Облако Тэгов

Оптические сплиттеры

Оптический делитель/сплиттер/разветвитель — неселективный пассивный элемент (N-полюсник), имеющий минимально три полюса/порта и распределяющий входящую оптическую мощность между выходными портами в определенном соотношении, без какого-либо усиления или переключения. 

Оптические сплиттеры классифицируются по характеристикам

  • Технология изготовления
  • Количество входов

 

В настоящее время существует две наиболее распространенные технологии изготовления оптических разветвителей — Fused Biconical Taper (FBT) и Planar Lightwave Circuit (PLC).

 

Оптические делители, созданные по технологии FBT, называют биконическими или сварными (Fused coupler). Название «сварные» делители получили по технологии производства, а «биконические» по принципу работы. Технология производства относительно проста — два волокна с удаленными внешними оболочками (лак, пластиковый буфер) сплавляют в четырехполюсник с двумя входами и двумя выходами (2:2). Если же требуется делитель 1:2,  то один из входов «заглушают» безотражательным методом.

1 FC

Рис.1 Процесс изготовления делителей сварного типа

 

Принцип работы сварного делителя заключается в совмещении оптических волноводов перед сплавлением таким образом, чтобы необходимая доля входящего оптического сигнала передавалась через боковые поверхности. 

 2

Рис.2 Принцип работы делителя сварного типа

 

В зависимости от взаимопроникновения сердцевин свариваемых волокон можно обеспечить неравномерное разделение мощности, например, 25:75 (25% мощности сигнала проходит в один порт, 75% в другой). 

 

Следует отметить, что «простота» технологии производства, о которой говорилось выше, определяет и негативные особенности сварных делителей: 

1) Плохая воспроизводимость параметров. Не сказывается на потребительских качествах продукции, но усложняет процесс производства  

2) Отсутствует возможность передачи сигналов с широким спектром длин волн. Данная особенность связана как с процессом производства, так и с физическим устройством оптических волокон

 

В зависимости от спектральных характеристик сварные делители подразделяется на несколько типов

  • однооконные — пропускают оптические сигналы одного «окна прозрачности»
  • двухоконные — пропускают оптические сигналы из двух «окон прозрачности»
  • трехоконные — пропускают оптические сигналы из трех «окон прозрачности»

 

Окно прозрачности представляет собой диапазон длин волн оптического излучения, в котором имеет место меньшее, по сравнению с другими диапазонами, затухание излучения в волокне. В зависимости от "оконности" делители могут с минимальными потерями пропускать сигналы на длинах волн: 1310, 1490, 1550 нм.

 

В случае, когда требуется сварной делитель с количеством выводов более двух, например, четыре — предварительно изготавливают три делителя 1:2 с требуемыми характеристиками, а уже после происходит процесс их сращивания, как показано на рисунке 3. Аналогичным образом можно создать делитель 1:64.

 3 1х4

 Рис.3 Схема оптического делителя 1:2

 

Оптические делители, выполненные по технологии PLC, называют планарными.

 

Процесс производства данных разветвителей более сложен и включает в себя несколько этапов:

1) Нанесение на кварцевую подложку отражающего слоя-оболочки. На данный слой наносится материал волновода, на котором впоследствии формируется маска для травления

2) Травление отражающего слоя. Результатом процесса травления является система волноводов-«дорожек»

3) Нанесение второго отражающего слоя. В результате структура делителя становится схожа с простым оптическим волокном, отражающий слой — оболочка волокна, вытравленные «дорожки» — сердцевина волокна

4) Вклейка оптических выводов. В отличии от сварных сплиттеров, представляющих собой оптические волокна, сваренные между собой, планарные делители являются отдельной структурой. Для создания оптических выводов, к концам вытравленных «дорожек» приклеиваются оптические волокна

 4 PLS

 Рис.4 Процесс изготовления делителей планарного типа

 

Необходимое количество выводов достигается комбинацией простейших масок травления делителей 1×2. Планарная технология позволяет изготавливать делители с числом выходных волокон кратным 2 до 64 выходных портов включительно.

 

Благодаря более сложной и прецизионной технологии изготовления, планарные делители обладают более стабильными и точными оптическими характеристиками. В делителях данного типа не возникает проблемы повторяемости результата, как наблюдается в сварных, а также планарные делители избавлены от понятия «оконность», так как  работают в широкополосном диапазоне волн 1260-1650 нм. Однако при всех своих неоспоримых плюсах, планарные делители не могут «похвастаться» возможностью заданного деления входящего сигнала. В связи с технологическим процессом производства сплиттер делит приходящую мощность только 50 на 50 с минимальными погрешностями, что бывает не всегда удобно и необходимо.

 

По количеству входов все оптические сплиттеры подразделяются

  • X-образные — несколько входов и несколько выходов
  • Y-образные — один вход и несколько выходов

 

Самый простой Х-образный оптический делитель имеет два входа и два выхода, так называемый оптический разветвитель 2:2. При производстве таких делителей можно использовать обе вышеперечисленные технологии. В случае делителя 2:2 процесс производства по технологии FBT ничем не примечателен, а вот для производства такого делителя по технологии PLC  необходимо соединить (зачастую для этого используют сварку оптических волокон) два планарных делителя типа 1:2. Следует отметить что Х-образные делители продукт весьма специфический и на данный момент используется только в качестве вспомогательного компонента оптических устройств, например, в перестраиваемых мультиплексорах ввода/вывода (ROADM).

 

Y-образный оптический делитель — это оптический сплиттер, который имеет один вход и два выхода, так называемый оптический разветвитель типа 1:2. Y-образные делители бывают двух типов — симметричные и несимметричные.

Симметричные Y-образные оптические делители разделяют оптическую мощность между выходами равномерно. Под описание данного типа делителей попадают сплиттеры, выполненные по любой технологии (следует помнить, что при помощи технологии FBT производятся сплиттеры с любым делением, включая и равномерное).

Несимметричные оптические делители позволяют разделить оптическую мощность в определенной пропорции. К данному типу можно отнести только сварные делители с неравномерным делениям по выходным портам.

 

Наиболее широкое применение оптические делители получили в трех отраслевых нишах

  • Сети передачи кабельного телевидения
  • Пассивные оптические сети (PON)
  • Компоненты сложных оптических устройств

 

В сетях передачи кабельного телевидения, сети CATV, в большинстве случаев используют делители сварного типа, так как обеспечивают неравномерное деление, позволяя создавать трассы с топологией «точка-многоточие». В данном случае делители используются в качестве ADM (add drop module) — меньшая часть оптического сигнала выделяется, а большая передается далее по трассе.

В некоторых случаях, использование планарных делителей в сетях CATV является наиболее предпочтительным, но при соблюдении главного условия —  возможности равномерного деления сигнала на все выводы.

 

В сетях PON коммутация на участке между оптическим линейным терминалом (OLT), расположенным в центральном узле связи, и абонентским оптическим сетевым терминалом (ONT) производится по средствам одного или нескольких пассивных разветвителей установленных по трассе. В зависимости от географической удаленности абонентов от головной станции выбираются различные типы делителей. В случае, если все абоненты равноудалены от головной станции или разница в удаленности крайне незначительная, используют планарные делители. В случае, если абоненты находятся на разном отдалении от головной станции — используются делители сварного типа. Следует отметить, что интернет-трафик и телефония в сетях PON передает и принимает на длинах волн 1490 нм и 1310 нм, что позволяет использовать в сетях PON двухоконные делители сварного типа.

 

В качестве компонентов оптических систем зачастую используются делители сварного типа с неравномерным делением. Самым распространенным назначением данных  пассивных компонентов является отведение оптической мощности в тестовый порт или на измерительное оборудование, например, в оптических усилителях с обратной связью делители передают часть сигнала на фотодетекторы, контролирующие работу усилителя.