Глава_5

41

волокон потери в сварном соединении составляют 0.05 – 0.1 дБ как для

многомодовых, так и одномодовых волокон. Уровень обратного отражения

(отношение интенсивности отраженного от сварного соединения излучения к

проходящему через соединение) определяется степенью оптической

неоднородности в сварном шве и составляет -60….-70 дБ. Причиной

уменьшения натяжного усилия (устойчивости к продольной нагрузке) является повышенная концентрация и большие размеры микротрещин на поверхности волокна в окрестности сварного шва.

Место сплавления волокон обладает меньшей прочностью, поэтому сварное соединение требует дополнительной защиты. Защита осуществляется с помощью специального комплекта защиты сварки (КЗС).

Механические сплайсы. При разрыве оптических волокон, например при повреждении кабеля локальной сети, можно соединить волокна, не прибегая к сварке. Механический сплайс - это прецизионное и простое в использовании устройство для быстрой стыковки волокон. Он представляет собой заполненный иммерсионным гелем оптический капилляр, диаметр отверстия которого посредине почти равен диаметру оболочки волокна, а по краям увеличивается. Подготовленные волокна вводятся с двух сторон в капилляр до соприкосновения их торцов, а затем специальными зажимами на краях капилляра фиксируются. Сплайс предназначен для многоразового

(организация временных соединений) или одноразового (организация постоянного соединения) использования. Он обеспечивает вносимые потери < 0,2 дБ и обратные потери < -50 дБ. По надежности и по вносимым потерям механический сплайс уступает сварному соединению.

Разъемные соединения. Эти соединения необходимы для соединения источников излучения и фотоприемников с ОВ, а также для создания ряда контрольных точек между ОВ, т.е. в случаях, где требуется многократное соединение-разъединение волокон.

В настоящее время разработано достаточно большое количество типов разъемных соединителей. Наиболее широкое распространение получили

42

соединители типов SC, ST и FC (рис. 5.16).

С т а н д а р т S C. Соединитель SC (рис. 5.17 а), считается самым перс-

пективным, и применяется практически во всех разновидностях ВОСП.

Прямоугольная форма с малыми размерами обеспечивают высокую компактность соединителя SC. Конструкция - защелка с фиксатором (push-pull) - обеспечивает простое подключение и большую концентрацию соединителей на оптических панелях. Соединитель SC выпускается как на многомодовое

(ММ), так и на одномодовое (SM) волокно

а)

б)

в)

Рис.5.17. Разъемные соединители.

С т а н д а р F C. Резьбовой соединитель FC (рис. 5.17 б) преимущест-

венно используется с одномодовым волокном. Его оптические характеристики такие же, как у SC. Однако, из-за резьбовой конструкции он менее удобен и менее компактен, чем SC. В частности он не имеет дуплексного исполнения.

Ст а н д а р т S T. Основная область применения соединителя ST (рис.

5.17в) - сети передачи данных, в особенности локальные сети. Соединители ST

выпускаются как на многомодовое, так и на одномодовое волокно. Они имеют круглое поперечное сечение, подпружиненный наконечник, байонетный тип фиксации с ключом.

Основные параметры, которыми характеризуются разъемные соединения:

вносимые потери, уровень обратного отражения, количество переподключений.

43

Оптические потери в разъемах, вызваны, в основном, потерями на рассеяние излучения, возникающее как из-за геометрического рассогласования торцов волокон, так и качества их обработки. Типичная величина потерь в многомодовых разъемах - 0.2…. 0.3 дБ, в одномодовых - 0.5 дБ.

Рассеяние излучения ведет не только к ослаблению проходящего сигнала,

но и увеличивает отраженное оптическое излучение (обратное отражение).

Обратное отражение является вторым по значимости отрицательным фактором после вносимых потерь и, как правило, начинает сказываться в оптических линиях высокоскоростной цифровой передачи, широкополосной аналоговой передачи, или в магистральных линиях с большим числом разъемных соединений.

Обычно соединители рассчитаны на 500-1000 переподключений. За это время увеличение вносимых потерь не должно превысить 0,2 дБ. Этого количества подключений при обычной эксплуатации более чем достаточно.

5.7. Нейтральные и спектрально-селективные разветвители.

Одним из важных устройств, относящихся к пассивным компонентам ВОСП, является оптический разветвитель. Разветвители широко используются в локальных сетях, при построении распределенных волоконно-оптических сетей кабельного телевидения, а также в межгосударственных проектах полностью оптических сетей.

Оптический разветвитель представляет собой в общем случае оптический многополюсник, в котором излучение, подаваемое на часть входных оптических полюсов, распределяется между его остальными оптическими полюсами.

По спектральным свойствам ОР делятся на нейтральные

(ахроматические) и спектрально-селективные.

Нейтральные разветвители. Нейтральным называется разветвитель,

характеристики которого в достаточно широком спектральном диапазоне не

44

зависят от длины волны оптического излучения. По топологии разветвители делятся на древовидные, звездообразные и ответвители (рис.5.18) .

Древовидный разветвитель осуществляет разделение одного входного оптического сигнала на несколько выходных, или выполняет обратную функцию - объединение нескольких сигналов в один выходной (рис. 5.18а ).

Обычно древовидные разветвители распределяют мощность в равной степени между всеми выходными полюсами. Конфигурация полюсов обозначается как п х m, где n - число входных полюсов (для древовидного разветвителя n = 1), а m -

число выходных полюсов, когда устройство работает в режиме разветвления оптического сигнала. Количество выходных портов может находиться в пределах от 2 до 32. Большинство древовидных разветвителей полностью обратимые. Поэтому разветвитель может выполнять функцию объединения сигналов.

Рис.5.18. Виды нейтральных разветвителей.

Звездообразный разветвитель (рис.5.18 б) обычно имеет одинаковое число входных и выходных полюсов. Оптический сигнал приходит на один из n

входных полюсов и в равной степени распределяется между m выходными полюсами. Большее распространение получили звездообразные разветвители

2х2 и 4х4. Во избежание путаницы по входным и выходным полюсам, принято обозначать входные полюса латинскими буквами, а выходные полюса -

цифрами. В звездообразных разветвителях мощность в равной степени распределяется между всеми выходными полюсами.

45

Ответвитель - это обобщение древовидного разветвителя, когда выходная мощность необязательно в равной пропорции распределяется между выходными полюсами (рис. 5.18 в). Размерность ответвителей от 1х2 до 1х32.

Некоторая доля ( 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.

Основные параметры нейтральных разветвителей. Рассмотрим эти параметры.

Коэффициент передачи определяет потери мощности сигнала, который приходит на один из входных полюсов и выходит с одного из выходных полюсов. Коэффициент передачи определяется соотношением

aпот(i,j) = - 10 lg(Pi,j /Pi ) [дБ].

Здесь Pi - мощность оптического сигнала, приходящего на полюс i (например,

на порт d): Рi,j - мощность, регистрируемая на выходном полюсе j при условии поступления сигнала на входной полюс i (например, на порт 1). Индексы i, j

пробегают значения номеров входных и выходных полюсов соответственно,

например i = а, j = 1.

Коэффициент направленности является мерой того, как хорошо разветвитель передает мощность в предназначенные выходные полюса. Он показывает интенсивность нежелательного обратного сигнала, возникающего на другом полюсе из входной группы полюсов, и определяется как bнапр(i,j) = 10 lg (Pij /Рi ) [дБ]. Индексы i, j относятся к одной группе полюсов, например i = 2, j = 3, или i = a, j = с. Для точного измерения коэффициента направленности,

необходимо подавить влияние обратного рассеяния от торцов остальных входных и выходных полюсов.

Потери обратного рассеяния bобр(i) = 10 lg(Pii/Pi) [дБ]. Здесь Рii –

регистрируемая выходная мощность на полюсе i при условии подачи сигнала на этот же полюс. Этот коэффициент схож с коэффициентом обратных потерь в оптических соединителях. Процедура измерения потерь на обратном отражении во многом аналогична измерению коэффициента направленности - все полюса

46

за исключением i-го помещаются в поглощающую жидкость .

Коэффициенты передачи принимают положительные значения и характеризуют эффективность передачи в прямом направлении. Коэффициенты направленности и потерь на обратном рассеянии принимают отрицательные значения и характеризуют нежелательные обратные сигналы.

Полные избыточные потери определяются как aполн(i ) = -10 lg ( Рi,j )/ Рi)

[дБ], где знаменатель дроби под логарифмом соответствует входному сигналу на входном полюсе i, а числитель суммарному полезному выходному сигналу.

Этот параметр - общая характеристика работы разветвителя.

Рабочий диапазон длин волн - диапазон длин волн, в пределах которого определена работа разветвителя. Чем шире диапазон, тем меньше зависимость вносимых потерь разветвителя от длины волны.

Потери на разветвлении - это потери, связанные с тем, что мощность естественным образом распределяется между выходными полюсами. Для идеального разветвителя с одним входным и n выходными полюсами, в

предположении равенства взаимного равенства мощностей между ними всеми выходными портами, потери на разветвлении определяются соотношением

аразв= -10 lg(1/n)[дБ]. Это - минимальное значение, присущее идеальному разветвителю с симметричными выходными полюсами. Так, для разветвителя 4х4 потери аразв 6 дБ .

Спектрально-селективные разветвители (спектральные

демультиплексоры). Это оптические многополюсники, коэффициент передачи которых зависит от длины волны.

Основное назначение таких устройств: разделять по выходным полюсам оптические сигналы с разной оптической несущей – разной длиной волны.

Спектрально-селективные разветвители, как и нейтральные, - обратимые устройства. Работающий в режиме объединения разветвитель - спектральный

мультиплексор. Спектральные мульти/демультиплексоры используются в ВОСП с волновым объединением/разделением информационных каналов ( см.

п. 8.5).

основе интерференционных явлений в интерферометре Маха-Цандера или

отражающие объемные дифракционные решетки, а также волоконно-

оптические решетки (решетки Брэгга). На рис. 5.19 схематически изображена отражательная дифракционная решетка.

Рис.5.19 Отражательная дифракционная решетка Она представляет собой подложку с зеркальной поверхностью и

рельефом определенного профиля, причем период профиля равен (рис.6).

Оптическое излучение под углом пад падает на дифракционную решетку, а

отражается от нее под углом отр. Базовое уравнение решетки можно представить в виде

(sin пад- sin отр) = m ,

где - длина волны оптического излучения, m – целое число (1,2…) – порядок дифрации.

49

основе отражательной дифракционной решетки Волоконно-оптические решетки Брэгга (периодические структуры,

выполненные внутри волокна в его сердцевине) являются эффективными устройствами, предназначенными для выбора отдельных спектральных каналов в системах с плотным волновым объединением каналов. Такая решетка является полностью волоконно-оптическим устройством и имеет ряд достоинств: низкую стоимость, низкие потери ( 0.1 дБ), простую стыковку с другими волокнами, низкую чувствительность к поляризации, высокую температурную стабильность и простоту конструкции. Техника изготовления решетки основывается на том, что легированное германием кварцевое ОВ обладает высокой фоточувствительностью. Свойство заключается в том, что можно получить изменение показателя преломления сердцевины волокна,

облучая его ультрафиолетовым излучением ( =0.244 мкм). Используя это свойство можно изготовлять оптические фильтры с полосой пропускания 100

ГГц и менее.

Для изготовления ВО решеток могут быть использованы различные методы. При методе внешней записи два ультрафиолетовых пучка пересекаются в области сердцевины ОВ, образуя интерференционную картину

(Рис.5.21). В области с высокой интенсивностью ультрафиолетового излучения образуется увеличение показателя преломления сердцевины, а в области с нулевой интенсивностью показатель преломления остается неизменным. Таким образом формируется протяженная отражательная решетка Брэгга в сердцевине ОВ. Когда многоволновый оптический сигнал падает на решетку, излучение с длиной волны, согласованное по фазе с условием брэгговского отражения, не пропускается.

50

Рис.5.21 Схема записи волоконно-оптической дифракционной решетки

Изготовленная решетка представляет периодическую структуру,

сформированную модуляцией показателя преломления волокна вдоль его сердцевины

где n1 - показатель преломления сердцевины, n - наведенное ультрафиолетовым излучением изменение показателя преломления.

Максимум отражения R решетки имеет место тогда, когда выполняется условие Брэгга для отраженной волны В в виде

В = 2 nэфф

где - период решетки, nэфф –эффективный показатель преломления сердцевины для направляемой моды. Для указанной волны максимум отражения Rmax решетки определяется как

Rmax = th2(kL)

где L - длина решетки и k - коэффициент связи, который для однородной синусоидальной модуляции показателя преломления внутри сердцевины может быть определен как