Розгалужувачі (відгалужувачі) сигналу грають важливу роль в, ВОЛЗ. Розрізняють розгалужувачі чутливі (селективні) до довжини хвилі і нечутливі (неселективні). Перші застосовуються для об'єднання (або закінчення) сигналів з різними оптичними несучими і називаються мультиплексорами (і демультиплексор відповідно). Другі використовуються для розгалуження оптичної потужності за наявності великої кількості кінцевих пристроїв в лінії зв'язку, підключення шини даних в ЕОМ, отримання контрольного сигналу або сигналу зворотного зв'язку, призначеного для управління потужності джерела випромінювання.

Мультиплексори і демультіплексори

 Мультиплексування дозволяє збільшити інформаційну ємність ВОЛЗ. Застосовувані в лініях пристрої для об'єднання сигналів з різними несучими довжиною хвиль (мультиплексори) і закінчення (демультіплексори) повинні мати малі вносяться втрати. Мультиплексори повинні, крім того, забезпечувати високий рівень ізоляції між каналами. У залежності від довжини хвилі використовують чотири різні способи отримання пристроїв зв'язку. В основу роботи пристроїв покладені три чутливих до довжини хвилі ефекту - кутова дисперсія, інтерференція і поглинання. Демультіплексори, використовують кутову дисперсію грати або призми. Конструкція для розділення каналів за допомогою інтерференційного фільтра, структура поглинаючого типу, що використовується як демультиплексор. Кожен поглинач складається з чутливого до довжини хвилі фотодіода. Пристрої з гратами і призмою є дільниками з паралельним розділенням 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 (світлофільтрів, ділильних пластин, дзеркал, фокусуючих елементів) і відповідно зростають втрати на випромінювання.

Малюнок 3.1.0 - Принцип роботи пристроїв зв'язку, селективних до довжини хвилі: а - з гратами; б - з призмою; в - з інтерференційних фільтром; г - з поглинаючим фільтром; 1 - градієнтна циліндрична лінза; 2 - дифракційна решетка; 3 -- хроматичні фільтр; 4 - призма; 5 - відображає покриття; 6 - селективні фотодетектори

Найбільш широко використовуються пристрої з інтерференційних фільтром. Демультіплексори здійсненні такого типу і в повністю волоконно виконанні без використання циліндричних лінз. Їх пристрій подібно пристрою торцевих дільників потужності, в розрізі передавального нд яких замість напівпрозорою пластини розташований фільтр, чутливий до довжини хвилі [7].

Паралельне поділ, можливо здійснити як для малого, так і для великого (кілька десятків) числа спектрально ущільнених що несуть в одному волоконних світловодів (НД). 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 серцевини випромінюючого та прийомних НД). Схема з призмою не отримала широкого поширення, тому що призма обмежує можливість мініатюризації пристрою 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.

На малюнку 3.1.1 представлені залежності внесених втрат Li і перехідного загасання La для напівпровідникового лазера з шириною спектральної лінії = 2 нм і світлодіоди з = 40 нм. З малюнків видно, що зі зростанням зменшується перехідне затухання. Його можна збільшити, зменшуючи щільність упаковки НД (збільшуючи параметр Df2a, де а - радіус серцевини ВС). Однак при цьому ростуть вносяться втрати. Мультиплексори і демультіплексори з гратами мало придатні для використання в ВОЛЗ, в яких джерелами випромінювання є світлодіоди.

Прикладом пристрою демультиплексор з гратами є п'ятиканальний демультиплексор, зображений на малюнку 3.1.2. Випромінюють і п'ять прийомних нд об'єднані в лінійку, розташовану в фокальній площині об'єктива (фокусна відстань 23,8 мм, діаметр 14 мм).

Малюнок 3.1.1 - Залежність внесених втрат Li (штрихові криві) та перехідного загасання L, (суцільні криві) від спектрального розподілу каналів для напівпровідникового лазера з шириною спектральної лінії = 2 нм (а) і све-тодіода = 40 нм (б).

Примітка. Цифри на кривих показують відношення просторового поділу D/2a, де D-діаметр НД, гa-діаметр серцевини.

 Випромінювання з передавального нд колліміруется об'єктивом, діафрагмірует на решітці і знову потрапляє в об'єктив, який, залежно від довжини хвилі фокусує випромінювання на той чи інший приймальний нд Замість об'єктива може використовуватися фокусуючий (градієнтний) стрижень або прозора середу з оптичним елементом на поверхні. Дифракційна грати виготовляють анізотропним травленням кристалічної підкладки по кристалічним осях крізь попередньо нанесену маску. Решітка має несиметричні канавки. Параметри решітки (постійна решітка = 4 мкм, кут в = 6,2 °) вибрані так, щоб її максимальна дифракційна ефективність досягалася на центральній довжині хвилі = 0,86 мкм робочого діапазону 0,82 ... 0,88 мкм. Спектральний інтервал між каналами дорівнює 25 нм. У всьому діапазоні дифракційна ефективність становить величину, що не перевищує 90%, що вносяться втрати в каналах не перевищують 1,4 дБ, перехідне затухання -30 дБ.

Велика увага приділяється розробці малогабаритних дільників в інтегрально-оптичному виконанні, а також різних дільників з увігнутими гратами.

Подільники оптичної потужності

Неселективні розгалужувачі підрозділяють на два основних типи: Т-образні, побудовані за принципом відгалуження кінцевих пристроїв від головного стовбура лінії, і Зіркоподібні.

Малюнок 3.2.1 - Пристрій п'ятиканальний демультиплексор: 1-вхідний НД; 2-вихідні НД; 3 - об'єктив; 4-дифракційна решітка

Втрати при розподілі потужності випромінювання в системі з Т-подібними з'єднувачами зростають пропорційно до кількості абонентів, а в системі з зіркоподібних 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 великим числом абонентів доцільне застосування зіркоподібних сполучних пристроїв.

Розподіл потужності за допомогою Т-подібного розгалужувачі характеризують наступними величинами затухання:

в прямому напрямку a1 = - 10lg (P1/P2), P4 = 0;

що вносяться a2 = - 10 lg (P2 + P3), P4 = 0;

при відгалуженні а3 = - 10 Ig (P1/Р3);

зв'язку a4 = - 10 lg (P4/P2), P1 = 0;

 у зворотному напрямку а5 = - 10 lg (P4/P1).

У зіркоподібно відгалужувачі до кожного з вхідних нд підведена потужність pе, (i = l, 2, ..., п), що передається вихідним нд Нехай Pа, (j = 1, 2, ..., т) - потужність, що надходить в j-і вихідний НД При рівномірному розподілі вхідний потужності між вихідними нд відгалужувач характеризують такі величини:

втрати на розщеплення an = 10 lg m;

вносяться втрати ai, i = - 10 Ig Pe/(Pa1 + Pa2 +...+ Pam);

ослаблення в зворотному напрямку ar, l = - 10 lg Pei = l/Pei, де l = 1, 2, ..., п.

 При конструюванні оптичні разгалужувачі бажано досягти малих внесених втрат, малою модової залежності конструкції, гарною відтворюваності параметрів, простоти конструкції, малих розмірів і маси. Конструкція розгалужувачі залежить від типу ПС, приймального кута, відносини радіуса серцевини до товщини оболонки, збуджуваного медового розподілу на вводі нд

По своїй конструкції розгалужувачі поділяють на дві основні групи - біконіческіе, в яких випромінювання передається через бічну поверхню, і 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. У біконіческіх розгалужувачі світло може бути витягнутий через бічну поверхню при перетворенні що спрямовується моди в моду випромінювання або при зв'язку з другим нд через зникає полі (малюнок 3.2.1). Перетворення розповсюджується хвилі в моди випромінювання одержують при згині НД, при знятті оболонки або конічному звуженні серцевини. Біконіческіе розгалужувачі легко - виготовити, однак вони мають погану відтворюваність параметрів. Вносяться, втрати 0,2 ... 1 дБ.

З розгалуджувачів торцевого типу найбільш поширені такі, в яких торці вихідних нд безпосередньо стикуються з торцем вхідного НД і нічних способом або заливаються краплею клею. Змінюючи взаємне положення закріплюються яких-небудь механічним способом або заливаючи краплею клею [3].

Малюнок 3.2.1 - Біконіческій разветвитель зі зв'язком через затухаючої поле

Малюнок 3.2.2 - Розгалужувачі торцевого типу: 1-вхідний НД; 2,3,4-вихідні нд

 Змінюючи взаємне положення торців НД і підбираючи їх поперечний переріз (малюнок 3.2.2), можна змінювати в широких межах відношення потужностей в різних вихідних каналах. Вносяться, втрати складають 0,3 ... 1,2 дБ. Для їх зменшення, а також для зниження збудження мод оболонки стравлюють або сошліфовивают. На малюнку 3.2.3 зображений разветвитель з розгалужених структурою, сформований шляхом склеювання або оплавлення вихідних нд уздовж сошлифовать під малим кутом серцевини і з'єднання з торцем вхідного нд Хоча принцип розгалужувачі простий, виготовлення важко, що вносяться втрати складають 0,5 ... 1,2 дБ. Ця конструкція підходить. Як для градієнтних, так і для східчастих нд Поділ мод і втрати зростають зі збільшенням кута, під яким з'єднані нд

Разветвитель з розщепленням пучка показаний на малюнку 3.2.4. НД розрізано під кутом 45 ° до осі, торці його відполіровані і покриті частково відображають металевими і діелектричними дзеркалами.

Малюнок 3.2.3 - Разветвитель з розгалужених структурою: 1 - вхідний НД; 2,3 - вихідні нд

Малюнок 3.2.4 - Разветвитель з розщепленням пучка

Теоретична величина втрат 0,5 дБ. Практично для всіх типів НД вносяться втрати рівні 1 ... 1,5 дб в залежності від коефіцієнта розподілу.

Для розгалуження потужності також застосовують:

формування на кінці вхідного НД, очищеного від оболонки, кульковою лінзи з відбиваючим плямою на полюсі і двома "вікнами" в місцях виведення відбитого випромінювання в бічні вихідні НД, введення бічного ЗС у V-подібну канавку, сформовану в основному НД (втрати 0,5 ... 1,2 дБ);

формування глибокого надрізу в основному НД, завдяки якому частина сигналу відгалужується в бічні НД, закріплені над надрізом перпендикулярно до основного.

У розгалужувачі з додатковими елементами широко використовують діелектричні циліндричні лінзи, що представляють собою відрізок градієнтного НД з параболічних профілем показника заломлення.

Малюнок 3.2.5 - Розгалужувачі з градієнтними діелектричними лінзами: L1, L2, L3-лінзи: 1-вхідний НД; 2,3 - вихідні НД; f-фокусна відстань лінзи

Малюнок 3.2.6 - Зіркоподібні разветвитель з сферичним дзеркалом

Промені періодично фокусуються на осі лінзи в точках, відстань між якими визначається довжиною хвилі сигналу. Деякі типи розгалуджувачів з лінзами показані на малюнку 3.2.5. На торці лінз наносяться частково (малюнок 3.2.5, в) або повністю (малюнок 3.2.5, а) відображають покриття, які на малюнку показані потовщеними лініями. Виміряні вносяться втрати, наприклад, для розгалужувачі становлять 0,99 дБ для РЗ/Ра = 0,03.

На малюнку 3.2.6 зображений зіркоподібних відгалужувач. Він складається з циліндричного корпусу з скляним змішувальні стрижнем. Один з кінців змішувального стрижня є сферичне дзеркало 2, на інший кінець нанесено прояснююче покриття 3. Випромінювання, що виходить з будь-якого НД пучка 4, відбивається від дзеркала і рівномірно розподіляється по всіх нд Це дає можливість кожному терміналу в системі і передавати. Приймати дані від будь-якого іншого терміналу.

Висновки

У сучасних ВОСП і даної лабораторної роботи доцільніше використовувати селективні відгалужувачі (мультиплексори та демультіплексори).

Через брак використані неселективні спрямовані відгалужувачі оптичної потужності. Зіркоподібній типу, біконіческой конструкції.

OP-CEO1-2-2 - біконіческій разветвитель зі зв'язком через затухаючої поле, теоретично вносяться втрати 0,2 ... 1дБ. КК-1 разветвитель з розгалужених структурою, теоретично вносяться втрати 1 ... 1,5 дБ.