ตัวแยกไฟเบอร์ออปติก

ตัวแยกสัญญาณไฟเบอร์ออปติกหรือที่เรียกว่าตัวแยกแสงเป็นอุปกรณ์ออปติคอลแบบพาสซีฟที่ใช้ในระบบ FTTH (Fiber to the Home) เพื่อแยกสัญญาณไฟเบอร์ออปติกเดี่ยวออกเป็นสัญญาณออปติคัลเอาท์พุตตั้งแต่สองสัญญาณขึ้นไปตามอัตราส่วนที่กำหนดไว้ล่วงหน้า ตัวอย่างเช่น ตัวแยกแสงขนาด 1x4 จะกระจายสัญญาณแสงจากเส้นใยหนึ่งถึงสี่เส้นใยในอัตราส่วนเฉพาะ ต่างจากมัลติเพล็กเซอร์แบบแบ่งความยาวคลื่น (WDM) ในระบบ WDM ซึ่งแยกสัญญาณแสงที่มีความยาวคลื่นต่างกันออกเป็นช่องความยาวคลื่นที่สอดคล้องกัน ตัวแยกสัญญาณแสงจะกระจายสัญญาณแสงทั้งหมดผ่านหลายช่องสัญญาณสำหรับการส่งสัญญาณ

หลักการทำงานของตัวแยกแสง

เมื่อส่งสัญญาณแสงในไฟเบอร์โหมดเดียว พลังงานของแสงไม่ได้กระจุกตัวอยู่ในแกนไฟเบอร์ทั้งหมด มีปริมาณเล็กน้อยแพร่กระจายผ่านการหุ้มใกล้แกนกลาง กล่าวอีกนัยหนึ่ง หากแกนกลางของเส้นใยทั้งสองอยู่ใกล้พอ สนามโหมดของแสงที่แพร่กระจายในเส้นใยหนึ่งสามารถเข้าสู่อีกเส้นใยหนึ่งได้ ทำให้สัญญาณแสงได้รับการปรับปรุงอีกครั้งในเส้นใยทั้งสอง การจัดสรรใหม่

ประเภทของตัวแยกแสง

ตัวแยกแสงสามารถแบ่งได้เป็นสองประเภทตามหลักการทำงาน: ตัวแยกแสงระนาบท่อนำคลื่น (PLC) และตัวแยกแสงเรียว biconical (FBT) ที่หลอมละลาย; ตามการกำหนดค่าพอร์ต สามารถจำแนกได้เป็น: ข้อต่อ X-type (2x2), ข้อต่อ Y-type (1x2), ข้อต่อแบบดาว (NxN, N>2) ข้อต่อ, ข้อต่อแบบต้นไม้ (1xN, N>2) ฯลฯ ; ตามอัตราส่วนการแยกสามารถจำแนกได้เป็นการแยกที่ไม่สม่ำเสมอและการแยกที่สม่ำเสมอ วิธีการจำแนกประเภทอื่นจะขึ้นอยู่กับโหมดเดี่ยว (1310 นาโนเมตร) และหลายโหมด (850 นาโนเมตร)

FBT Fused Biconical เรียวแยกแสง

ตัวแยกแสง FBT... วงจรนี้ผลิตขึ้นโดยใช้กระบวนการตัวเชื่อมต่อแบบเรียวแบบดั้งเดิม เส้นใยนำแสงตั้งแต่สองเส้นขึ้นไปที่เอาการเคลือบออกแล้วจะถูกมัดรวมกันแล้วละลายที่อุณหภูมิสูงบนเครื่องเรียวขณะที่ถูกยืดออกไปทั้งสองด้าน อัตราส่วนการแยกจะถูกตรวจสอบแบบเรียลไทม์ เมื่อได้อัตราส่วนการแยกที่ต้องการแล้ว กระบวนการหลอมและการยืดจะสิ้นสุดลง ปลายด้านหนึ่งจะเก็บไฟเบอร์ไว้หนึ่งเส้น (ส่วนที่เหลือถูกตัดออก) เป็นอินพุต ในขณะที่ปลายอีกด้านทำหน้าที่เป็นเทอร์มินัลหลายเอาต์พุต อัตราการแยกที่แตกต่างกันสามารถทำได้โดยการควบคุมมุมของการบิดของเส้นใยและความยาวของการยืด ในที่สุด ส่วนที่เรียวจะถูกบ่มด้วยกาวบนพื้นผิวควอตซ์และสอดเข้าไปในท่อสแตนเลส

PLC Plane Wave PLC (Planar Lightwave Circuit) ตัวแยกแสงเป็นอุปกรณ์กระจายพลังงานแสงของท่อนำคลื่นแบบบูรณาการโดยอิงจากซับสเตรตควอตซ์ ประดิษฐ์ขึ้นโดยใช้กระบวนการเซมิคอนดักเตอร์ (การพิมพ์หินด้วยแสง การแกะสลัก การพัฒนา ฯลฯ) ตัวแยก PLC จะแยกสัญญาณแสงจากไฟเบอร์ออปติกเส้นเดียวออกเป็นไฟเบอร์ออปติกหลายเส้น ทำให้มีการกระจายพลังงานแสงที่สม่ำเสมอ อาร์เรย์ท่อนำคลื่นแสงตั้งอยู่บนพื้นผิวด้านบนของชิป ซึ่งรวมฟังก์ชันการแยกสัญญาณเข้ากับชิป จากนั้นอาร์เรย์ไฟเบอร์แบบหลายช่องสัญญาณจะเชื่อมต่อกับปลายอินพุตและเอาต์พุตที่ปลายทั้งสองของชิปและห่อหุ้มไว้

FBT VS ข้อได้เปรียบหลักของตัวแยกแบบเรียว PLC FBT คือการใช้วัตถุดิบที่เรียบง่าย ต้นทุนที่ค่อนข้างต่ำ และความต้องการอุปกรณ์และกระบวนการที่มีความต้องการน้อยกว่า สามารถตรวจสอบอัตราส่วนการแยกได้แบบเรียลไทม์ตามต้องการ ทำให้เกิดการสร้างตัวแยกที่ไม่เท่ากัน ข้อเสียคือ ในปัจจุบัน เทคโนโลยีการเทเปอร์แบบสมบูรณ์สามารถสร้างตัวแยกขนาดได้สูงสุด 1x4 เท่านั้น สำหรับอุปกรณ์ที่มีขนาดใหญ่กว่า 1x4 จะมีการเชื่อมต่อยูนิต 1x2 หลายยูนิตเข้าด้วยกัน จากนั้นจึงบรรจุในกล่องแยก ตัวแยก FBT รองรับเฉพาะความยาวคลื่นสามช่วงเท่านั้น: 850nm, 1310nm และ 1550nm ซึ่งทำให้เข้ากันไม่ได้กับความยาวคลื่นอื่นๆ

ลักษณะผลิตภัณฑ์ของตัวแยก PLC คือ: การสูญเสียไม่ไวต่อความยาวคลื่นแสง ตอบสนองความต้องการการส่งผ่านของความยาวคลื่นที่แตกต่างกัน (1260~1650nm); การแยกสัญญาณที่สม่ำเสมอ การกระจายสัญญาณไปยังผู้ใช้อย่างเท่าเทียมกัน โครงสร้างที่กะทัดรัดและขนาดเล็ก หน่วยเดียว... อุปกรณ์มีช่องแยกจำนวนมากถึงมากกว่า 64: ต้นทุนต่อช่องสัญญาณที่สูงขึ้น และยิ่งช่องสัญญาณมากเท่าใด ความได้เปรียบด้านต้นทุนก็จะยิ่งมีนัยสำคัญมากขึ้น ข้อเสียคือต้นทุนที่สูงกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับตัวแยกแบบเรียวสองรูปทรงแบบหลอมรวม โดยเฉพาะอย่างยิ่งในตัวแยกสัญญาณแบบช่องสัญญาณต่ำ

โครงสร้างของ PLC Optical Splitter

ตัวแยกแสง PLC ประกอบด้วยสามส่วน: ชิปตัวแยกแสงและอาร์เรย์ไฟเบอร์ออปติกที่ต่ออยู่ที่ปลายทั้งสองข้าง องค์ประกอบทั้งสามนี้จะต้องสอดคล้องกันอย่างแม่นยำ การออกแบบและการประกอบมีบทบาทสำคัญในเสถียรภาพของตัวแยก PLC ชิปใช้เทคโนโลยีเซมิคอนดักเตอร์เพื่อสร้างท่อนำคลื่นแบบแยกสัญญาณบนพื้นผิวควอตซ์ ชิปมีท่อนำคลื่นอินพุตหนึ่งตัวและเอาต์พุต N ตัว จากนั้น อาร์เรย์ไฟเบอร์ออปติกอินพุตและเอาท์พุตจะต่อเข้ากับปลายทั้งสองด้านของชิป และติดตั้งเคสเพื่อสร้างตัวแยกแสงที่มีอินพุตเดียวและเอาต์พุต N

ชิป PLC Splitter สามารถออกแบบเป็น 1xN และ 2xN โดยที่ N มักจะเป็นผลคูณของ 2 เช่น 1x2, 1x4, 1x8, 1x16, 1x32, 1x64; และตัวแยกกำลังแบบกระจายที่ไม่สม่ำเสมอ เช่น 1x3, 1x5, 1x9 เป็นต้น ด้วยความต้องการ FTTR (Fiber to the Room) ที่เพิ่มมากขึ้น การใช้ตัวแยกกำลังแบบกระจายไม่สม่ำเสมอจะแพร่หลายมากขึ้น และกระบวนการผลิตจะมีความท้าทายมากขึ้น ชิปแยกแสง PLC มีข้อได้เปรียบ เช่น ต้นทุนต่ำ ความน่าเชื่อถือสูง ความยืดหยุ่นสูง และความสามารถในการปรับขนาด ทำให้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับสถานการณ์การใช้งานต่างๆ เช่น ระบบส่งสัญญาณ การรวมเครือข่าย การเข้าถึงบรอดแบนด์ การสื่อสารใยแก้วนำแสง และบริการมัลติมีเดีย

ตัวแยก PLC ที่รักษาโพลาไรเซชัน ตัวแยก PLC ที่รักษาโพลาไรเซชันส่วนใหญ่ตระหนักดีว่า... ในขณะที่รักษาสถานะโพลาไรเซชัน กำลังไฟฟ้าอินพุตจะถูกแยกอย่างสม่ำเสมอ โดยใช้อาเรย์ไฟเบอร์ที่รักษาโพลาไรเซชันช่องสัญญาณเดียวเป็นอินพุต และอาเรย์ไฟเบอร์ที่รักษาโพลาไรเซชันหลายช่องสัญญาณเป็นเอาต์พุต โพลาไรเซชันของคลื่นโพลาไรซ์เชิงเส้นที่ปล่อยออกมาในเส้นใยยังคงไม่เปลี่ยนแปลงในระหว่างการแพร่กระจาย และมีการเชื่อมต่อแบบข้ามระหว่างโหมดโพลาไรเซชันเพียงเล็กน้อยหรือไม่มีเลย ดังนั้นจึงบรรลุการเชื่อมต่อแบบรักษาโพลาไรเซชันและการแยกลำแสง โดยทั่วไปจะใช้เส้นใย PANDA ตัวแยกแสง PLC ส่วนใหญ่จะใช้ในการใช้งานพิเศษที่ต้องการการบำรุงรักษาโพลาไรเซชัน เช่น ระบบตรวจจับใยแก้วนำแสงหรือการสื่อสารที่สอดคล้องกัน

ตัวบ่งชี้ประสิทธิภาพหลักของตัวแยกแสง PLC

ตัวบ่งชี้ประสิทธิภาพที่ส่งผลต่อตัวแยกแสงโดยทั่วไปประกอบด้วย: 

การสูญเสียการแทรก การสูญเสียการแทรก (IL):การสูญเสียการแทรกหมายถึงการลดพลังงานแสงที่พอร์ตเอาต์พุตที่ระบุซึ่งสัมพันธ์กับพลังงานแสงอินพุตทั้งหมดที่ความยาวคลื่นการทำงานของตัวแยก PLC พูดง่ายๆ ก็คือการสูญเสีย dB ของแต่ละเอาต์พุตที่สัมพันธ์กับอินพุต โดยทั่วไป ยิ่งการสูญเสียการแทรกต่ำลง ประสิทธิภาพของตัวแยกสัญญาณก็จะยิ่งดีขึ้นเท่านั้น

การสูญเสียผลตอบแทน:การสูญเสียย้อนกลับหมายถึงอัตราส่วนเป็นเดซิเบลของแสงสะท้อน (แสงที่กระจัดกระจายส่งไปยังอินพุตอย่างต่อเนื่อง) ต่อแสงอินพุตที่การเชื่อมต่อไฟเบอร์ออปติก การสูญเสียผลตอบแทนที่สูงขึ้นจะดีกว่าในการลดผลกระทบของแสงสะท้อนบนแหล่งกำเนิดแสงและระบบ

ทิศทาง:ทิศทางหมายถึงอัตราส่วนของกำลังแสงเอาท์พุตที่ปลายแสงที่ไม่ได้ฉีดต่อกำลังแสงฉีด (ความยาวคลื่นที่วัดได้) ที่ด้านเดียวกันของตัวแยก PLC ในระหว่างการทำงานปกติ

การสูญเสียขึ้นอยู่กับโพลาไรซ์:การสูญเสียที่ขึ้นกับโพลาไรเซชันหมายถึงการเปลี่ยนแปลงสูงสุดของกำลังแสงเอาท์พุตที่พอร์ตเอาต์พุตแต่ละพอร์ตของตัวแยก PLC เมื่อสถานะโพลาไรเซชันของสัญญาณออปติคัลที่ส่งเปลี่ยนแปลงทั่วทั้งสถานะโพลาไรเซชันทั้งหมด

การแยกตัว:การแยกหมายถึงความสามารถของตัวแยกไฟเบอร์ออปติกเพื่อแยกสัญญาณแสงในเส้นทางแสงอื่นจากเส้นทางแสงที่กำหนด