12.2 Неселективные оптические разветвители

Принцип работы и параметры разветвителя можно проиллюстрировать на примере Х-типа (2х2), схематически представленного на рисунок 12.1.а, где стрелками показаны возможные направления излучения внутри него. В приведенном четырехпортовом пассивном двунаправленном разветвителе излучение, введенное через порт 1, может выходить через порты 2 и 3, при этом в идеальном случае излучение не должно поступать в порт 4. По аналогии излучение, введенное через порт 4, может выходить через порты 2 и 3, и не должно выходить через порт 1. Таким образом, порты 1 и 4 в рассматриваемом направлении излучения являются входными, а порты 2 и 3 – выходными. Так как данный разветвитель является пассивным и двунаправленным, то возможно также обратное распространение света и изменение роли портов, то есть при подаче излучения через порты 2 и 3 они становятся входными, а порты 1 и 4 – выходными.

При прохождении света в разветвителях возникают определенные потери, для анализа которых рассмотрим вариант использования разветвителя, когда порт 1 – входной, а порт 2 и 3 – выходные.

Деление оптической мощности с помощью разветвителя Х-типа характеризуется следующими параметрами:

- коэффициент ответвления

, (12.2.1)

где Р₃ – мощность оптического излучения на оптическом порте 3 при подаче излучения мощностью Р₁ на оптический порт 1, дБ;

- коэффициент направленности

, (12.2.2)

где Р₄ – мощность оптического излучения на оптическом порте 4 при подаче излучения мощностью Р₁ на оптический порт 1, дБ;

- вносимыми потерями

, (12.2.3)

где Р₂ и Р₃ – сумма мощностей оптического излучения на оптических портах 2 и 3 при подаче излучения мощностью Р₁ на оптический порт 1.

Для разветвителя Y-типа коэффициент ответвления и вносимые потери определяются аналогичными соотношениями, а коэффициент направленности вычисляется по формуле

, (12.2.4)

где Р₃ – мощность оптического излучения на оптическом порте 3 при подаче излучения мощностью Р₂ на порт 2.

Относительное распространение излучения в разветвителе определяется распределением выходной мощности прошедшего через него излучения по выходным портам, причем тот порт, через который проходит основная доля мощности (при неравномерном ее распределении) называется основным, а другой порт – заглушенным. Например, при относительном распределении 25/75 25% выходной мощности проходит через заглушенный порт, а 75% - через основной. Потери в идеальном четырехполюсном направленном разветвителе (рисунок 12.1.а) при различных значениях относительного распределения выходной мощности приведены в таблице 12.1.

Таблица 12.1 – Потери в идеальном четырехполюсном направленном разветвителе

Относительное распределение, %	Потери заглушенного порта, дБ	Потери основного порта, дБ
50/50	3,01	3,01
40/60	3,98	2,22
30/70	5,22	1,55
25/75	6,02	1,25
20/80	6,99	0,97
15/85	8,24	0,71
10/90	10,00	0,46
5/95	13,01	0,22

Конфигурация разветвителя зависит от вводимого в него излучения, при этом наиболее распространенные значения конфигурации равны: 1х2, 1х3, 1х4, и реже 1х5, 1х6, 1х7, 1х8, 1х9. Потери на деление выходной мощности в идеальном разветвителе с равномерным делением приведены в таблице 12.2.

Таблица 12.2 – Потери на деление выходной мощности в идеальном разветвителе

Относительное распределение ,%	Конфигурация разветвителя	Потери на портах, дБ
50/50	1х2	3,01
40/60	1х3	4,77
30/70	1х4	6,02
25/75	1х5	6,99
20/80	1х6	7,78
15/85	1х7	8,45
10/90	1х8	9,03
5/95	1х9	9,54

Следует заметить, что конфигурация 1х2 соответствует Т-разветвителям, на базе которых проектируются локальные сети с общей шиной, рисунок 12.2.

Разветвитель устанавливается на каждом узле и служит для отвода части энергии от шины к приемопередатчику присоединенного к узлу оборудования. В этом случае сигнал проходит через N-1 узлов прежде, чем достигнет приемника. Потери увеличиваются линейно с ростом числа терминалов, подключенных к шине. При этом необходимо учитывать соединительные потери (связанные с рассогласованием диаметров и апертур) для каждого узла. Поскольку на каждом узле используется как входной, так и выходной порты, то общее количество соединений составляет 2N. Последний вид потерь также имеет тенденцию линейного увеличения с ростом числа терминалов. В этой связи Т-разветвители могут эффективно работать только при ограниченном числе терминалов и обладают меньшей потребностями в кабеле для организации оптической сети.

Т -разветвитель

терминал

Рисунок 12.2 – Локальная сеть с Т-разветвителями

Разветвители типа звезда, имеющие конфигурацию 1х3 и выше, являются альтернативой Т-разветвителям и избавлены от многих перечисленных ранее недостатков. Световой поток в них в равной степени распределяется между всеми выходными портами. Потери включения данного типа разветвителя определяются отношением мощности на каком-либо выходном порте к входной мощности и изменяются в обратной зависимости от числа терминалов

. (12.2.5)

Поэтому этот тип разветвителя более эффективен в сети с большим количеством станций.

В идеальном случае световой поток должен равномерно распределяться между всеми входными портами. На практике действительное значение мощности на каждом выходном порте варьируется в зависимости от индивидуальных потерь включения. Однородность разветвителя является параметром, определяющим данные вариации, и выражается как в процентах, так и в децибелах. Рассмотрим разветвитель, у которого выходная мощность на каждом порту равна 50 мкВт. Однородность на уровне +0,5 дБ означает, что реальная мощность будет варьироваться от 45 до 56 мкВт. Если величина однородности увеличится до +1 дБ, то выходная мощность будет варьироваться от 40 до 63 мкВт.

Основными требованиями, предъявляемыми к параметрам направленных разветвителей являются:

• малые вносимые потери, которые в лучших образцах разветвителей типа 1х2 и 2х2 составляют около 0,1 дБ;

• большой коэффициент направленности, характеризующий высокое переходное затухание (изолированность) между направленными потоками излучений и составляющий для большинства разветвителей величину > 55 дБ;

• минимальное отклонение от заданного коэффициента ответвления, характеризующее степень равномерности или требуемой неравномерности деления вводимой мощности излучения;

• сохранение заявленных параметров в зависимости от ширины волнового спектра вводимого излучения (широкополосность). Для зарубежных однооконных разветвителей отклонение от рабочей длины волны может составлять + 40нм;

• сохранение модового состава распространяющегося излучения для многомодовых разветвителей и состояния плоскости поляризации для одномодовых разветвителей.

Параметры отечественных и зарубежных волоконно-оптических разветвителей приведены в табл.12.3 и 12.4 соответственно.

Таблица 12.3. – Общие характеристики отечественных разветвителей

Кон-фи-гура-ция	Длина волны, нм	Диа-пазон, нм	Распре-деление мощности выхода	Отклонение распределения от заданного, дБ			Оптические потери не более, дБ			Направ-ленность, дБ	Размеры корпуса, мм	При-ме-чания
Многомодовые				А	Б	В	А	Б	В
1x2	600-1310	10	P	0,5	0,5	0,5	0,1	0,3	0,5	>55	80x11x7	1
1x3	600-1310	10	P	0,5	0,5	0,5	0,2	0,5	0,7	>55	80x19x7	1
1x4	600-1310	10	P	0,5	0,5	0,5	0,3	0,6	0,8	>55	80x19x7	1
1x9	600-1310	10	P	-	1,0	-	-	1,2	-	>55	80x40x9	-
2x2	600-1310	10	P/3	0,5	0,5	0,5	0,2	0,5	0,8	>55	80x11x7	1
Одномодовые				А	Б	В	А	Б	В
1x2	1310/1550	10	P/3	0,3	0,6	1,0	0,1	0,2	0,3	>55	80x11x7	2
2x2	1310/1550	10	P/3	0,3	0,6	1,0	0,1	0,2	0,3	>55	80x11x7	2
1x3	1310/1550	10	P/3	0,6	1,0	1,4	0,2	0,4	0,6	>55	90x70x7	2
1x4	1310/1550	10	P/3	0,7	1,2	1,5	0,4	0,6	0,8	>55	90x70x8	2
2x4	1310/1550	10	P	0,7	1,2	1,5	0,4	0,6	0,8	>55	90x70x8	2
4x4	1310/1550	10	P	0,7	1,2	1,5	0,4	0,6	0,8	>55	100x80x9	2
1x8	1310/1550	10	P/3	1,2	2,0	-	0,9	1,3	-	>55	115x100x10	3
2x8	1310/1550	10	P	0,9	1,3	-	0,9	1,3	-	>55	115x100x10	3

Примечания

1 – Цена вида А в 1,5 раз выше цены вида Б;

2 – Цена вида А в 1,3 раз выше цены вида Б;

3 – Цена вида А в 1,2 раз выше цены вида Б;

З – заданное;

Р – равномерное.

Из зарубежных фирм, изготавливающих разветвители, можно отметить следующие: Plank Optoelectronics Inc, Fiber Optic Communications Inc, KRONE AG, Aicoa Fujikura, AFO, Gould Fiber Optics Division u Alliance Fiber Optic Products. Следует заметить, что зарубежные компании выпускают разветвители большой номенклатуры от 1х2 до 16х16, причем они могут быть как широкополосными: + 40 нм, так и двухоконными с рабочими длинами волн 1310 + 40 нм и 1550 + 40 нм.