Пасивні компоненти ВОЛЗ
До пасивних компонентам ВОЛЗ відносяться оптичні з'єднувачі та розгалужувачі, які служать для об'єднання або роз'єднання оптичних сигналів.
Розрізняють чутливі (селективні) та нечутливі (неселективні) пасивні компоненти. Перші застосовуються для об'єднання (або роз'єднання) сигналів з різними оптичними несучими і називаються відповідно мультиплексорами і демультиплексор. Другі використовуються для розгалуження оптичної потужності при наявності великої кількості кінцевих пристроїв в лінії зв'язку.
Мультиплексори і демультиплексори . Мультиплексування дозволяє збільшити інформаційну ємність ВОЛЗ. Застосовувані в лініях пристрої для об'єднання сигналів з різними несучими довжинами хвиль (мультиплексори) та роз'єднання (демультиплексори) повинні мати малі вносяться втрати. Крім того, вони повинні забезпечувати високу ступінь ізоляції між каналами. В залежності від довжини хвилі використовують чотири основні способи формування даних пристроїв.
В основу роботи пристроїв покладені три чутливих до довжини хвилі ефекту: кутова дисперсія, інтерференція і поглинання. Демультиплексори, показані на мал. 1.а, б, використовують кутову дисперсію грати або призми.
На рис. 1.в зображена конструкція для розділення каналів за допомогою інтерференційного фільтра, а на рис. 1.г - структура поглинаючого типу. При цьому кожен поглинач складається з чутливого до довжини хвилі фотодіода.
Пристрої з гратами і призмою є дільниками з паралельним поділом каналів, а використовують фільтри та селективні фотодетектори - з послідовним.
Послідовне поділ застосовується при невеликому числі каналів, так як з ростом числа каналів пропорційно збільшується число елементів схеми (сфетофільтров, ділильних пластин, дзеркал, фокусуючих елементів) і відповідно зростають втрати на випромінювання. Найбільш широко використовуються пристрої з інтерференц
ійних фільтром.
Інтерференційні фільтри пропускають вузьку область спектра, а решту випромінювання ефективно відображають.
У наведеній схемою шість фокусуючих елементів зістиковано торцями, між якими розміщені інтерференційні фільтри, причому кожен з них пропускає лише одну оптичну несучу. Втрати при виділенні однієї несучої від лазерного джерела випромінювання складають ~ 2,5 дБ, інтервал між несучими 30 нм.
демодулятора такого типу здійснимі і в повністю волоконному виконанні без використання циліндричних лінз. Їх пристрій подібно пристрою торцевих дільників потужності, в розрізі передавального волоконного світловода яких замість напівпрозорої пластини розташований фільтр, чутливий до довжини хвилі.
Паралельне поділ можливо здійснити як для малого, так і для великого (кілька десятків) числа спектрально ущільнених несучих в одному волоконних світловодів.
Паралельні деталі являють собою мініспектрометри. Як і спектрометр, дільник має диспергуючих елемент (грати або призму), коллімірующій елемент (об'єктив або увігнуте дзеркало), а також вхідну і вихідну щілини (роль яких виконують сердечники випромінюючого та прийомних волоконних світловодів).
Схема з призмою не отримала широкого розповсюдження, так як призма обмежує можливість ініатюрізаціі пристрої і характеризується низькою дисперсією в діапазоні довжин хвиль 1,1 - 1,6 мкм. Матеріали для виготовлення призм зі значною кутовий дисперсією мають великі втрати. Крім того, дисперсія призм не постійна за спектром. Найбільшого поширення набули пристрої з дифракційної гратами.
Кутова дисперсія першого порядку для решітки визначається її просторовим періодом - постійної решітки А і описується виразом
.
Якщо оптична потужність у кожному каналі практично монохроматичності, поділ каналів визначається визначається співвідношенням
,
де f - фокусна довжина лінзи;
D - прстранственное поділ виходів
волоконного світловода.
Кінцева ширина спектральної лінії таких джерел випромінювання, як світлодіоди, призводить до перекриття сусідніх каналів, тому мультиплексори і демультиплексори з решітками придатні в ВОЛЗ, в яких джерелами випромінювання є тільки напівпровідникові лазери з шириною спектральної лінії ~ 2 нм.
Випромінюючий і п'ять прийомних нд об'єднані в лінійку, розташованої в фокальній площині об'єктива (фокусна відстань 23,8 мм, діаметр 14 мм).
Випромінювання з передавального нд колліміруется об'єктивом, дифрагує на решітці і знову потрапляє в об'єктив, який в залежності від довжини хвилі фокусує випромінювання на той чи інший приймальний нд Замість об'єктива може використовуватися фокусуючий (градієнтний).
Дифракційна грати виготовляють анізотропним травленням кристалічної підкладки по кристалічним осях крізь попередньо нанесену маску.
Решітка має несиметричні канавки. Параметри решітки (постійна решітки А = 4 мкм, кут = 6,2 0 ) обрані так, щоб її максимальна дифракційна ефективність досягалася на центральної довжині хвилі = 0,86 мкм робочого діапазону 0,82 - 0,88 мкм. Спектральний інтервал між каналами дорівнює 25 нм. Вносяться втрати в каналах не перевищують 1,4 дБ, перехідне загасання не менше 30 дБ.
Дільники оптичної потужності . Неселективні розгалужувачі підрозділяють на два основних типи: Т-образні, побудовані за принципом відгалуження кінцевих пристроїв від головного стовбура лінії і зіркоподібні.
Втрати при розподілі потужності випромінювання в системі з Т - образними з'єднувачами зростають пропорційно числу абонентів, а в системі з зіркоподібними відгалужувачі - пропорційно логарифму числа кінцевих пристроїв N. Так в системі з 20 кінцевими пристроями загальні втрати становлять у першому випадку 130 дБ, а в другому - 28 дБ. Тому в системах з великою кількістю абонентів доцільне застосування зіркоподібних сполучних пристроїв.
Ділення потужності за допомогою Т-подібного розгалужувачі характеризують наступними величинами затухання:
в прямому напрямку
внесеним
при відгалуженні
зв'язку
у зворотному напрямку
У зіркоподібному відгалужувачі до кожного з вхідних нд підведена потужність Р Еi (i = 1, 2, ..., n), яка передається вихідним нд Нехай Р Аj (j = 1, 2, ..., m) - потужність, надходить в j-й вихідний Нд При рівномірному розподілі вхідний потужності між вихідними нд відгалужувач характеризують такі величини:
втрати на розщеплення
вносяться втрати
ослаблення в зворотному напрямку
, де = 1, 2, ..., n.
За своєю конструкції розгалужувачі поділяють на дві основні групи:
- биконические, в яких випромінювання передається через бічну поверхню;
- торцеві, в яких випромінювання передається через торець.
В обох групах передача випромінювання може здійснюватися або при безпосередньому контакті НД, або через допоміжні елементи - дзеркала, лінзи, змішувачі.
В біконічних розгалужувачі світло може бути витягнутий через бічну поверхню при перетворенні що спрямовується моди в моду випромінювання або при зв'язку з другим НД через зникаюче поле.
Перетворення хвилі, що розповсюджується в моди випромінювання одержують при вигині НД, при знятті оболонки або конічному звуженні серцевини. Вносяться втрати складають 0,2 - 1,0 дБ.
З розгалужувачів торцевого типу найбільш поширені такі, в яких торці вихідних нд безпосередньо зістиковано з торцем вхідного НД і закріплюються небудь механічним способом.
Змінюючи взаємне розташування торців НД і підбираючи їх поперечний переріз, можна варіювати в широких межах відношення потужностей в різних вихідних каналах. Вносяться втрати складають 0,3 - 1,2 дБ.
Зображено розгалужувач з розгалужених структурою, сформований шляхом склеювання або сплавки вихідних нд уздовж сошлифовать під малим кутом сердечника і з'єднання з торцем вхідного НД
Хоча принцип разветвителя простий, виготовлення важко, внесені втрати становлять 0,5 - 1,2 дБ. Ця конструкція підходить як для градієнтних, так і для східчастих світловодів. Поділ мод і втрати зростають з ростом кута, під яким з'єднані нд
волоконний зв'язок оптичний пасивний
Світловод розрізано під кутом 45 0 до осі, торці його відполіровані і покриті частково відображають і діелектричними дзеркалами. Величина втрат становить 0,5 дБ.
В розгалужувачі з допоміжними елементами широко використовують діелектричні циліндричні лінзи, що представляють собою відрізок градієнтного волоконного світловода з параболічним профілем показника заломлення.
Він складається з циліндричного корпусу з скляним змішувальним стрижнем. Один з кінців змішувального стрижня являє собою сферичне дзеркало, на інший кінець нанесено покриття, що просвітлює.
Випромінювання, виходить з якогось світловода, відбивається від дзеркала і рівномірно розподіляється всім НД Це дає можливість кожному терміналу в системі передавати і приймати дані від будь-якого іншого терміналу.
