступает в один из лучей, между остальными лучами примерно поровну.

Наиболее полной характеристикой разветвителя является матрица потерь. В таблице 7.2. приведена типовая матрица потерь для звездного разветвителя 4  4.

Таблица 7.2.

Матрица потерь оптического разветвителя a_ij

Вход (i)	Выход (j)
	a	b	c	d	1	2	3	4
a	45.5	48.5	47.2	49.7	6.8	6.9	6.7	6.7
b	47.6	46.1	47.4	49.7	6.9	6.8	6.8	6.6
c	49.8	47.6	45.9	46.9	6.6	6.8	6.8	6.7
d	50.5	48.2	48.9	46.2	6.6	6.7	6.8	6.7
1	6.7	6.8	6.9	6.7	47.1	47.3	48.9	46.6
2	6.7	6.8	6.8	6.7	47.8	46.5	49.7	48.3
3	6.7	6.9	6.8	6.7	48.3	46.5	47.7	48.5
4	6.7	6.6	6.9	6.8	47.3	46.7	49.1	47.9

Коэффициенты матрицы потерь можно рассчитать по экспериментально измеренным мощностям P_i на входе i и P_j на выходе j по выражению

(7.17)

Если индексы i и j расположены с противоположных сторон разветвителя (рис. 7.24), то коэффициент матрицы соответствует вносимым потерям при передаче сигнала от порта i к j. В соответствии с таблицей 7.2 вносимые потери между портами a и 1 составляют 6.8 дБ. Если индексы i и j расположены с одной стороны разветвителя, то коэффициент матрицы определяет переходное затухание разветвителя на ближнем конце между входами i и j, которое для входов a и b составило 48.5 дБ. Если индексы i и j совпадают, то коэффициент матрицы соответствует возвратным потерям порта i, которые характеризуют отражение и рассеяние сигнала поступающего на вход i. Для порта a возвратные потери составляют 45.5 дБ.

Для обеспечения достоверности результатов измерения коэффициентов матрицы потерь необходимо исключить отраженные сигналы от всех свободных портов, не участвующих в измерениях. Для этого все свободные входы и выходы погружают в иммерсионную жидкость с показателем преломления равным показателю преломления сердцевины ОВ. Для определения возвратных потерь используют дополнительный ответвитель, позволяющий разделить потоки, входящий в порт i и выходящий из этого порта.

К параметрам разветвителя можно отнести также полные избыточные потери по входу i

(7.18)

и соотношение разветвлений , которое можно выразить в процентах. В симметричном разветвителе минимально возможные вносимые потери составляют

. (7.19)

Для рассмотренного в таблице 7.2 разветвителя a_min = 6.02 дБ, а реальные потери превышают эту величину на 0.7-0.9 дБ.

Оптические разветвители, выполненные по сварной технологии, являются ахроматическими, т. е. их параметры мало зависят от длины волны