Роль соединителей Соединители предназначены для подключения волокон к источнику, детектору и для соединения волокон между собой. Рис 1. Соединительные. - презентация

1

2 Роль соединителей Соединители предназначены для подключения волокон к источнику, детектору и для соединения волокон между собой. Рис 1. Соединительные элементы в оптоволоконной линии связи. Соединители позволяют передавать свет от одной компоненты системы к другой с минимально возможными потерями оптической мощности.

3 Соединители требуются при вводе кабеля внутрь здания, в кабельных каналах, в проходных соединениях и в других промежуточных точках между передающим и принимающим устройствами. Соединители требуются при вводе кабеля внутрь здания, в кабельных каналах, в проходных соединениях и в других промежуточных точках между передающим и принимающим устройствами. Они позволяют, например, осуществить переход от магистрального кабеля к внутреннему кабелю, переконфигурацию контура и перераспределение оптической энергии одного волокна на несколько других волокон. Они позволяют, например, осуществить переход от магистрального кабеля к внутреннему кабелю, переконфигурацию контура и перераспределение оптической энергии одного волокна на несколько других волокон. Разделение волоконно-оптической системы на несколько подсистем, соединенных вместе с помощью соединителей, упрощает выбор системы, ее установку и эксплуатацию. Совместно использоваться могут соединители различных производителей. Разделение волоконно-оптической системы на несколько подсистем, соединенных вместе с помощью соединителей, упрощает выбор системы, ее установку и эксплуатацию. Совместно использоваться могут соединители различных производителей. Разделение волоконно-оптической системы на несколько подсистем, соединенных вместе с помощью соединителей, упрощает выбор системы, ее установку и эксплуатацию. Совместно использоваться могут соединители различных производителей. Эксплуатация системы упрощается, если вышедшие из рабочего состояния или устаревшие элементы системы легко отключить и заменить новыми.

4 Важным элементом является соединение источника с оптоволокном Важным элементом является соединение источника с оптоволокном. Рис 2. Схема соединения источника и оптоволокна. Обеспечение максимально возможного уровня мощности, передаваемой от источника к оптоволокну. Оптические характеристики источника и волокна должны быть при этом согласованы. Оптические характеристики источника и волокна должны быть при этом согласованы. Выходная диаграмма света является важной характеристикой для волоконно- оптических приложений. После выхода света из источника начинается расширение светового пучка, и только малая его часть в действительности попадает в волокно. Чем уже выходная диаграмма, тем большая часть света может попасть в волокно Чем уже выходная диаграмма, тем большая часть света может попасть в волокно. Основная задача :

5 Диаметр выходного пучка Диаметр выходного пучка определяет величину его поперечного сечения. Апертура NA Апертура NA определяет диапазон углов, в которых происходит излучение света. Если диаметр выходного пучка или его апертура превышают соответствующие характеристики волокна, в которое вводится излучение, некоторая часть излучения утрачивается и не попадает в волокно. Если диаметр выходного пучка или его апертура превышают соответствующие характеристики волокна, в которое вводится излучение, некоторая часть излучения утрачивается и не попадает в волокно. Хорошие источники должны иметь малые диаметры выходных пучков света и малую апертуру (NA). Рис 3. Источник с подключенным оптовокном.

6 Потери излучения, связанные с рассогласованием выходного диаметра источника и диаметра ядра волокна: Потери излучения, связанные с рассогласованием выходного диаметра источника и диаметра ядра волокна: dia fiber - диаметр ядра волокна; dia source - выходной диаметр источника. Потери отсутствуют, когда диаметр ядра волокна превосходит диаметр источника. NA fiber - апертура волокна; NA source - апертура источника Потери, вызванные рассогласованием апертуры NA источника и NA волокна, равны: Потери, вызванные рассогласованием апертуры NA источника и NA волокна, равны: Потери отсутствуют, когда большей является NA волокна. (1) (2)

7 Важным элементом является соединение оптоволокна с фотодетектором. Два основных источника потерь при подключении к волокну возникают из-за рассогласования диаметров и апертуры. Поскольку конструкция детекторов легко позволяет иметь большой активный диаметр и широкую угловую апертуру, то проблема затухания на контактах в детекторах стоит менее остро, чем в источниках. Соединительные элементы в оптоволоконной линии связи.

8 Ключевым моментом волоконно-оптического соединения является точное размещение волоконных ядер (или несущих свет областей в одномодовом волокне) для обеспечения максимально полной передачи света от одного волокна к другому. При этом необязателен непосредственный контакт между волокнами. Рис 2. Бесконтактная передача сигнала в соединителе. Луч света из оптоволокна попадает на сферическую линзу, расширяется и сводится в параллельный пучок. Световой поток проходит через воздушную среду внутри сочлененных соединителей и фокусируется сферической линзой на оптоволокне второго соединителя. Рис.1 Физическое контактирование волокон соединяемых оптоволоконных кабелей

9 Соединители Неразъемный соединитель Неразъемный соединитель (сплайс, заплатка) – устройство, предназначенное для постоянного соединения одного волокна с другим. Разъемный соединитель Разъемный соединитель ( разъем, коннектор) – устройство, служащее для подключения волокна к источнику, детектору или к другому волокну. Рис. 4 Сплайсы. Рис. 5 Разъемный соединитель.

10 Требования к волоконно-оптическим соединителям Низкие потери Низкие потери: установка соединителей должна приводить к небольшим потерям оптической мощности на соединении. Простота установки Простота установки: соединители должны легко и быстро устанавливаться, не требуя дорогостоящего оборудования или длительного обучения персонала. Надежность: Надежность: разъем должен гарантировать многократное подключение и отключения без каких-либо изменений уровня потерь. Регламентируемость характеристик: Регламентируемость характеристик: потери должны быть регламентированы вне зависимости от времени установки соединителя. Экономичность: Экономичность: цена соединителей и оборудования для их установки должна быть невысокой. Требования к потерям на соединители: 0.2 дБ и менее для телекоммуникационных систем или для дальних линий связи дБ для соединителей, используемых в контуре внутри здания: для локальных сетей или линий управления производством дБ для соединителей в системах, где такого рода потери приемлемы и основным соображением выступает низкая стоимость. В таких системах, как правило, используется пластиковое волокно.

11 Причины возникновения потерь в соединении связанна с нестабильностью параметров самого волокна. связанна непосредственно с соединителем. ВнутренняяВнешняя

12 Внутренние причины Потери, связанные с рассогласованием апертуры (NA) Потери, связанные с рассогласованием апертуры (NA) происходят, если NA передающего волокна больше апертуры принимающего. Потери, связанные с рассогласованием диаметров ядер Потери, связанные с рассогласованием диаметров ядер, возникают, когда диаметр ядра передающего волокна больше диаметра принимающего волокна. Потери, связанные с несовпадением размеров оптических оболочек Потери, связанные с несовпадением размеров оптических оболочек, при этом оси волокон децентрируются. Концентричность размещения Концентричность размещения волоконного ядра внутри оптической оболочки. Рассогласование, связанное с концентричностью, определяется расстоянием между центрами ядра и оптической оболочки. Эллиптичность Эллиптичность (отклонение от формы идеального круга) формы ядра и оптической оболочки

13 Внешние факторы 1.Боковое смещение Если центральная ось одного волокна не совпадает с центральной осью другого 2.Зазор между сколами a)френелевское отражение, связанное с разницей показателей преломления волокон и среды в зазоре (обычно воздух). b)потерей мод высокого порядка в многомодовых волокнах при прохождении светом зазора и на входе в ядро второго волокна. Величина потерь, связанных с этим эффектом, зависит от величины NA волокон. Волокно с большим значением NA не допускает столь большого зазора между волокнами при том же уровне потерь, что и волокно с меньшим значением NA. 3.Угловое рассогласование ориентации осей Сколы обработанных волокон должны быть перпендикулярны осям волокон и параллельны друг другу при соединении. Уровень потерь, связанных с угловым рассогласованием ориентации осей относительно друг друга также определяется NA волокон. Большее значение NA допускает большее угловое рассогласование для ограничения потерь на том же уровне, что и в случае меньшего значения апертуры. 4.Гладкость поверхности скола Поверхность скола должна быть гладкой и не содержать дефекты типа трещин, выбоин и заусениц. Неровная поверхность разрушает геометрическую картину световых лучей и рассеивает их, что затрудняет ввод лучей во второе волокно.

14 Разветвители Первые используются для разветвления оптической мощности при наличии большого числа оконечных устройств в линии связи, подключения шины данных в ЭВМ, приема контрольного сигнала или сигнала обратной связи, предназначенного для управления мощности источника излучения. Вторые применяются для объединения (или разъединения) сигналов с различными оптическими несущими и называются мультиплексорами (и демультиплексорами соответственно). Неселективные разветвители подразделяют на два основных типа: Т-образные, построенные по принципу ответвления оконечных устройств от главного ствола линии, и звездообразные. В двунаправленном разветвителе каждый полюс может работать на прием и на передачу или осуществляет прием и передачу одновременно. Чувствительны е к длине волны (селективные) Нечувствительные к длине волны (неселективные)

15 Разветвители Принципы устройства разветвителей Рис. 8 Схема четырехпортового двунаправленного разветвителя Сквозные потери Сквозные потери : (3) Р 2 - выходная мощность через порт 2 ; Р 1 - входной мощность через порт 1 Потери заглушенного канала : Р 3 - мощности, проходящей через порт 3, Р 1 - мощности, приходящей на порт 1: Направленность Направленность: Порт 1-входной, порты 2 и 3-выходные. Выходная мощность через порт 2 всегда превосходит выходную мощность через порт 3. Порт 2 является сквозным. Порт 3 является заглушенным портом. Избыточные потери: (6) Р 2, Р 3 - мощности, выходящие через порты 2 и 3, Р 1 - входной мощности, подводимой через порт 1: Р 4 - нежелательный выход энергии через порт 4, Р 1 - энергия, входящей через порт 1 (4) (5)

16 В реальном разветвителе сумма выходных мощностей всегда немного меньше по сравнению с входной мощностью из-за избыточных потерь: Избыточные потери не включают в себя потери, связанные с подключением волокон к портам. В существующих разветвителях потери выходных портов равны сумме индивидуальных потерь портов и избыточных потерь. действительные потери Если Loss THP - потери сквозного и Loss TAP - потери заглушенного портов в реальном разветвителе, действительные потери составляют: (8) Направленный разветвитель симметричен величина потерь не зависит от того, какой порт является входным, а какой сквозным, заглушенный или изолированный. (7)

17 Т-разветвитель является трехпортовым устройством. Рис. 8 Т-разветвитель. На рис. 8 представлена типичная схема локальной сети с общей шиной. Разветвитель устанавливается на каждом узле и служит для отвода части энергии от шины к приемопередатчику присоединенного к узлу оборудования. Рассмотрим шины с N терминалами. В этом случае сигнал проходит через N - 1 узлов прежде, чем достигнет приемника. общие распределительные потери Для разветвителя, имеющего потери только на сквозном и заглушенном портах (т.е. не имеющего избыточных потерь), общие распределительные потери составят : Необходимо учитывать избыточные и соединительные потери (включая связанные с рассогласованием диаметров и апертуры) для каждого узла. Реальные общие потери составляют: Т-разветвитель Применение: Применение: когда к шине подключено несколько терминалов. (9) (10)

18 Разветвители типа звезда Рис. 9 Разветвитель типа звезда В сети, состоящей из N терминалов, данный разветвитель имеет 2N портов. Свет, входящий через любой порт, в равной степени распределяется между всеми выходными портами. Потери включения изменяются в обратной зависимости от числа терминалов Потери не увеличиваются линейно с ростом числа терминалов. При учете избыточных и соединительных потерь распределительные потери составят: Преимущества: Разветвитель типа звезда более эффективен в сети с большим количеством станций; Разветвитель типа звезда более эффективен в сети с большим количеством станций; Потери в сети типа звезда при наращивании числа рабочих станций увеличиваются медленнее по сравнению с сетью с Т-разветвителями. Потери в сети типа звезда при наращивании числа рабочих станций увеличиваются медленнее по сравнению с сетью с Т-разветвителями. Единственным преимуществом сети с Т-разветвителями является меньшая потребность в кабеле Универсальные разветвители типа звезда С одержат N портов, каждый из которых может работать как на прием, так и на передачу. Свет, попавший в любой из портов, может выйти через другой порт. (11) (12)

19 Сварные разветвители Сварные разветвители изготавливаются путем скручивания волокон в одной точке и нагревания их в точке скрутки. Рис. 10 Сварные разветвители "звезда". Передающий разветвитель типа звезда Передающий разветвитель типа звезда получается в том случае, когда концы каждого волокна находятся только по одну сторону от сварной секции. Разветвитель типа звезда с отражением Разветвитель типа звезда с отражением имеет петлеобразные участки, при этом каждое волокно сваривается в центральной точке дважды. Свойства: в зависимости от того, как сварены волокна, оптическая мощность может распределяться однородно или неоднородно между волокнами, имеют очень малые размеры, около десятых дюйма, характеризуются высокой однородностью.

20 Центрально симметричные разветвители с отражением Рис. 11 Принцип центрально-симметричного отражения Рис.12 Вращение зеркала позволяет переключаться между выходными волокнами. На эффективность работы ЦСР влияют следующие факторы: Радиус зеркала Показатель преломления среды, размещенной между волокном и зеркалом Диаметр ядра волокна и апертура Угол между волокном и осью зеркала Расстояние между волокнами В основу устройства центрально-симметричных разветвителей (ЦСР) положено изогнутое зеркало. Пучок света, выходя из какого-либо волокна, расширяется и отражается от зеркала. Отраженный пучок фокусируется и заводится во второе волокно. Конус отражения 1:1 совпадает с конусом падения, точка фокусировки зеркально симметричная по отношению к точке выхода падающего пучка. ЦСР являются высоконаправленными устройствами и позволяют применять различные типы волокон.

21 Мультеплексоры с разделением длины волны Мультиплексирование Мультиплексирование процесс одновременной передачи нескольких сигналов по одной линии В мультиплексировании с разделением длин волн (wavelength-division multiplexing, WDM) используются различные длины волн для двух и более сигналов. Передающие устройства, работающие на различных длинах волн, могут посылать свои оптические сигналы в волокно одновременно. На противоположном конце линии сигналы разделяются по длинам волн. Важные способности WDM-устройства перекрестное влияние разделение каналов. Обе характеристики в основном относятся к принимающему, или демультиплексирующему концу линии связи. Перекрестное влияние или направленность определяет, насколько хорошо разделяются демультиплексированные каналы. Сигнал каждого вида должен присутствовать только в одном, соответствующем этому сигналу, порту.

22 Оптические коммутаторы Иногда возникает необходимость в переключении света между двумя и более волокнами. Пассивный разветвитель распределяет свет по всем выходящим волокнам, но не выборочно между ними. В FDDI и других оптических сетях с конфигурацией типа token-ring используются проходные коммутаторы для отсоединения станции от сети. Основные принципы работы такого коммутатора аналогичны представленным на рис 12. Вращающееся зеркало направляет свет в различные волокна. Реальный коммутатор устроен немного сложнее, поскольку содержит более трех волокон. Рис. 12 Вращение зеркала позволяет переключаться между выходными волокнами.

23 Спасибо за внимание!