Современные проектировщики сетей GPON-FTTX используют оптические разветвители (сплиттеры) для пассивного выделения, разделения или объединения (мультиплексирования) оптических сигналов. С момента их появления в 1970-х годах, оптические разветвители прошли долгий путь эволюции и технологического развития от использования в традиционной оптике и линзах, заканчивая оптическими волокнами. По мере развития и экспансии волоконно-оптических систем связи, их применение расширилось, начиная от обычных сетей конфигурации точка-точка, заканчивая более сложными конфигурациями многоволоконных оптических сетей FTTH. Результатом такого развития явились оптические компоненты с улучшенными характеристиками передачи и устойчивостью к внешним факторам среды, физической прочностью, малыми габаритными размерами и стоимостью.
Оптические разветвители, более известные как сплиттеры, имеют ряд характеристик, которые определяют их функции и применение. К ним относятся: количество входных и выходных портов, уровень затухания сигнала, коэффициент деления, направление пропускания оптического сигнала через сплиттер, рабочие длины волн и одномодовый или многомодовый режимы функционирования.
Различные сетевые протоколы и приложения требуют различной конфигурации входных и выходных портов сплиттера. Чаще всего для разделения оптического сигнала поровну между двумя выходами необходим сплиттер 1:2. Большинство разветвителей оптических сигналов делят его поровну между всеми выходными портами, но встречаются конфигурации, которые разделяют выходной оптический сигнал непропорционально. Например, сплиттер может размещаться на выходе оптического усилителя и отводить 1% излучения на системный монитор, который выполняет проверку присутствия всех оптические каналов на выходе усилителя.
Сплавные или Fused biconical tapered (FBT) сплиттеры изготавливаются путем нагрева двух оптических волокон до тех пор, пока не производится сплавления в единую композитную световодную структуру. В то время, как оптические волокна нагреваются, они медленно вытягиваются и зауживаются. Данная ситуация заставляет оптическое излучение в оптоволокне распространяться по композиционной структуре до точки, где оно соединяется с другим волокном. В процессе изготовления такого сплиттера излучение попадает также на входы волокон, а компьютер, контролирующий процесс изготовления, отслеживает сигнал на выходе сплиттера и корректирует силу натяжения оптического волокна, температуру плавления и продолжительность всей процедуры. Таким образом, достигается необходимый коэффициент деления между волокнами.
Рис.1 FBT- сплиттер
Изготовленный таким образом оптический разветвитель помещается в защитную оболочку. Оболочка, как правило, состоит из металлической трубки, в которую помещается сплав из разделанных оголенных волокон. Вся оптическая сплиттерная система удерживается в трубке при помощи клея, а отрезки оптоволокон 250 мкм выходят с обоих концов такой конструкции. В такой компактной конструкции оптический разветвитель может быть установлен внутри электронного оборудования или модулей, где его окончания могут быть оконцованы оптическими разъемами. Оптические разветвители конструкции FBT, как правило, работают в небольших конфигурациях с коэффициентами деления 1:2 или 1:4, а также могут с легкостью устанавливаться в существующие сплайс-кассеты или лотки.
Планарные сплиттеры (Planar lightwave circuit (PLC) явились результатом развития полупроводниковой микроэлектронной технологии и ее массовым проникновением не только в производство микропроцессорных схем для компьютерных устройств, но и в микросхемы для поверхностного монтажа в радиоэлектронике.
Подобно оптическим волокнам, планарные световоды передают оптическое излучение в прозрачном материале с высоким показателем преломления, окруженном материалом с более низким показателем преломления. Планарный волновод может быть изготовлен из отрезка оптоволокна, встроенного в плоскую структуру подложки, или это может быть отражающая полоска, нанесенная на поверхность подложки планарной микросхемы.
Рис.2 PLC- сплиттеры
Отражающие дорожки планарного волновода записываются с использованием тех же методов и технологий, которые позволяют имплементировать интегральные схемы на кремниевых подложках. Они могут объединять несколько световых потоков или могут быть выполнены в форме разветвителя с большим количеством портов. На одной подложке, таким образом, могут быть сформированы несколько частей волновода, которые затем разрезают на отдельные компоненты. Для внедрения оптических волокон в планарные разветвители требуется врезка V-образных канавок в материал подложки. Волокна помещаются в эти канавки, выравниваются, а затем фиксируются по месту при помощи крышки блока сплиттера PLC, изготовленной из материала подложки.
Сплиттеры PLC имеют малые размеры, более компактны и имеют незначительные потери, нежели сплиттеры FBT. Планарные сплиттеры позволяют достичь больших коэффициентов деления, включая 1:32, используемый в пассивных оптических сетях GPON-FTTH. Различные стандарты МСЭ-Т для сетей PON специфицируют разветвители для передачи двунаправленных сигналов, работающие вне зависимости от рабочей длины волны. Стандарт определяет длины волн 1490 нм и 1550 нм для нисходящего сигнального потока и 1310 нм для восходящих потоков сигналов, проходящие через различные комбинации сплиттеров, имеющих одинаковые затухания, вне зависимости от длины волны или направления передачи.
Конфигурации оптических сплиттеров
Конфигурации оптических разветвителей, имеющие конкретное количество входных и выходных портов, определяют функциональное назначение устройства. Существует четыре основные конфигурации оптических разветвителей.
1. Разветвители – делители оптического сигнала (Tap splitters), также известные, как T- и Y-образные сплиттеры. Представляют собой устройства с 3-мя портами, выполняющими деление одного входящего оптического сигнала на два выходных порта. Сигнал может быть поделен поровну между выходными портами или в другой определенной пропорции. Как правило, это устройства однонаправленного действия. Простые сплиттеры - делители сигнала 1-на-2 широко используются в тестовом оборудовании и сетевых приложениях для мониторинга сети, в качестве отвода небольшой порции оптического сигнала для его анализа. В системах кабельного телевидения применяются различные коэффициенты деления (10/90, 20/80, 30/70 и 40/60), которые используются для мониторинга ТВ сигнала, в зависимости от различных значений требуемого затухания оборудования ТВ системы.
Разветвители оптического сигнала могут применяться и в других областях, которые используют ответвления сигнала в протяженных оптических линиях, например, в сельских сетях, где разные коэффициенты деления позволяют осуществить простую интеграцию удаленного доступа при помощи сплиттеров - разветвителей, установленных на протяжении всей оптической линии. В точках подключения вблизи оптического мультиплексора мощность передачи в волокне будет высокой, поэтому для пользователя сети достаточно ответвить лишь небольшую долю оптического сигнала. В точках сети, распределенных вдоль оптической линии, оптическая мощность в волокне ниже, поэтому разветвители оптического сигнала с более высокими коэффициентами деления смогут гарантировать, что каждый пользователь сети получит примерно одинаковый уровень оптической мощности.
2. Сплиттеры - делители оптической мощности древовидной топологии (1:N splitters) позволяют разделить входной оптический сигнал между несколькими выходными оптическими портами. Некоторые подобные сплиттеры имеют пару оптических входов, сигнал с которых разделяется поровну между всеми оптическими выходными портами. Другие могут соединять оптический сигнал с нескольких входов в один или два выходных порта. Такие оптические устройства разделения или объединения имеют, как правило, однонаправленное действие.
3. Cплиттеры топологии звезда (Star splitters) получили свое название от геометрии, которую используют для обозначения их работы. Они имеют несколько входов и выходов, часто равные по количеству и доступные в двух различных типах.
Первый тип - однонаправленный, позволяет смешивать оптические сигналы со всех входов и передавать их на все выходные оптические порты.
Второй тип сплиттеров имеет ненаправленное действие и осуществляет прием оптических сигналов со всех портов, смешивая и распространяя их на все оптические порты, как ввода, так и вывода.
4. Спектрально - селективный разветвитель (Wavelength-selective splitters) выполняет распределение оптических сигналов в соответствии с их длиной волны оптического излучения, и используются, в основном, для маршрутизации сигналов WDM в соответствующие порты или разделения на отдельные длины волн, передаваемых по одному оптоволокну для различных целей. Они также выполняют блокировку определенных длин волн оптического излучения для предотвращения их передачи в ненужном направлении.
Евгений Запорощенко, к.т.н., доцент.
Опубликовано: 19.04.17