Оптический делитель — это пассивное многополюсное (многопортовое) устройство, предназначенное для разделения светового потока на несколько волокон в заданных пропорциях. Представляет собой компактный корпус (трубка, пластиковая коробка) с одним или двумя входами и произвольным количеством выходами.
По принципу работы различаюттри основных типа делителей:
- Направленные делители — делители с коэффициентом передачи между оптическими портами, коэффициент передачи зависит от направления распространения оптического излучения;
- Ненаправленные делители — делители без коэффициента передачи между оптическими портами;
- Спектрально-селективные делители (оконные) — делители чувствительные к вводимым длинам волн, то есть одни длины волн делители «пропускают», а другие «не пропускают».
Принцип деления оптического сигнала достаточно прост, он основан на Y-ветвях. При движении по оптическому волокну, оптическая мода достигает области разветвления, в которой она адиабатически преобразуется. Таким образом, оптическая мощность равномерно разделяется на два волновода (см. рисунок ниже). Так устроен любой оптический разветвитель.
Наиболее широкое применение сплиттеры нашли в сетях операторов кабельного телевидения (CATV) и в современных пассивных оптических сетях (PON). Существенное отличие в использовании делителей в сетях кабельного телевидения и в сетях PON заключается в том, что в сетях КТВ сигнал передается в одном направлении, а в сетях PON требуется дуплексная передача сигналов.
Виды оптических делителей
Все оптические делители можно разделить по технологии изготовления на:
- Планарные делители PLC (Planar Lightwave Circuit);
- Делители сварного типа FBT (Fused Biconical Taper).
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 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.
Принцип работы сварного делителя заключается в совмещении оптических волноводов перед сплавлением, таким образом, чтобы необходимая доля входящего оптического сигнала передавалась через боковые поверхности.
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). Технология позволяет изготавливать делители с использованием одномодового и многомодового волокна.
Следует отметить, что «простота» технологии производства, о которой говорилось выше, определяет и негативные особенности сварных делителей:
- Плохая воспроизводимость параметров. Не сказывается на потребительских качествах продукции, но усложняет процесс производства;
- Спектральная селективность, то есть отсутствует возможность передачи сигналов с широким спектром длин волн. Данная особенность связана, как с процессом производства, так и с физическим устройством оптических волокон.
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 этого их сращивают, как показано на рисунке 2.19.
Аналогичным образом можно создать делитель с делением до 1:64.
Планарные делители PLC (Planar Lightwave Circuit) – предназначены для деления подаваемого оптического сигнала в симметричных пропорциях между выходными портами.
Оптические делители, выполненные по технологии PLC, называют планарными.
Процесс производства данных разветвителей более сложен и включает в себя несколько этапов:
- Нанесение на кварцевую подложку отражающего слоя-оболочки. На данный слой наносится материал волновода, на котором впоследствии формируется маска для травления;
- Травление отражающего слоя. Результатом процесса травления является система волноводов-«дорожек»;
- Нанесение второго отражающего слоя. В результате структура делителя становится схожа с простым оптическим волокном, отражающий слой — оболочка волокна, вытравленные «дорожки» — сердцевина волокна;
- Вклейка оптических выводов. В отличие 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.
Необходимое количество выводов достигается комбинацией простейших масок травления делителей 1×2. Планарная технология позволяет изготавливать делители с числом выходных волокон кратным от 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.
Области применения оптических делителей
Наиболее широкое применение оптические делители получили в четырех отраслевых нишах:
- Сети передачи кабельного телевидения;
- Пассивные оптические сети (PON);
- Компоненты сложных оптических устройств;
- Системы сбора и анализа трафика (СОРМ).
В сетях передачи кабельного телевидения (сети CATV), как правило, используют делители сварного типа, так как они 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.
В сетях PON коммутация на участке между оптическим линейным терминалом (OLT), расположенным в центральном узле связи и абонентским оптическим сетевым терминалом (ONT) производится посредством 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.
Так же делители нашли применение в системах сбора трафика. Сигнал с трансивера подаётся на вход делителя, один выход которого подключается к парному модулю, а второй к модулю для сбора трафика. У него используется только приёмник, передатчик ни к чему не подключен. Подобная схема позволяет собирать передаваемый траффик.
В сетях PON и КТВ используют делители оконцованные коннекторами с «косой» полировкой – APC. Она позволяет значительно сократить обратное отражение, которое приводит к помехам и нарушает нормальную работу.
Цифровые сигналы менее чувствительны к обратному отражению. Поэтому в сетях передачи данных достаточно использовать для делителей «плоскую» полировку – PC или UPC.
Характеристики делителей
Основной характеристикой оптических делителей являются – вносимые потери. При делении сигнала, оптическая мощность равномерно распределяется между выходами делителя, сигнал при этом ослабевает.
Величина ослабления и называется вносимым затуханием. Чем больше у делителя выходов, тем больше значение вносимого затухания. То насколько равномерно сигнал делится описывает параметр – неравномерность потерь. Оно характеризует качество изготовления делителя. Чем значение меньше, тем качественнее делитель изготовлен.
В идеальной ситуации на каждом выходе делителя должен быть одинаковый уровень сигнала, но на практике это не всегда так. Данный параметр устанавливает предельно допустимую разницу между уровнями выходных сигналов.
Параметр «окна прозрачности» указывает, какие длины волн делитель гарантировано пропускает. Однооконные пропускают одну из трёх волн 1310, 1490, 1550. Двух оконные пропускают комбинацию из двух волн, а трёхоконные соответственно все три длины волны.
Данным параметром обладают только сварные (FBT) делители. Делители, изготовленные по планарной технологии, пропускают весь диапазон длин волн 1270-1610 нм.
Виды корпусов
Компактные габариты делителей позволяют устанавливать их в корпуса различных размеров. Наименьший возможный корпус — это стальная трубка длиной около 5 см и пару миллиметров в диаметре. В такой корпус помещается сварной делитель 1х2.
Любой сварной делитель, с большим количеством выходов, потребует размещения в пластиковом корпусе. Так как он будет собран из нескольких делителей 1х2. Они свариваются между собой, а укладка волокон требует дополнительного пространства, для этого и требуется корпус большего размера.
Технология изготовления планарных делителей такова, что разветвитель с любым количеством выходов будет иметь прямоугольную форму. Полученные изделия оборачивают металлической гильзой. Таким образом, планарные делители всегда компактнее сварных.
Компактные габариты оптических делителей позволяют без проблем размещать их в рэковых корпусах для 19` стойки.
В основном корпус 19` RackUnit используется в сетях КТВ, где необходимо большое количество выходов и применяется коннектор SC/APC, который занимает больше пространства на передней панели.
В системах СОРМ так же используются делители в корпусе RackUnit. Но если в сетях КТВ весь юнит мог занимать один делитель, например 1х16. То в системах СОРМ в корпусе 1RU размещается множество делителей 1х2.
Заключение
Из этой статьи мы узнали, что при выборе делителя необходимо руководствоваться необходимым количеством выходов и равномерностью деления сигнала. От этих параметров будет зависеть выбор технологии изготовления.
В таблицах ниже, указаны значение затуханий для сплиттеров с разным количеством выходов.
