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PLC分光器工作原理介绍

2018年02月09日 10:29:02 中国传动网

与同轴电缆传输系统一样,光网络系统也需要将光信号进行耦合、分支、分配,这就需要光分路器来实现。光分路器又称分光器,是光纤链路中最重要的无源器件之一,是具有多个输入端和多个输出端的光纤汇接器件,常用M×N来表示一个分路器有M个输入端和N个输出端。在光纤CATV系统中使用的光分路器一般都是1×2、1×3以及由它们组成的1×N光分路器。

1.光分路器的分光原理

光分路器按原理可以分为熔融拉锥型和平面波导型两种,熔融拉锥型产品是将两根或多根光纤进行侧面熔接而成;平面波导型是微光学元件型产品,采用光刻技术,在介质或半导体基板上形成光波导,实现分支分配功能。这两种型式的分光原理类似,它们通过改变光纤间的消逝场相互耦合(耦合度,耦合长度)以及改变光纤纤半径来实现不同大小分支量,反之也可以将多路光信号合为一路信号叫做合成器。熔锥型光纤耦合器因制作方法简单、价格便宜、容易与外部光纤连接成为一整体,而且可以耐孚机械振动和温度变化等优点,目前成为市场的主流制造技术。

熔融拉锥法就是将两根(或两根以上)除去涂覆层的光纤以一定的方法靠扰,在高温加热下熔融,同时向两侧拉伸,最终在加热区形成双锥体形式的特殊波导结构,通过控制光纤扭转的角度和拉伸的长度,可得到不同的分光比例。最后把拉锥区用固化胶固化在石英基片上插入不锈铜管内,这就是光分路器。这种生产工艺因固化胶的热膨胀系数与石英基片、不锈钢管的不一致,在环境温度变化时热胀冷缩的程度就不一致,此种情况容易导致光分路器损坏,尤其把光分路放在野外的情况更甚,这也是光分路容易损坏得最主要原因。对于更多路数的分路器生产可以用多个二分路器组成。

2.光分路器的常用技术指标

(1)插入损耗。

光分路器的插入损耗是指每一路输出相对于输入光损失的dB数,其数学表达式为:Ai=-10lgPouti/Pin,其中Ai是指第i个输出口的插入损耗;Pouti是第i个输出端口的光功率;Pin是输入端的光功率值。

(2)附加损耗。

附加损耗定义为所有输出端口的光功率总和相对于输入光功率损失的DB数。值得一提的是,对于光纤耦合器,附加损耗是体现器件制造工艺质量的指标,反映的是器件制作过程的固有损耗,这个损耗越小越好,是制作质量优劣的考核指标。而插入损耗则仅表示各个输出端口的输出功率状况,不仅有固有损耗的因素,更考虑了分光比的影响。因此不同的光纤耦合器之间,插入损耗的差异并不能反映器件制作质量的优劣。

(3)分光比。

分光比定义为光分路器各输出端口的输出功率比值,在系统应用中,分光比的确是根据实际系统光节点所需的光功率的多少,确定合适的分光比(平均分配的除外),光分路器的分光比与传输光的波长有关,例如一个光分路在传输1.31微米的光时两个输出端的分光比为50:50;在传输1.5μm的光时,则变为70:30(之所以出现这种情况,是因为光分路器都有一定的带宽,即分光比基本不变时所传输光信号的频带宽度)。所以在订做光分路器时一定要注明波长。

(4)隔离度。

隔离度是指光分路器的某一光路对其他光路中的光信号的隔离能力。在以上各指标中,隔离度对于光分路器的意义更为重大,在实际系统应用中往往需要隔离度达到40dB以上的器件,否则将影响整个系统的性能。

另外光分路器的稳定性也是一个重要的指标,所谓稳定性是指在外界温度变化,其它器件的工作状态变化时,光分路器的分光比和其它性能指标都应基本保持不变,实际上光分路器的稳定性完全取决于生产厂家的工艺水平,不同厂家的产品,质量悬殊相当大。在实际应用中,本人也确实碰到很多质量低劣的光分路器,不仅性能指标劣化快,而且损坏率相当高,作于光纤干线的重要器件,在选购时一定加以注意,不能光看价格,工艺水平低的光分路价格肯定低。

此外,均匀性、回波损耗、方向性、PDL都在光分路器的性能指标中占据非常重要的位置.

平面波导型和熔融拉锥型光分路器目前,光分路器主要有平面光波导技术和熔融拉锥技术两种。

1.平面波导型光分路器

PLC由一个光分路器芯片和两端的光纤阵列耦合组成,采用半导体技术,工艺稳定性、一致性好,损耗与光波长不相关,通道均匀性好,结构紧凑体积小,大规模产业化技术成熟。

2.熔融拉锥光纤分路器

熔融拉锥技术是将两根或多根光纤捆在一起,然后在拉锥机上熔融拉伸,其中一端保留一根光纤(其余剪掉)作为输入端,另一端则作多路输出端。

3.两种器件性能的比较a)工作波长

平面波导型光分路器工作波长达到1260~1650nm,覆盖了现阶段各种PON所需要的波长。拉锥型光分路器可根据需要调整波长到1310nm,1490nm,1550nm等,工艺较复杂,而且工艺控制不好,随着工作时间和温度的变化,插损会发生变化。b)分光均匀性平面波导器件的分光比由于半导体工艺的一致性高,器件通道的均匀性非常好。拉锥型分路器的分光比均匀性差,但拉锥型分路器分光比可变是此器件的最大优势。c)温度相关性TDL。

平面波导器件工作温度变化量较小;拉锥型分路器插入损耗随温度变化较大。d)成本按目前的生产成本,1×8是临界点,1×16以上PLC性价比明显占优,1×4以下拉锥型分路器性价比占优。e)可靠性PLC与拉锥型分路器比较,PLC理论上只有两个交接面存在故障点,而1×N拉锥型分路器有2N-3个故障点。

供稿:网络转载

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