Реферат: Оптические разветвители и их устройства
Разветвители (ответвители) сигнала играют важную роль в, ВОЛС. Различают разветвители чувствительные (селективные) к длине волны и нечувствительные (неселективные). Первые применяются для объединения (или разъединения) сигналов с различными оптическими несущими и называются мультиплексорами (и демультиплексорами соответственно). Вторые используются для разветвления оптической мощности при наличии большого числа оконечных устройств в линии связи, подключения шины данных в ЭВМ, приема контрольного сигнала или сигнала обратной связи, предназначенного для управления мощности источника излучения.
Мультиплексоры и демультиплексоры
Мультиплексирование позволяет увеличить информационную емкость ВОЛС. Применяемые в линиях устройства для объединения сигналов с различными несущими длинами волн (мультиплексоры) и разъединения (демультиплексоры) должны иметь малые вносимые потери. Мультиплексоры должны, кроме того, обеспечивать высокую степень изоляции между каналами. В зависимости от длины волны используют четыре различных способа получения устройств связи . В основу работы устройств положены три чувствительных к длине волны эффекта — угловая дисперсия, интерференция и поглощение. Демультиплексоры, используют угловую дисперсию решетки или призмы. Конструкция для разделения каналов с помощью интерференционного фильтра, структура поглощающего типа, используемая как демультиплексор. Каждый поглотитель состоит из чувствительного к длине волны фотодиода. Устройства с решеткой и призмой являются делителями с параллельным разделением каналов, а использующие фильтры и селективные фотодетекторы с последовательным.
Последовательное разделение применяется при небольшом числе каналов, так как с ростом числа каналов пропорционально увеличивается число элементов схемы (светофильтров, делительных пластин, зеркал, фокусирующих элементов) и соответственно растут потери на излучение.
Рисунок 3.1.0 - Принцип работы устройств связи, селективных к длине волны: а - с решёткой; б - с призмой; в - с интерференционным фильтром; г - с поглощающим фильтром; 1 - градиентная цилиндрическая линза; 2 - дифракционная решётка; 3 - хроматическии фильтр; 4 - призма; 5 - отражающее покрытие; 6 - селективные фотодетекторы
Наиболее широко используются устройства с интерференционным фильтром. Демультиплексоры такого типа выполнимы и в полностью волоконном исполнении без использования цилиндрических линз. Их устройство подобно устройству торцевых делителей мощности, в разрезе передающего ВС которых вместо полупрозрачной пластины расположен фильтр, чувствительный к длине волны [7].
Параллельное разделение, возможно осуществить как для малого, так и для большого (несколько десятков) числа спектрально уплотненных несущих в одном волоконном световоде (ВС).Параллельные детали представляют собой миниспектрометры. Как и спектрометр, делитель имеет диспергирующий элемент (решетку или призму), коллимирующий элемент (объектив или вогнутое зеркало), а также входную и выходную щели (роль которых выполняют сердцевины излучающего и приемных ВС). Схемас призмой не получила широкого распространения, так как призма ограничивает возможность миниатюризации устройства и характеризуется низкой дисперсией в диапазоне длин волн 1,1 ... 1,6мкм. Материалы для изготовления призм со значительной угловой дисперсией имеют большие потери. Кроме того, дисперсияпризм не постоянна по спектру. Наибольшее распространение получили устройства с дифракционной решеткой.
На рисунке 3.1.1 представлены зависимости вносимых потерьLi и переходного затуханияLa для полупроводникового лазера с шириной спектральной линии =2 нм и светодиода с =40 нм. Из рисунков видно, что с ростом уменьшается переходное затухание. Его можно увеличить, уменьшая плотность упаковки ВС (увеличивая параметрDf2a, где а — радиус сердцевины ВС). Однако при этом растут вносимые потери. Мультиплексоры и демультиплексоры с решетками мало пригодны для использования в ВОЛС, в которых источниками излучения являются светодиоды.
Примером устройства демультиплексора с решеткой является пятиканальный демультиплексор, изображенный на рисунке 3.1.2. Излучающий и пять приемных ВС объединены в линейку, расположенную в фокальной плоскости объектива (фокусное расстояние 23,8 мм, диаметр 14 мм).
Рисунок 3.1.1 - Зависимость вносимых потерь Li (штриховые кривые) и переходного затухания L, (сплошные кривые) от спектрального разделения каналов для полупроводникового лазера с шириной спектральной линии =2 нм (а) и све-тодиода =40 нм (б).
Примечание. Цифры на кривых показывают отношение пространственного разделения D/2a, где D — диаметр ВС, гa—диаметр сердцевины.
Излучение из передающего ВС коллимируется объективом, диафрагмирует на решетке и снова попадает в объектив, который в зависимости от длины волны фокусирует излучение на тот или другой приемный ВС. Вместо объектива может использоваться фокусирующий (градиентный) стержень или прозрачная среда с оптическим элементом на поверхности. Дифракционную решетку изготовляют анизотропным травлением кристаллической подложки по кристаллическим осям сквозь предварительно нанесенную маску. Решетка имеет несимметричные канавки. Параметры решетки (постоянная решетка =4 мкм, угол в = 6,2°) выбраны так, чтобы ее максимальная дифракционная эффективность достигалась на центральной длине волны =0,86 мкм рабочего диапазона 0,82...0,88 мкм. Спектральный интервал между каналами равен 25 нм. Во всем диапазоне дифракционная эффективность составляет величину, не превышающую 90%, вносимые потери в каналах не превышают 1,4 дБ, переходное затухание —30 дБ.
Большое внимание уделяется разработке малогабаритных делителей в интегрально-оптическом исполнении, а также различных делителей с вогнутыми решетками.
Делители оптической мощности
Неселективные разветвители подразделяют на два основных типа: Т-образные, построенные по принципу ответвления оконечных устройств от главного ствола линии, и звездообразные.
Рисунок 3.2.1 - Устройство пятиканального демультиплексора: 1—входной ВС; 2—выходные ВС; 3— объектив; 4—дифракционная решетка
Потери при распределении мощности излучения в системе с Т-образными соединителями возрастают пропорционально числу абонентов, а в системе со звездообразными ответвителями — пропорционально логарифму числа оконечных устройствN. Так, в системе с 20 оконечными устройствами общие потери составляют в первом случае 130 дБ, а во втором — 28 дБ. Поэтому в системах с большим числом абонентов целесообразно применение звездообразных соединительных устройств.
Деление мощности с помощью Т-образного разветвителя характеризуют следующими величинами затухания:
в прямом направленииa 1= - 10lg (P1/P2), P4=0;
вносимым a 2= - 10 lg (P2+P3), P4=0;
при ответвлении а 3= - 10 Ig (P1/Р3);
связи a 4= - 10 lg (P4/P2), P1=0;
в обратном направлении а 5= - 10 lg (P4/P1).
В звездообразном ответвителе к каждому из входных ВС подведена мощность Pе, (i=l, 2, ...,п), которая передается выходным ВС. Пусть Pа, (j=1, 2, ..., т) — мощность, поступающая в j-и выходной ВС. При равномерном распределении входной мощности между выходными ВС ответвитель характеризуют следующие величины:
потери на расщеплениеa n=10 lg m;
вносимые потериa.i,i= - 10 Ig Pe / (Pa1+Pa2+...+Pam);
--> ЧИТАТЬ ПОЛНОСТЬЮ <--