Разделител на оптични влакна за монтаж в шкаф за FTTH мрежи с равномерно разпределение на влакната

Оптичният сплитер е основен пасивен компонент в оптичните комуникационни мрежи, а неговите параметри директно определят ефективността и стабилността на разпределението на оптичния сигнал. Следва подробен анализ на техническите параметри, производствените процеси, сценариите на приложение и индустриалните стандарти.

I. Анализ на основните оптични параметри

1. Загуба при вмъкване

· Определение: Затихването на мощността на оптичен сигнал на изходния край спрямо входния край след преминаване през разделител, изчислено като (A_i = -10\голям(P_{\текст{навън}_i}/P_{\текст{в}})\).

· Числови характеристики:

· Влияние на коефициента на разделяне: Колкото по-голям е броят на разделянията, толкова по-висока е загубата. Например, 1×2 разделител обикновено има загуба от около 3,7 дБ, докато 1×64 разделител може да достигне 19,5 дБ.

· Разлики в процеса: Загубата на сплитер 1×2 с кондензиран биконичен конус (ФБТ) е около 3,4 дБ, а средната загуба на сплитер 1×64 с планарна светлинна верига (ПЛК) е 16,6 дБ.

· Инженерни изчисления: В ОДН мрежа, бюджетирането на мощността трябва да вземе предвид загубата във влакната (0,35 дБ/км), загубата в конектора (0,1-0,3 дБ) и оптичния марж (1 дБ). Например, когато се използва 1×32 сплитер за предаване на 20 км, общата загуба трябва да се контролира в рамките на 28 дБ.

2. Допълнителна загуба

· Определение: Разликата между общата мощност на всички изходни краища и мощността на входния край, отразяваща дефекти в производствения процес.

· Типични стойности:

· За 1×2 сплитер, това е ≤0.2dB, а за 1×16 сплитер, това е ≤1.2dB.

· Допълнителната загуба при ФБТ тип е по-ниска от тази при ПЛК тип; например, допълнителната загуба на 1×2 ФБТ сплитер е ≤0,1dB.

· Влияещи фактори: Точността на сливането на влакната, дефектите на чипа на вълновода и др., пряко влияят върху дългосрочната стабилност на системата.

3. Коефициент на разделяне

· Класификация:

· Равномерно разделяне: Типът ПЛК е предимно 50:50, а типът ФБТ може да бъде персонализиран с неравномерни съотношения (като например 10:90).

· Чувствителност към дължината на вълната: Коефициентът на разделяне на един и същ разделител при дължини на вълните 1310nm и 1550nm може да варира значително (например от 50:50 до 70:30).

· Пример за приложение: В FTTH мрежа, 1×64 сплитер поддържа споделяне на честотна лента от 32 домакинства, с пикова честотна лента за един потребител от приблизително 156 Мбит/с (50% процент на едновременност).

4. Загуба на връщане

· Определение: Съотношението на мощността на отразената светлина към мощността на падащата светлина. Високата загуба на отражение може да намали смущенията на сигнала.

· Стандартни изисквания:

· АПК интерфейс ≥55dB, Единен печат (ЕПЦ) интерфейс ≥50dB.

· Загубата на отражение на ПЛК сплитерите обикновено е по-добра от тази на ФБТ сплитерите, което ги прави подходящи за сценарии за високоскоростно предаване на данни.

5. Загуба, зависима от поляризацията (ПДЛ)

· Определение: Флуктуацията на вмъкнатите загуби, причинена от промени в състоянието на поляризация на оптичния сигнал, в дБ.

· Сравнение на производителността:

· ФБТ тип ПДЛ ≤0.15dB, ПЛК тип ≤0.2dB.

· Ниското ПДЛ е от решаващо значение за кохерентните оптични комуникационни системи (като 100G ПОН), за да се избегне въздействието на дисперсията на поляризационния режим (ПМД).

II. Ключови физични свойства и адаптивност към околната среда

1. Еднородност на загубите

· Определение: Максималната разлика в затихването при вмъкване между изходните портове.

· Типични стойности:

· 1×2 ПЛК тип ≤0.4dB, 1×64 тип ≤2.5dB.

· Еднородността на ФБТ типа е лоша и разликата между 1×8 разделители може да достигне 1,5 дБ.

· Въздействие върху приложението: В ПОН системите, еднородността пряко влияе върху постоянството на качеството на сигнала между множество потребители.

2. Загуба, зависима от дължината на вълната (WDL)

· Определение: Степента, до която вмъкнатото затихване се променя с дължината на вълната, в дБ/нм.

· Разлики в процеса:

· ПЛК тип WDL ≤0.8dB (1×64), ФБТ типът има висок WDL поради чувствителността на процеса на синтез към дължината на вълната.

· Приложими сценарии: Тройното възпроизвеждане (глас, данни, видео) изисква поддръжка на широка дължина на вълната (1260-1650nm), а ПЛК типът има повече предимства.

3. Загуба, зависима от температурата (TDL)

· Определение: Колебанието на вмъкнатите загуби, причинено от температурни промени, в дБ/℃.

· Показатели за ефективност:

· В диапазона от -40℃~85℃, TDL на тип 1×2 ПЛК е ≤0.5dB, а този на тип 1×64 е ≤1.0dB.

· Поради разликата в коефициентите на термично разширение на материалите, TDL на типа ФБТ обикновено е по-висок от този на типа ПЛК.

· Инженерен отговор: За външно разполагане трябва да се запази запас от оптична мощност от 3dB, за да се справят със стареенето на влакната и температурните колебания.

4. Насоченост

· Определение: Степента на изтичане на светлина от неизходните портове, в дБ.

· Стандартни изисквания: ≥55dB. Високата насоченост може да намали кръстосаните смущения и е подходяща за системи с плътно мултиплексиране с разделяне на дължината на вълната (DWDM).

III. Производствени процеси и корелация на параметрите

1. Сплавен биконичен конус (ФБТ)

· Характеристики на процеса:

· Разделянето се постига чрез топене и разтягане на влакната при висока температура, с ниска цена, но с лоша равномерност.

· Поддържа неравномерно разделяне (като 5%:95%), но има значителна чувствителност към дължина на вълната.

· Ограничения на параметрите:

· Разликата в равномерността на вмъкнатите загуби на 1×8 разделители може да достигне 1,5 дБ, а температурната стабилност е лоша.

· Сценарии на приложение: Подходящ за нискобюджетно разделяне от нисък порядък (под 1×8), като например независимо предаване на данни или Кабелен телевизионен канал мрежи.

2. Планарна светлинна верига (ПЛК)

· Характеристики на процеса:

· Вълноводите са интегрирани върху силициев чип, използващ литографска технология, с висока равномерност на разделяне (±1%).

· Поддържа разделяне от висок порядък (1×64) и широк диапазон на дължините на вълните (1260-1650nm).

· Предимства на параметрите:

· Загуба, зависима от поляризацията (ПДЛ) ≤0.2dB, с отлична температурна стабилност.

· Сценарии на приложение: FTTH, 5G преден теглич мрежи и други сценарии, изискващи висока надеждност и поддръжка на широки дължини на вълната.

3. Други видове

· Микроелектромеханична система (МЕМС): Реализира динамично разделяне чрез микроогледални решетки, подходяща за настройваеми оптични мрежи, но с висока цена.

· Силиций Фотоника ПЛК: Произведен с CMOS технология, може да интегрира повече функции (като филтри) и се очаква да намали допълнително разходите в бъдеще.

IV. Механични и екологични параметри

1. Видове портове и опаковки

· Видове интерфейси:

· СК/АПК (антирефлексно покритие) се използва за кабелна телевизия (Кабелен телевизионен канал), ЛК за центрове за данни с висока плътност, а ФК за сценарии с висока механична стабилност.

· Форми на опаковка:

· Типът кутия (100×80×10 мм) е подходящ за външни шкафове за кръстосано свързване на оптични кабели, а 19-инчовият тип, монтиран в шкаф, поддържа централизирано управление.

· Щепселният дизайн (както е описано в резюме 9) поддържа монтаж с висока плътност, а пръстенът на дръжката и заключващата пружина опростяват поддръжката.

2. Размер и тегло

· Типични стойности:

· 1×64 ПЛК сплитер има размери приблизително 60×12×4 мм и тегло ≤50 г.

· Разделителят ФБТ 1×8 има по-голям обем (100×80×10 мм) поради необходимостта от защита на зоната на слепване на конус.

3. Екологична надеждност

· Стандарти за тестване:

· Трябва да премине сертификация Телкордия ГР-1209/1221, включително тестове за температурни цикли (-40℃~85℃), влажност (85% относителна влажност), вибрации (5-500Hz) и други.

· Типът с разтопен биконичен конус е стабилен в диапазона от -20℃~70℃, а типът ПЛК е разширен до -40℃~85℃.

V. Сценарии на приложение и избор на параметри

1. Оптично оптически кабел до дома (FTTH)

· Ключови параметри:

· Разделянето от висок порядък (1×64) изисква загуба на вмъкване ≤17dB и температурни колебания <0.5dB.

· Изберете тип ПЛК, за да осигурите еднородност (±1% коефициент на разделяне) и дългосрочна стабилност.

2. Центрове за данни

· Ключови параметри:

· Ниска загуба на отражение (≥55dB) и висока насоченост (≥55dB) за намаляване на смущенията от отражение на светлината върху високоскоростни сигнали.

· ЛК интерфейсът поддържа окабеляване с висока плътност, а щепселната опаковка е удобна за поддръжка.

3. 5G Преден теглич Мрежи

· Ключови параметри:

· Поддържа скорости 25G/50G, ПДЛ ≤0.2dB, за да се избегне дисперсията на поляризационния режим.

· Двупосочни (BiDi) сплитери с едно влакно намаляват използването на влакна и изискват изолация с дължина на вълната ≥30dB.

4. Кабелна телевизия (Кабелен телевизионен канал)

· Ключови параметри:

· Висока загуба на отражение (АПК интерфейс ≥55dB) и широка поддръжка на дължина на вълната (1550nm) за намаляване на отражението на сигнала и кръстосаните смущения.

· Типът ФБТ се използва широко поради ниската си цена и силното насочване към дължината на вълната (като например 1550nm).

VI. Индустриални стандарти и методи за изпитване

1. Международни стандарти

· Телкордия ГР-1209: Дефинира показатели за производителност, включително загуба на вмъкване (≤4.0dB за 1×2), загуба на отражение (≥50dB) и др.

· Телкордия ГР-1221: Специфицира тестове за надеждност, като например температурни цикли (-40℃~85℃, 100 пъти), механичен удар (50g) и др.

2. Методи за тестване

· Тест за вмъкнати загуби: Използвайте оптичен измервател на мощност, за да сравните входната и изходната мощност, което трябва да се провери при множество дължини на вълните, като например 1310nm, 1490nm и 1550nm.

· ПДЛ тест: Промяна на състоянието на поляризация на оптичния сигнал чрез контролер на поляризация и измерване на диапазона на флуктуация на загубите.

· Тест за еднородност: Измерете загубата на вмъкване порт по порт и изчислете разликата между максималната и минималната стойност.

VII. Бъдещи тенденции в развитието

1. Интеграция на силициева фотоника: ПЛК разделителите, базирани на CMOS технология, ще интегрират повече функции (като например настройваеми филтри), за да намалят разходите и да подобрят производителността.

2. Технология за динамично разделяне: МЕМС или термооптично настройваемите ПЛК разделители ще поддържат гъвкава конфигурация на оптичната мрежа, за да отговорят на изискванията за динамична честотна лента на 5G и облачните изчисления.

3. Зелен енергоспестяващ дизайн: Използването на нискоенергийни опаковъчни материали (като керамика) намалява изискванията за разсейване на топлината при външно разполагане.

Обобщение

Характеристиките на параметрите на оптичните сплитери трябва да бъдат разгледани цялостно, отчитайки оптичните характеристики, адаптивността към околната среда, производствените процеси и сценариите на приложение. ПЛК типът се е превърнал в основен продукт поради високата си еднородност, широката поддръжка на дължини на вълната и стабилността, докато ФБТ типът все още има предимства при сценарии с ниска цена и неравномерно разделяне. С популяризирането на 5G и FTTH, сплитерите ще се развиват към по-висок порядък, по-ниски загуби и интелигентност, като същевременно отговарят на по-строги индустриални стандарти (като Телкордия ГР-1209/1221). При инженерното проектиране комбинациите от параметри трябва да бъдат оптимизирани според специфичните сценарии (като разстояние на предаване, изисквания за честотна лента), за да се гарантира надеждността и икономичността на оптичната мрежа.