9. Оптические компоненты для систем передачи и оптических сетей

9.1. Оптические разъемные соединители (коннекторы)

Номенклатура стандартных соединителей достаточно велика: Лист-Х, ST, FC, SC, FDDI и другие. Наиболее широкое распространение получили соединители SC, ST и FC (таблица 9.1, рисунки 9.1-9.3).

Корпусные детали коннекторов ST и FC изготовлены из никелированной латуни, а SC – из латуни и пластмассы. Материал хвостовиков и заглушек – цветной пластикат. Коннекторы имеют керамические наконечники диаметром 2,5 мм, обеспечивающие физический контакт при соединении через проходную розетку и вносимые потери менее 0,2 дБ. Многомодовые (ММ), одномодовые (SM) и одномодовые со скошенным торцом (АРС) коннекторы комплектуются хвостовиками разного цвета. Оконцевание производится по технологии эпоксидной вклейки. Двойное кримпирование (за кевларовые нити и за оболочку кабеля) повышает надежность и долговечность шнуров.

Таблица 9.1. Характеристики коннекторов

Таблица 9.1. Характеристики коннекторов

Дополнительный цвет к применяемому типичному – красный.

Коннектор ST рекомендуется использовать в первую очередь для многомодовых применений. Наконечник коннектора не связан с корпусом и оболочкой кабеля, что делает конструкцию проще, надежней и дешевле. В то же время такая конструкция полностью удовлетворяет многомодовому применению. Моноблочная конструкция ST коннектора разработана для быстрого оконцевания. Корпус из никелированной латуни, изготовленный токарным способом, наилучшим образом отвечает байонетному соединению.

Рисунок 9.1. Коннектор ST

Рисунок 9.1. Коннектор ST

Коннектор FC рекомендуется в первую очередь для одномодовых применений в системах дальней связи и специализированных системах, а также в системах кабельного телевидения. Соединение шнуров, оконцованных коннекторами FC/PC, через стандартную соединительную розетку характеризуется высокой надежностью, стойкостью к вибрации и одиночным ударам до 1000 g, т.к. наконечник коннектора развязан с корпусом и оболочкой кабеля.

Рисунок 9.2. Коннектор FC

Рисунок 9.2. Коннектор FC

Примеры обозначений: FC-SM-125 – одномодовый коннектор FC для волокна в 3-мм кабеле (моноблочная конструкция) с диаметром отверстия наконечника 125 мкм.FC(S)-SM-126 – одномодовый компактный коннектор FC(S) для волокна в 900 мкм буферной оболочке, с диаметром отверстия 126 мкм.SC-d-MM-127-900 – многомодовый дуплексный коннектор для волокна в 900 мкм буферной оболочке, с диаметром отверстия наконечника 127 мкм.Коннектор SC рекомендуется для многомодовых и одномодовых применений. Он имеет полимерный корпус типа push-pull. Наконечник коннектора развязан с корпусом и оболочкой кабеля. Моноблочная конструкция обеспечивает быстрое оконцевание.

Рисунок 9.3. Коннектор SC

Рисунок 9.3. Коннектор SC

Дуплексный коннектор SC представляет собой два обычных коннектора SC, объединенных между собой специальным полимерным зажимом.

9.2. Соединительные розетки и адаптеры

Соединительные розетки (рисунки 9.4-9.6) обеспечивают физический контакт соединяемых коннекторов. Материал корпуса розетки ST и FC – никелированная латунь, SC – пластик. Розетки для многомодовых применений содержат бронзовый разрезной центратор, розетки для одномодовых применений – керамический центратор.

Рисунок 9.4. Розетка ST

Рисунок 9.4. Розетка ST

Рисунок 9.5. Розетка FC

Рисунок 9.5. Розетка FC

Рисунок 9.6. Розетка SC

Рисунок 9.6. Розетка SC

Вносимые потери на соединение стандартных шнуров: одномодовые – 0,2 ¸ 0,3 дБ, многомодовые – 0,05 ¸ 0,2 дБ.Соединительные розетки SC могут быть спаренными. Переходные розетки (рисунок 9.7) используются для соединения шнуров различных стандартов, для сопряжения аппаратуры различных производителей.

Рисунок 9.7. Переходная розетка

Рисунок 9.7. Переходная розетка

Адаптеры различаются своим назначением.

Адаптеры для обнаженного волокна – это устройства для оперативного временного оконцевания одномодового или многомодового волокна в буферном покрытии диаметром 900 мкм. Адаптеры используются при ремонте и оптических измерениях. Адаптеры для обнаженного волокна состоят из коннектора определенного типа (FC,ST,SC) и специализированного зажимного устройства, которое может удерживать волокно в буферном покрытии. Типовые потери 0,4 ¸ 0,8 дБ.

Адаптеры типа FM используются в измерительной аппаратуре. Они подключаются к оптическому входу прибора и защищают приборы от риска повреждения излучателей и фотоприемников при многократных включениях. FM адаптеры представляют собой комбинацию розетки и коннектора. В коннекторную часть вклеен отрезок волокна. Типовые потери 0,4 ¸ 0,8 дБ.

9.3. Оптические аттенюаторы

Оптические аттенюаторы применяются с целью уменьшения мощности оптического сигнала. Существует несколько разновидностей аттенюаторов.

Переменные аттенюаторы – розетки (рисунок 9.8) имеют присоединительные размеры стандартных проходных розеток типа ST и FC и взаимозаменяемы с ними. Аттенюаторы допускают плавную регулировку величины затухания за счет изменения воздушного зазора. Точность установки 0,5 дБ. Диапазон плавной регулировки ST и FC: 0 ¸ 15 дБ для многомодового применения, 0 ¸ 20 дБ для одномодового применения. Переменный аттенюатор FC/APC разработан на базе стандартного аттенюатора FC и отличается более высокой точностью установки и большей величиной затухания (0 ¸ 30 дБ).

Рисунок 9.8. Переменные аттенюаторы-розетки

Рисунок 9.8. Переменные аттенюаторы-розетки

Фиксированные аттенюаторы-розетки (рисунок 9.9) имеют присоединительные размеры и внешний вид стандартных проходных розеток ST, FC. Затухание определяется калиброванным воздушным зазором. Типовые значения затуханий: 5, 10, 15, 20, 25, 30 дБ.

Рисунок 9.9. Фиксированные аттенюаторы-розетки

Рисунок 9.9. Фиксированные аттенюаторы-розетки

Аттенюаторы – FM адаптеры используются в измерительной и телекоммуникационной аппаратуре для оперативного снижения уровня сигнала. Типовые значения затуханий: 5, 10, 15, 20 дБ.Переменные аттенюаторы – FM адаптеры имеют внешний вид стандартных FM адаптеров, однако, отличаются наличием регулировочной гайки и стопорного кольца. Регулировка затухания осуществляется за счет воздушного зазора. Используются в качестве подстроечных. Величина затухания 0 20 дБ. Точность установки 0,5 дБ.

9.4. Оптические кроссы

Оптические кроссы используются для коммутации многоволоконного оптического кабеля, соединительных шнуров и электронного оборудования. Оптические кроссы делятся на настенные, стоечные и поддонные (рэковые). Корпус кросса представляет собой коробку или шкаф.

Настенные кроссы (пример на рисунке 9.10) различаются числом розеточных портов: 8, 12, 16, 32. В розеточные порты вставляются розетки FC, ST, SC или дуплексные розетки SC.

Рисунок 9.10. Настенный кросс

Рисунок 9.10. Настенный кросс

Стоечные кроссы различаются способом установки (к стене или в ряд с оборудованием) и числом розеток (до 80).

Кроссы в виде поддонов (называемые рэковыми) имеют три варианта исполнения – 1U, 2U, 3U – и рассчитаны на 16, 32 и 48 розеток. Эти кроссы лучше защищены от пыли.

9.5. Оптические ответвители (разветвители)

Оптический разветвитель представляет собой многополюсное устройство, в котором излучение, подаваемое на часть входных оптических полюсов, распределяется между его остальными оптическими полюсами.

Различают следующие виды разветвителей: однонаправленные, двунаправленные, чувствительные к длине волны (частотнозависимые) и нечувствительные к длине волны (частотнонезависимые). В двунаправленном разветвителе каждый полюс может работать на прием и на передачу или осуществляет прием и передачу одновременно.

Частотнонезависимые разветвители подразделяются на звездообразные, древовидные и ответвители.

Звездообразные разветвители обычно имеют одинаковое число входных и выходных полюсов. Оптический сигнал приходит на один из n входов и в равной степени распределяется между n выходными полюсами. Большое распространение получили разветвители 2´ 2 и 4´ 4. Распределение мощности происходит равномерно.

Древовидные разветвители расщепляют входной оптический сигнал на несколько выходных, или наоборот, объединяют несколько сигналов в один выходной. Распределение мощности от одного входа к n выходам равномерное. Нашли применение разветвители от 2 до 32 и более выходов (рисунок 9.11).

Рисунок 9.11. Пример использования разветвителей в пассивной оптической сети

Рисунок 9.11. Пример использования разветвителей в пассивной оптической сети

Ответвитель отличается неравномерным распределением мощности от одного входа к n выходам.

Частотнозависимые разветвители могут использоваться в качестве устройств многоволнового мультиплексирования WDM. С их помощью можно объединять и разделять сигналы различных длин волн.

Примеры характеристик некоторых широко применяемых разветвителей приведены в таблице 9.2.

Таблица 9.2. Оптические двухоконные разветвители (1310±40 нм, 1550±40 нм)

Номер Тип Коэффициент деления, % Максимальные вносимые потери, дБ Типичные вносимые потери, дБ
2000 1×2 50/50 3.7/3.7 3.1/3.1
2200 1×2 60/40 2.7/4.7 2.3/4.1
2400 1×2 70/30 2.0/6.0 1.7/5.4
2600 1×2 80/20 1.3/7.8 1.1/7.1
2800 1×2 90/10 0.8/11.2 0.6/10.2
2900 1×2 95/5 0.5/14.4 0.4/13.2
2030 2×2 50/50 3.7/3.7 3.1/3.1
3900 1×3 33/33/33 5.9/5.9/5.9 5/5/5
4900 1×4 25/25/25/25 7.4/7.4/7.4/7.4 6.2/6.2/6.2/6.2
5300 1×5 20/…../20 8.6/…./8.6 7.3/…./7.3
6000 1×6 16.6/…../16.6 9.8/…./9.8 8.1/…./8.1
8000 1×8 12.5/…./12.5 11.3/…/11.3 9.5/…./9.5
А110 1×10 10/…./10 12.1/…./12.1 10.4/…./10.4
С112 1×12 8.3/…./8.3 13.3/…./13.3 11.3/…./11.3
G116 1×16 6.25/…/6.25 14.9/…/14.9 12.6/…./12.6
M132 1×32 3.13/…/3.13 18.5/…/18.5 15.8/…./15.8

9.6. Оптические изоляторы (вентили)

Оптический изолятор обеспечивает пропускание света в одном направлении почти без потерь, а в другом направлении – с большим затуханием. В основе работы оптического изолятора лежит эффект Фарадея – вращение плоскости поляризации света оптически неактивными веществами под действием продольного магнитного поля. Принцип действия поясняет рисунок 9.11.

Прямой луч света благодаря поляризатору имеет вертикальную поляризацию. Отраженный луч после обратного прохождения через ячейку Фарадея получает горизонтальную поляризацию. По этой причине он не пройдет через поляризатор к источнику прямого луча.

Максимальная изоляция может составить 16 ¸ 36 дБ. Вносимые потери для прямого луча не превышают 1,5 дБ.

Рисунок 9.12. Конструкция изолятора

Рисунок 9.12. Конструкция изолятора

9.7. Оптические фильтры, мультиплексоры и демультиплексоры

Оптическая фильтрация обеспечивается различными устройствами мультиплексирования/демультиплексирования: фазированными волноводными решетками, волоконно-оптическими дифракционными решетками Брэгга, тонкопленочными диэлектрическими интерференционными фильтрами, резонаторами FP и т.д.

Фильтры на фазированных волноводных решетках обычно состоят из выращенного на кремниевой подложке тонкого кварцевого слоя, в котором вытравлены волноводы с разными длинами светового пути (рисунок 9.13).

Рисунок 9.13. Фильтр (демультиплексор) на фазированной волноводной решетке

Рисунок 9.13. Фильтр (демультиплексор) на фазированной волноводной решетке

Устройство работает по принципу дифракционной решетки, которая осуществляет пространственное разделение спектральных каналов между выходными портами. Подобные фильтры имеют до 32 каналов в диапазоне длин волн 1500 ¸ 1600 нм и обеспечивают межканальные интервалы 0,4 (50 ГГц), 0,8 (100 ГГц) и 1,6 (200 ГГц) нм. Вносимые потери для каждого канала могут составлять от 6 до 9 дБ. Помехи от соседних каналов менее –30 дБ.

Фильтры на фазированных волноводных решетках могут использоваться как мультиплексоры и демультиплексоры многоволновых сигналов [4, 8, 55, 98].

Волоконно-оптические дифракционные решетки Брэгга представляют собой отрезок стекловолкна, в сердцевине которого изготовлена дифракционная решетка Брэгга, работающая как спектральный фильтр (рисунок 9.14).

Рисунок 9.14. Волоконный фильтр Брэгга

Рисунок 9.14. Волоконный фильтр Брэгга

На рисунке 9.15 представлена схема оптического демультиплексора на основе брэгговской решетки, настроенной на волну λ3.

Рисунок 9.15. Волоконный демультиплексор на решетке Брэгга

Рисунок 9.15. Волоконный демультиплексор на решетке Брэгга

Такие устройства легко сращиваются с другими волоконно-оптическими компонентами, характеризуются малыми вносимыми потерями. Однако волоконно-оптические решетки являются двухпортовыми устройствами и на практике должны объединяться с оптическими циркуляторами и ответвителями, что приводит к дополнительным потерям.

Тонкопленочные диэлектрические интерференционные фильтры принято считать одним из перспективных путей реализации фильтрации в оптических системах. Эти фильтры представляют собой набор пластин с многослойным покрытием. Толщина каждого слоя составляет от 0,025 до 0,5 λ . Они были первыми стандартизированы в промышленности и применяются в системах передачи с 80-х годов [84]. Они обеспечивают разделение (объединение) от 2 до 4 длин волн с интервалами между каналами не менее 20 нм. Однако, ряд работ, проведенных Американской оптической ассоциацией, показали возможность уменьшения межканального расстояния до 0,8 нм (100 ГГц) [95].

Совмещение тонкопленочных фильтров с резонаторами Фабри – Перо (FP) позволяет строить многоканальные мультиплексоры с числом разделяемых волн до 32 и более. Примеры характеристик некоторых типов оптических фильтров приведены в таблице 9.3.

Таблица 9.3. Характеристики оптических фильтров

Таблица 9.3. Характеристики оптических фильтров

9.8. Оптические циркуляторы

Оптические циркуляторы строятся на основе эффекта Фарадея. При этом циркулятор имеет 3 или 4 порта (рисунок 9.16) и выполнены волоконно-оптическими устройствами.

Распределение излучения между портами определяется направлением распространения. В трехпортовом циркуляторе излучение, входящее в порт 1, проходит к порту 2; излучение, введенное в порт 3, не проходит в порт 2. Аналогично работает 4-хпортовый циркулятор.

Вносимые потери циркулятора – около 1,2 дБ, гарантированная изоляция портов – более 40 дБ.

Рисунок 9.16. Схемы оптических циркуляторов

Рисунок 9.16. Схемы оптических циркуляторов

9.9. Компенсаторы дисперсии

Дисперсия выступает фактором ограничения скорости передачи оптических импульсных сигналов в одномодовом стекловолокне. Особенно заметно это ограничение на скоростях 10 Гбит и выше. Например, при скорости 2,5 Гбит/с сигнал может быть передан на расстояние до 1000 км без видимых искажений на длине волны 1,3 мкм в стандартном волокне G.652. Уже при скорости 10 Гбит/с дальность передачи не превысит 60 км в этом же волокне, а при скорости в 20 Гбит/с она будет только 15 км.

Управление дисперсией является важной частью проектирования линейных трактов. При этом необходимо уменьшить влияние как хроматической, так и поляризационной модовой дисперсии.

При построении компенсаторов дисперсии используются методы создания волокон, компенсирующих дисперсию, и дифракционные решетки, например, интегральные и волоконные решетки Брэгга с линейно изменяющейся постоянной решетки [6, 23, 96, 97]. Пример использования волоконной решетки Брэгга в компенсаторе дисперсии приведен на рисунке 9.17.

Рисунок 9.17. Компенсатор дисперсии на основе волоконной брэгговской решетки

Рисунок 9.17. Компенсатор дисперсии на основе волоконной брэгговской решетки

Волоконные компенсаторы хроматической дисперсии выполняются из волокна с противоположной по характеру дисперсией, т.е. для волокна с дисперсией D+ на заданной волне или в диапазоне волн предлагается использовать отрезок волокна с дисперсией D-. При этом отрезок волокна с D- по длине существенно меньше линейного волокна с D+. Волокна для компенсации дисперсии укладывают в небольшие катушки, легко размещаемые в поддонах аппаратуры или в виде модулей аппаратуры ВОСП. Отрезки волокон с D- соответствуют длинам компенсации 20, 40,…..100км. Вносимые дополнительные потери могут составить до 8дБ. Пример конструкции модуля компенсации дисперсии приведен на рисунке 9.18.

Рисунок 9.18. Конструктив модуля компенсации дисперсии волокна SMF (G.652) в диапазоне волн 1525-1565нм в пределах -50….-2100пс/нм для длинных и сверхдлинных оптических линий

Рисунок 9.18. Конструктив модуля компенсации дисперсии волокна SMF (G.652) в диапазоне волн 1525-1565нм в пределах -50….-2100пс/нм для длинных и сверхдлинных оптических линий

Кроме волоконных компенсаторов дисперсии в составе блоков применяются компенсаторы на перестраиваемых волноводных решетках, которые отличаются малыми габаритами, малыми потерями оптической мощности и большим диапазоном перестройки. К таким компенсаторам относится TODC (Tunable Optical Dispersion Compensator) компании CIVCOM. Это устройство имеет диапазон перестройки ±1700пс/нм, а в реализации для транспондера ±2500пс/нм, потери мощности не более 1дБ, рабочая полоса волн 1528-1610нм. Управление перестройкой электрическое. Прибор может использоваться для линий одноволновой и многоволновой передачи с интервалом между каналами 50ГГц и скоростью передачи в каждом канале до 10Гбит/с. Конструкция TODC приведена на рисунке 9.19. Габариты прибора 30x12.7x9.75мм.

Рисунок 9.19. Конструкция компактного компенсатора хроматической дисперсии TODC

Рисунок 9.19. Конструкция компактного компенсатора хроматической дисперсии TODC

9.10. Преобразователи длин волн

Для создания полностью оптических сетей необходимы преобразования длин волн оптических сигналов, переносящих информацию. Это преобразование можно осуществить в системе "оптика – электроника – оптика", известной как транспондер. Однако это устройство очень дорогое и сложное. Поэтому получили развитие другие методы преобразования без "посредничества" электроники.

Один из методов волновой конверсии без оптоэлектронного преобразования основан на использовании ферроэлектрического кристалла, внутри которого создается периодическая структура с чередующейся сменой направлений поляризации для нелинейного оптического взаимодействия двух частот (сигнала и накачки). При одновременном распространении входного сигнала и сигнала от лазера накачки происходит генерация волны, которая является разностной между волнами накачки и сигнала (рисунок 9.20).

Рисунок 9.20. Схема преобразования волны в конверторе

Рисунок 9.20. Схема преобразования волны в конверторе

В процессе преобразования формируется разностная частота

(9.1)

где n – порядок нелинейности.

В качестве нелинейной среды может использоваться отрезок стекловолокна с нулевой смещенной дисперсией (DSF) длиной 2 км. При этом должна быть обеспечена накачка на длине волны, соответствующей сохранению

(9.2)

Эффект преобразования длины волны может быть получен и в полупроводниковом оптическом усилителе [9, 50, 101].

9.11. Оптические коммутаторы и маршрутизаторы

Оптическая коммутация и маршрутизация могут быть реализованы на основе различных технологий:

  • механические оптические коммутаторы;
  • электрооптические;
  • термооптические;
  • оптоэлектронные с полупроводниковыми усилителями света;
  • интегральные активные волноводные;
  • на многослойных световодных жидкокристаллических матрицах;
  • на интегральных схемах с набором матриц оптоэлектронных вентилей, связанных оптическим лучом;
  • на основе фотонных кристаллов.

Указанные технологии позволяют создавать большое разнообразие коммутаторов. Определенные конфигурации коммутаторов могут обеспечить оптическую маршрутизацию а оптическом узле.

Сравнительные характеристики некоторых типов коммутаторов приведены в таблице 9.4.

Таблица 9.4. Характеристики оптических коммутаторов

Таблица 9.4. Характеристики оптических коммутаторов

Оптические коммутаторы и маршрутизаторы в качестве единичного элемента содержат коммутирующие ячейки 2 ´ 2 (КЯ) (рисунок 9.21).

Рисунок 9.21. Виды оптических соединений

Рисунок 9.21. Виды оптических соединений

Многокаскадные коммутирующие среды могут строиться с блокированием и без блокирования внутренних соединений. Разновидности этих устройств подробно рассмотрены в [2, 4, 9, 24, 34, 41, 47, 48, 49, 66, 67, 69, 84, 86].

Таблица 9.4. Характеристики оптических коммутаторов

аблица 9.4. Характеристики оптических коммутаторов

9.12. Фотонные кристаллы

В 1998 году появились сообщения о разработке трехмерных микроскопических структур, получивших название фотонной решетки. Микроскопические кристаллы, созданные на основе кремния, передают свет в оптическом диапазоне с минимальными потерями по различным траекториям с изгибом под прямым углом в заданную точку.Кристалл представляет собой пачку тонких кремниевых двухмерных дифракционных решеток, каждый слой которой повернут на 90° относительно соседнего. Число слоев исчисляется десятками. Что представляет собой набор слоев? Это пленочные светопрозрачные материалы с различными показателями преломления и различной толщины (рисунок 9.22).

Рисунок 9.22. Пример отражения волн в пакете тонких пленок

Рисунок 9.22. Пример отражения волн в пакете тонких пленок

При нормальном падении света на плоскую границу раздела двух сред с показателями преломления n1 и n2 амплитудные коэффициенты отражения и пропускания света r и t определяются разностью показателей преломления

r = (n1-n2)/(n1+n2), t = 2n1/n1+n2. (9.3)

Если n1>n2, то коэффициент r>0, а в противном случае он отрицателен. Рассмотрим падение световой волны перепендикулярно набору светопропускающих слоёв. При отражении света от пленки толщиной d2 с показателем преломления n2, ограниченной с обеих сторон средами с показателем преломления n1, свет частично отражается от первой границы (с коэффициентом r), частично проходит (с коэффициентом t) и доходит до второй границы, набирая фазу 2 π n2 d2 <0 , отражается от второй границы с коэффициентом –r, возвращается к первой границе, снова набирая фазу 2 π n2 d2 0, и выходит наружу. Т.о., фаза волны, отраженной от первой границы, и фаза волны, прошедшей внутрь плёнки, отраженной от второй границы, и вернувшейся к первой границе, отличаются на величину ∆φ = 4 π n2 d2 0+ π. Если разность фаз ∆φ =2 π, то волны, отраженные от первой и второй границ, будут усиливать друг друга. Это возможно, если оптическая толщина пленки равна четверти длины волны

N2d20/4. (9.4)

Если увеличить число слоев пар с показателями преломления n1 и n2, то коэффициент отражения света от структур увеличивается, а интенсивность света в толщине структур, экспоненциально уменьшается. Такие структуры получили название брэгговских отражателей. Один из примеров использования таких фотонных кристаллов приведен в конструкции лазера с вертикальными резонаторами.

Возможности по применению фотонных кристаллов многочисленны: создание световодных каналов в виде в волокон и управляемых волноводов; спектральное мультиплексирование и демультиплексирование для оптических сетей; кроссирование световых волн, которое необходимо для создания оптических процессов [86]. Пример фотонных кристаллов в виде волокон рассмотрен ниже.

Волокна с фотонно-кристаллической оболочкой (holey fibers, photonic crystal fibers) - новый тип оптических волноводов, чьи уникальные свойства представляют особенный интерес в контексте возможности решения насущных проблем современной оптики, лазерной физики, фотоники и телекоммуникаций. Эти волокна обычно изготавливаются из стекла, кварца или прозрачной пластмассы путем перетяжки из преформы, образованной из плотно упакованных трубок и стержней, собранной в соответствии с поперечным сечением волокна. В зависимости от структуры поперечного сечения, эти волокна имеют различные свойства, такие как одномодовый режим распространения в широком спектральном диапазоне, большая/малая площадь модового пятна для увеличения/уменьшения нелинейных эффектов, низкие или высокие потери на сгибах, высокая нелинейность для генерации гармоник и суперконтинуума, точно управляемые поляризация, дисперсия групповой скорости, спектр пропускания и двулучепреломление. Волокна этого типа имеют ряд преимуществ перед обычными кварцевыми световодами:

  • одномодовый режим для всех длин волн излучения;
  • широкий диапазон изменения площади пятна основной моды - до сотен μм2;
  • постоянное значение коэффициента дисперсии (дисперсионный наклон равен 0.002 пс.нм-1.км-1 для длин волн 1.3-1.5 μм);
  • высокие значения коэффициента дисперсии (2000 пс.нм-1.км-1 для специально разработанных структур);
  • аномальная и нулевая дисперсия для длин волн меньше 1.3 μм (видимый спектр);
  • контролируемая локализация поля в воздушных отверстиях.

Кроме того, области применения этих волокон многообразны:

  • WDM устройства и дисперсионная компенсация;
  • волоконные лазеры;
  • микроскопия ближнего поля;
  • генерация фемтосекундных импульсов для солитонов;
  • оптический генератор;
  • спектроскопия газов и жидкостей;
  • оптическая транспортация микрочастиц.

Материал(ы) для производства волокон: оптическое стекло, композиция из стекол, композиция из стекол и металлов. Процессы: двух или трех фазное вытягивание стеклооптических полых капиллярных пучков, заполнение промежутков тесно упакованных волокон. В таблице 9.5 приведены геометрические характеристики пяти видов фотонно-кристаллических волокон [124].

Таблица 9.5. Геометрические характеристики фотонно-кристаллических волокон

Характеристики 1 2 3 4 5
Интервал между отверстиями, мкм 3 0.4 3 10 10
Диаметр отверстий, мкм 2 0.2 2 8 1
Внешний диаметр волокна, мкм 125/400 125/400 125/400 125/400 125/400

На рисунке 9.23 представлена конструкция фотонного волокна в разрезе при значительном увеличении (более чем в 1000раз).

Рисунок 9.23. Конструкция волокна первого типа с одной сердцевиной в разрезе

Рисунок 9.23. Конструкция волокна первого типа с одной сердцевиной в разрезе

Контрольные вопросы

  1. Какое назначение имеют разъемные оптические соединители?
  2. Где применяются разъемные соединители?
  3. Когда можно соединить выход оптического передатчика с оптическим приемником в одном мультиплексоре SDH?
  4. Какое назначение аттенюаторов ВОСП?
  5. Какие функции выполняют оптические разветвители?
  6. Как устроен и работает оптический вентиль?
  7. Что общего между оптическими фильтрами, мультиплексорами и демультиплексорами?
  8. Объяснить работу фазированной волноводной решетки в качестве мультиплексора.
  9. Для чего применяются оптические циркуляторы?
  10. Что обеспечивают компенсаторы дисперсии?
  11. Почему дифракционная решетка может быть использована для компенсации дисперсии?
  12. Когда требуется преобразование длины волны излучения?
  13. Как преобразуется волна с информационным сигналом?
  14. Какие виды оптических коммутаторов могут использоваться в ВОСП, кроссовых коммутаторах и маршрутизаторах?
  15. Чем отличаются оптические коммутаторы?
  16. Какие коммутаторы имеют наивысшее быстродействие?
  17. Что представляют собой фотонные кристаллы?
  18. Какие преимущества имеют фотонно-кристаллические волокна?

Волоконно-оптические системы передачи


*****
© Банк лекций Siblec.ru
Формальные, технические, естественные, общественные, гуманитарные, и другие науки.