Характеристики відгалужувачів

Рисунок 4.3 – Чотириполюсний спрямований Х-подібний відгалужувач

 

Спрямований відгалужувач є основним компонентом багатьох розподільних мереж. На рис.4.3 показано розгалужувач із чотирма полюсами (Х-відгалужувач). Такий відгалужувач є дВОСПІрямованим. Можливі напрямки розповсюдження потужності світла показано на рисунку стрілками. Для опису параметрів відгалужувача приймемо, що на полюс 1 приходить потужність Р₁, що ділиться між полюсами 2 і 3 у відповідній пропорції. В ідеалі жодна частка потужності не потрапляє на полюс 4 (що називається ізольованим). Без втрат спільності розгляду можемо прийняти, що потрапляє на полюс 2, дорівнює або більша за потужність, що з'являється на полюсі 3.

 

Вводять наступні параметри, що описують характеристики відгалужувача, які вимірюються в дБ:

 

1. Коефіціент передачі визначає втрати передачі потужності між вхідним та одним із вихідних полюсів (у даному випадку 2).

αспр = −10lg	P4	(4.1)
P 1

2. Коефіціент відгалуження враховує передачу між вхідним полюсом 1 і полюсом відгалуження (у даному випадку 3)

αвід = −10lg	P4	(4.2.)
P 1

3. Коефіціент спрямованості визначає передачу потужності між вхідним 1 та ізольованим 4 полюсами.

αспр = −10lg	P4		(4.3)
P 1

4. Внесені втрати оцінюють потужність, що губитися у відга-лужувачі. Вона обумовлена випрмінюванням, розсіюванням, погли-нанням і зв'язком з ізольованим полюсом.

αвн = −10lg (	Р 2 Р 3	)	(4.4)
Р 1

В ідеальному відгалужувачі потужність не потрапляє до ізольованого полюсу 4 (α_спр= ∞). До того ж він не має внутрішніх втрат потужності, так що загальна потужність, що з’являється на полюсах 2 і 3, дорівнює потужності на вході

P 1= P 2 +  P 3

(4.5)

Якісні спрямовані відгалужувачі мають внесені втрати меньші 1 дБ і коефіціент спрямованості більший за 40 дБ.

4.1.4 Конструкції розгалужувачів. Конструкція розгалужувача залежить від типу ОВ, приймального кута, відношення радіуса серцевини до товщини оболонки, модового розподілу, що збуджується на вході ОВ.

 

По своїй конструкції розгалужувачі розділяють на дві групи: біконічні, у яких випромінювання передається через бічну поверхню і торцеві, у яких випромінювання передається через торець ОВ. В обох випадках передача випромінювання може здійснюватися або при без-посередньому контакті ОВ, або через допоміжні елементи – дзеркала, лінзи, змішувачі. У біконічних розгалужувачах світло може бути ви-тягнуте через бічну поверхню при перетворенні спрямованої моди в моду випромінювання при зв'язку з другим ОВ через зникаюче поле.

 

Перетворення хвиль, що поширюється, у моди ви-промінювання одержують при вигині ОВ (рис.4.4а), або при знятті оболонки, що відбиває (рис.4.4б).

а) б)

Рисунок 4.4 – Перетворення хвилі, що розповсюджується у вихідні моди випромінювання

Біконічні розгалужувачі відносно легко виготовляти, однак вони мають погану відтворюваність параметрів. Внесені втрати: 0,2-1дБ. З розгалужувачів торцевого типу найбільш поширені такі, у яких торці вихідних ОВ безпосередньо зістиковуються з торцем вхідного ОВ і закріплюються механічно або склеюються (рис.4.5). Змінюючи взаємне положення торців ОВ і підбираючи їх поперечний переріз можна змінювати в широких межах відношення потужностей в різних вихідних каналах.

Рисунок 4.5 – Розгалужувач торцевого типу

 

Внесені втрати складають 0,3-1,2 дБ. Для зниження втрат, а також для зменшення порушення мод, оболонки зтравлюють або зішлифовують. Можливе виготовлення розгалужувачів з гільчастою структурою, сформованої шляхом склеювання або сплавлення вихідних торців ОВ уздовж зішлифованих під малим кутом серцевин і з'єднання з торцом вхідного ОВ (рис.4.6). Хоча принцип розгалужувача простий, виготовлення має труднощі. Внесені втрати 0,5 – 1,2 дБ. Ця конструкція підходить як для градієнтних, так і для східчастих світловодів. Поділ мод і втрати ростуть з ростом кута θ, під яким з'єднані світловоди.

Рисунок 4.6 – Розгалужувач із структурою біконічного спрямування

 

Зіркоподібний розгалужувач відбиваючого типу складається з циліндричного корпуса зі скляним змішувальним стрижнем 1 (рис.4.7). Один з кінців змішувального стрижня являє собою сферичне дзеркало 2, на інший кінець нанесене покриття, що просвітлює, 3. Ви-промінювання, що виходить з будь-якого світловода 4 відбивається від дзеркала і рівномірно розподіляється по всім іншим світловодам

Рисунок 4.7 – Зіркоподібний розгалужувач

 

Найбільше поширення одержали розгалужувачі зі сплавним переходом (biconicol tapered coupler), виготовлений шляхом зливання двох багатомодових (східчастих чи градієнтних) ОВ, наступного їх нагрівання і витягування до утворення біконічного переходу: перемичка з діаметром рівним діаметру ОВ, що сплавляються, рис.2.8.

Рисунок 4.8 – Біконічний розгалужувач зі сплавленим переходом

Моди вищого порядку, що надходять у відвід (порт) 1 за раху-нок вхідного звуження перемички входять в оболонку і в результаті стають загальними в оболонці обох відводів (портів) 3 і 4. Далі за ра-хунок вихідного розширення перемички ці оболочні моди знову вхо-дять у серцевини відводів. На практиці реалізовані розгалужувачі з ОВ як із градієнтним так і зі східчастим профілем ПЗ; вони мають коефіцієнт зв'язку від 3 дБ (однакова потужність в обох вихідних відводах) до 20 дБ.