Разветвители оптические

Оптический сплиттер/делитель/разветвитель представляет собой неселективный элемент (N-полюсник) пассивного типа, который имеет как минимум три полюса (порта) для надежного распределения входящей оптической мощности между выходными портами – в определенном соотношении и при отсутствии какого-либо усиления/переключения.

Все оптические сплиттеры классифицируются по таким характеристикам, как технология изготовления и количество входов.

Технологии изготовления

На сегодняшний день активно используются две самые распространенные технологии изготовления оптических разветвителей — Fused Biconical Taper (FBT) и Planar Lightwave Circuit (PLC).

FBT-технология

Созданные с использованием технологии FBT оптические делители называют либо биконическими, либо сварными (Fused coupler). Название «сварные» указывает на технологию производства делителей, название «биконические» характеризует принцип их функционирования.

Следует отметить относительную простоту технологии производства данных элементов. Она заключается в том, что два волокна, имеющие удаленные наружные оболочки (пластиковый буфер, лак), сплавляются в четырехполюсник (2:2) – два входа и два выхода. При возникновении потребности в делителе 1:2 один из имеющихся входов «заглушается» с помощью безотражательного метода.

Что касается принципа работы сварного делителя, то он состоит в том, что оптические волноводы перед сплавлением совмещаются таким образом, чтобы требуемая часть оптического входящего сигнала могла передаваться через боковые поверхности.

Возможно обеспечение неравномерного разделения мощности, которое зависит от особенностей взаимопроникновения сердцевин волокон, подвергаемых свариванию – например, 25:75 (25% мощности сигнала проходит в один порт, 75% – в другой порт).

В данном случае следует иметь в виду, что простота технологии производства, упомянутая выше, вместе со всеми своими преимуществами оказывает и негативное влияние на особенности сварных делителей. В частности, плохо воспроизводятся параметры – данная особенность если и не влияет на потребительские качества продукции, то в определенном смысле усложняет сам производственный процесс. Кроме того, невозможна передача сигналов, характеризуемых широким спектром длин волн. Указанная особенность связана как с производственным процессом, так и с физическим устройством оптических волокон.

Сварные делители в зависимости от их спектральных характеристик, разделяются на несколько типов, в том числе на:

• однооконные делители – пропускают оптические сигналы из одного «окна прозрачности»;
• двухоконные делители – пропускают оптические сигналы из двух «окон прозрачности»;
• трехоконные делители – пропускают оптические сигналы из трех «окон прозрачности».

Окно прозрачности – это диапазон длин волн оптического излучения, отличающийся от других диапазонов меньшей степенью затухания излучения в волокне. Уровень «оконности» делителей обусловливает пропускание сигналов с минимальными потерями на длинах волн – 1310, 1490, 1550 нм.

Если возникает потребность в сварном делителе с количеством выводов более двух (например, с четырьмя выводами), предварительно изготавливаются три делителя 1:2, обладающие необходимыми характеристиками, после чего производится процедура их сращивания (как это показано на рисунке 3). Таким же образом может быть изготовлен делитель 1:64.

PLC-технология

Оптические делители, изготовленные с применением технологии PLC, называются планарными. Процесс создания указанных разветвителей отличается большей сложностью и включает в себя следующие этапы:

1. Нанесение отражающего слоя-оболочки на кварцевую подложку. На указанный слой наносят материал волновода, на базе которого затем формируется маска, предназначенная для травления.
2. Травление отражающего слоя. В результате осуществления процесса травления формируется система волноводов-«дорожек».
3. Нанесение второго отражающего слоя. На данном этапе структура делителя становится близкой к структуре простого оптического волокна, отражающий слой – оболочка волокна, вытравленные «дорожки» – сердцевина волокна.
4. Вклейка оптических выводов. Планарные делители представляют собой отдельную структуру, и этим они отличаются от сварных сплиттеров, которые являются оптическими волокнами, сваренными друг с другом. Оптические выводы создаются посредством приклеивания оптических волокон к концам вытравленных «дорожек».

Для достижения необходимого количества оптических выводов комбинируют простейшими масками травления делителей 1×2. При использовании планарной технологии можно изготавливать делители с количеством выходных волокон кратным 2 – до 64 выходных портов включительно.

Применение более сложной и прецизионной планарной технологии изготовления делителей обеспечивает данным изделиям более стабильные и точные оптические характеристики. Делители указанного типа не знают проблем повторяемости результата, чем, напротив, «грешат» сварные делители, также у планарных делителей полностью отсутствует фактор «оконности», поскольку они функционируют в широкополосном диапазоне волн 1260-1650 нм.

Тем не менее, при всех своих очевидных функциональных достоинствах, планарные делители лишены способности обеспечивать заданное деление входящего сигнала. Из-за особенностей производственно-технологического процесса проходящая мощность делится сплиттером при минимальных погрешностях только 50 на 50, что не всегда бывает удобно и необходимо.

Количество входов

По числу входов все существующие оптические сплиттеры разделяются на:

• X-образные сплиттеры – имеют несколько входов и несколько выходов;
• Y-образные сплиттеры – содержат один вход и несколько выходов.

Самый простой оптический Х-образный делитель оснащен двумя входами и двумя выходами – так называемый оптический разветвитель 2:2. Производство таких делителей предполагает возможность использования обеих вышеперечисленных технологий. В то время как в производстве делителя 2:2 согласно технологии FBT нет ничего примечательного, производство такого делителя в соответствии с технологией PLC предполагает обязательное соединение (зачастую в этой операции применяется сварка оптических волокон) двух планарных делителей типа 1:2.

Необходимо иметь в виду, что Х-образные делители представляют собой продукт достаточно специфический – на данный момент их используют исключительно в качестве вспомогательных компонентов в оптических устройствах (например, в перестраиваемых мультиплексорах ввода/вывода (ROADM)).

Оптический Y-образный делитель – это оптический сплиттер, оснащенный одним входом и двумя выходами (так называемый разветвитель оптический типа 1:2). Известны две разновидности Y-образных делителей – симметричные и несимметричные.

При использовании оптических Y-образных делителей симметричного типа оптическая мощность между выходами разделяется равномерно. В данную категорию делителей входят сплиттеры, изготовленные по любой технологии (следует иметь в виду, что с помощью FBT-технологии формируются сплиттеры с любым делением, в том числе с равномерным).

Применение оптических делителей несимметричного типа дает возможность разделять оптическую мощность в определенной пропорции. К указанной категории относятся только сварные делители, имеющие неравномерное деление по входным портам.

Практическое применение оптических делителей

Наиболее широко оптические делители эксплуатируются в трех отраслевых нишах:

• сети передачи телевидения;
• пассивные оптические сети (PON);
• компоненты сложных оптических устройств.

В сетях передачи кабельного телевидения (сети CATV) чаще всего применяются делители сварного типа – именно такими делителями обеспечивается неравномерное деление, благодаря чему формируются трассы с топологией «точка-многоточие».

В данном случае имеет место использование делителей в качестве ADM (add drop module), когда выделяется меньшая часть оптического сигнала, в то время как большая его часть передается дальше по трассе. В ряде случаев практическое применение планарных делителей в сетях CATV представляется наиболее предпочтительным, но при этом должно соблюдаться главное условие – возможность равномерного деления сигнала на все имеющиеся выводы.

В пассивных оптических сетях PON коммутация на отрезке между оптическим линейным терминалом (OLT), который расположен в центральном узле связи, и абонентским оптическим сетевым терминалом (ONT) осуществляется по средствам одного или нескольких разветвителей пассивного типа, установленных вдоль трассы. Различные типы делителей подбираются в зависимости от географической удаленности абонентов от головной станции.

При абсолютно равной удаленности всех абонентов от головной станции или при крайне незначительной разнице в удаленности используются планарные делители. Если же абоненты расположены на разном удалении от головной станции, задействуются делители сварного типа. Необходимо иметь в виду, что интернет-трафик и телефония в сетях PON передаются и принимаются на длинах волн 1490 нм и 1310 нм – за счет этого возможно использование в PON-сетях двухоконных сварных делителей.

Компонентами оптических систем часто становятся делители сварного типа с неравномерным делением. Наиболее распространенные практические применения указанных пассивных компонентов – это отведение оптической мощности в тестовый порт или на измерительные устройства. Например, делители в оптических усилителях, оборудованных обратной связью, передают часть сигнала на фотодетекторы, которые контролируют работу усилителя.