Глава 6. Соединители и разветвители

6.1 Роль соединителей

Соединение различных частей волоконно-оптической системы крайне важно для ее работы. Соединители позволяют передавать свет от одной компоненты системы к другой с минимально возможными потерями оптической мощности. На протяжении линии волокно может соединяться с источниками, детекторами или другими волокнами.

Рисунок 6.1 Соединительные элементы в оптоволоконной линии связи.

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.

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. Они могут устанавливаться разными специалистами. Например, специалисты, участвующие в строительстве здания, прокладывают волоконно-оптическую систему внутри здания, специалисты по компьютерным сетям устанавливают активное оборудование в виде передатчиков и приемников и, наконец, телефонная компания прокладывает внутри здания волоконно-оптические телефонные линии. Все эти различные части оптической системы затем соединяются вместе с помощью соединителей.

Эксплуатация системы упрощается, если вышедшие из рабочего состояния или устаревшие элементы системы легко отключить и заменить новыми. Наиболее современные и быстродействующие передающие и принимающие устройства могут устанавливаться без каких-либо изменений в волоконном контуре.

Важным элементом является соединение источника с оптоволокном. Основная задача - это обеспечение максимально возможного уровня мощности, передаваемой от источника к оптическому волокну. 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.

Рисунок 6.2 Схема соединения источника и оптоволокна.

Хорошие источники должны иметь малые диаметры выходных пучков света и малую апертуру (NA). Диаметр выходного пучка определяет величину его поперечного сечения. 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. 

Когда выходной диаметр источника не соответствует диаметру ядра волокна, то потери излучения, связанные с рассогласование данных характеристик, могут быть определены на основе следующего выражения:

(6.1.1)

Потери отсутствуют, когда диаметр ядра волокна превосходит диаметр источника.

Когда апертура NA источника больше, чем NA волокна, то потери, вызванные этим рассогласованием, равны

(6.1.2)

Потери отсутствуют в противоположном варианте, когда большей является NA волокна.

Соединение оптоволокна с фотодетектором также представляет важный элемент. 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. Другие виды потерь возникают из-за Френелевского отражения и механического несоответствия между соединителем и приемной частью.

Рисунок 6.3 Источник с подключенным оптовокном.

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. Условие точного размещения тонких волокон (одно относительно другого) ставит перед производителями соединителей сложную задачу.

Неразъемный соединитель (сплайс, “заплатка”) – устройство, предназначенное для постоянного соединения одного волокна с другим. Некоторые производители предлагают многоразовые сплайсы, позволяющие разрывать соединение или переконфигурировать волоконную цепь.

Рисунок 6.4 Сплайсы.

Разъемный соединитель (разъем, коннектор) – устройство, служащее для подключения волокна к источнику, детектору или к другому волокну. В его конструкции заложена  возможность многократного подключения и отключения волокна.

В длинной линии, поскольку производители волокон поставляют кабели ограниченной длины – обычно от 1 до 6км, концы волокон необходимо сращивать при помощи неразъемных соединителей. При длине кабеля 6км для прокладки линии в 30км требуется пять таких соединителей (не считая разъемов для подключения кабеля к передающему и принимающему устройствам).
Рисунок 6.5 Разъемный соединитель.

На практике, когда возникает необходимость протянуть кабель через закрытый канал, не удается использовать даже 6-км кабель, в то время как кабель меньшей длины облегчает процесс прокладки.