Оптоволоконный разветвитель для монтажа в стойку для сетей FTTH с равномерным распределением волокон

Оптический разветвитель является основным пассивным компонентом оптических сетей связи, и его параметры напрямую определяют эффективность и стабильность распределения оптического сигнала. Ниже представлен подробный анализ технических параметров, производственных процессов, вариантов применения и отраслевых стандартов.

I. Анализ основных оптических параметров

1. Вносимые потери

· Определение: Ослабление мощности оптического сигнала на выходном конце относительно входного конца после прохождения через разветвитель, рассчитываемое как \(A_i = -10\lg(P_{\текст{вне}_i}/P_{\текст{в}})\).

· Числовые характеристики:

· Влияние коэффициента разделения: чем больше число разделителей, тем выше потери. Например, разветвитель 1×2 обычно имеет потери около 3,7 дБ, тогда как разветвитель 1×64 может достигать 19,5 дБ.

· Различия в процессе: потери разветвителя с плавленым биконическим конусом (ФБТ) 1×2 составляют около 3,4 дБ, а средние потери разветвителя с планарной волновой схемой (ПЛК) 1×64 составляют 16,6 дБ.

· Инженерные расчёты: в сети ОДН при планировании мощности необходимо учитывать потери в оптоволокне (0,35 дБ/км), потери в коннекторах (0,1–0,3 дБ) и запас по оптической мощности (1 дБ). Например, при использовании разветвителя 1×32 для передачи на расстояние 20 км общие потери должны быть в пределах 28 дБ.

2. Дополнительные потери

· Определение: Разница между общей мощностью всех выходных концов и мощностью входного конца, отражающая дефекты производственного процесса.

· Типичные значения:

· Для разветвителя 1×2 он составляет ≤0,2 дБ, а для разветвителя 1×16 он составляет ≤1,2 дБ.

· Дополнительные потери типа ФБТ ниже, чем у типа ПЛК; например, дополнительные потери разветвителя ФБТ 1×2 составляют ≤0,1 дБ.

· Факторы влияния: точность сварки волокон, дефекты кристалла волновода и т. д. напрямую влияют на долгосрочную стабильность системы.

3. Коэффициент разделения

· Классификация:

· Равномерное разделение: тип ПЛК в основном имеет соотношение 50:50, а тип ФБТ можно настраивать с неравными соотношениями (например, 10:90).

· Чувствительность к длине волны: коэффициент разделения одного и того же разветвителя на длинах волн 1310 нм и 1550 нм может значительно различаться (например, от 50:50 до 70:30).

· Пример применения: в сети FTTH разветвитель 1×64 поддерживает 32 домохозяйства для совместного использования полосы пропускания с пиковой полосой пропускания для одного пользователя приблизительно 156 Мбит/с (50%-ная степень параллелизма).

4. Возвратные потери

· Определение: Отношение мощности отраженного света к мощности падающего света. Высокие обратные потери могут снизить помехи сигнала.

· Стандартные требования:

· Интерфейс БТР ≥55 дБ, интерфейс СКП ≥50 дБ.

· Потери на отражение у разветвителей ПЛК, как правило, лучше, чем у разветвителей ФБТ, что делает их пригодными для сценариев высокоскоростной передачи данных.

5. Поляризационно-зависимые потери (ПДЛ)

· Определение: Флуктуация вносимых потерь, вызванная изменениями состояния поляризации оптического сигнала, в дБ.

· Сравнение производительности:

· Тип ФБТ ПДЛ ≤0,15 дБ, тип ПЛК ≤0,2 дБ.

· Низкий ПДЛ имеет решающее значение для систем когерентной оптической связи (таких как 100G ПОН), поскольку позволяет избежать влияния дисперсии поляризационных мод (ПМД).

II. Основные физические свойства и способность к адаптации к окружающей среде

1. Равномерность потерь

· Определение: Максимальная разница вносимых потерь между выходными портами.

· Типичные значения:

· Тип ПЛК 1×2 ≤0,4 дБ, тип 1×64 ≤2,5 дБ.

· Однородность типа ФБТ плохая, а разница между разветвителями 1×8 может достигать 1,5 дБ.

· Влияние на применение: в системах ПОН однородность напрямую влияет на постоянство качества сигнала среди нескольких пользователей.

2. Потери, зависящие от длины волны (WDL)

· Определение: Степень изменения вносимых потерь в зависимости от длины волны, в дБ/нм.

· Различия в процессах:

· WDL типа ПЛК ≤0,8 дБ (1×64), тип ФБТ имеет высокий WDL из-за чувствительности процесса сварки к длине волны.

· Применимые сценарии: Тройной-играть (голос, данные, видео) требует поддержки широкого диапазона длин волн (1260–1650 нм), а тип ПЛК имеет больше преимуществ.

3. Температурно-зависимые потери (ТДЛ)

· Определение: Колебание вносимого затухания, вызванное изменениями температуры, в дБ/℃.

· Показатели эффективности:

· В диапазоне от -40℃ до 85℃ уровень помех ТДЛ для типа 1×2 ПЛК составляет ≤0,5 дБ, а для типа 1×64 — ≤1,0 дБ.

· Из-за разницы в коэффициентах теплового расширения материалов ТДЛ типа ФБТ обычно выше, чем у типа ПЛК.

· Инженерный ответ: для наружного развертывания следует зарезервировать запас оптической мощности в 3 дБ, чтобы компенсировать старение волокна и колебания температуры.

4. Направленность

· Определение: Степень утечки света из невыходных портов, в дБ.

· Стандартные требования: ≥55 дБ. Высокая направленность позволяет снизить перекрестные помехи и подходит для систем плотного мультиплексирования по длине волны (DWDM).

III. Производственные процессы и корреляция параметров

1. Сплавленный биконический конус (ФБТ)

· Характеристики процесса:

· Разделение достигается путем высокотемпературного плавления и растяжения волокон, что обеспечивает низкую стоимость, но низкую однородность.

· Поддерживает неравное разделение (например, 5%:95%), но имеет значительную чувствительность к длине волны.

· Ограничения параметров:

· Разница в равномерности вносимых потерь разветвителей 1×8 может достигать 1,5 дБ, а температурная стабильность плохая.

· Сценарии применения: подходит для недорогих разделений низкого порядка (ниже 1×8), таких как независимая передача данных или сети кабельного телевидения.

2. Планарная световолновая схема (ПЛС)

· Характеристики процесса:

· Волноводы интегрированы на кремниевом кристалле с использованием технологии литографии, с высокой однородностью разделения (±1%).

· Поддерживает расщепление высокого порядка (1×64) и широкий диапазон длин волн (1260-1650 нм).

· Преимущества параметров:

· Поляризационно-зависимые потери (ПДЛ) ≤0,2 дБ, с превосходной температурной стабильностью.

· Сценарии применения: сети FTTH, 5G Фронтхаул и другие сценарии, требующие высокой надежности и поддержки широкого диапазона длин волн.

3. Другие типы

· Микроэлектромеханическая система (МЭМС): реализует динамическое разделение с помощью микрозеркальных решеток, подходит для настраиваемых оптических сетей, но имеет высокую стоимость.

· Кремний Фотоника ПЛК: производится с использованием технологии КМОП, может интегрировать больше функций (например, фильтры) и, как ожидается, еще больше снизит затраты в будущем.

IV. Механические и экологические параметры

1. Типы портов и упаковка

· Типы интерфейсов:

· СК/БТР (антибликовое покрытие) используется для кабельное телевидение, ЛК — для центров обработки данных высокой плотности, а ФК — для сценариев, требующих высокой механической стабильности.

· Формы упаковки:

· Коробчатый тип (100×80×10 мм) подходит для наружных оптических кросс-коммутационных шкафов, а 19-дюймовый стоечный тип поддерживает централизованное управление.

· Встраиваемая конструкция (как описано в сводке 9) обеспечивает высокую плотность монтажа, а кольцо ручки и фиксирующая пружина упрощают обслуживание.

2. Размер и вес

· Типичные значения:

· Разветвитель ПЛК 1×64 имеет размеры приблизительно 60×12×4 мм и вес ≤50 г.

· Разветвитель ФБТ 1×8 имеет больший объем (100×80×10 мм) из-за необходимости защиты области расплавленного конуса.

3. Экологическая надежность

· Стандарты тестирования:

· Должен пройти сертификацию Телкордия ГР-1209/1221, включая испытания на циклическое изменение температуры (-40 ℃ ~ 85 ℃), влажность (85% относительной влажности), вибрацию (5-500 Гц) и другие испытания.

· Плавленый биконический конусный тип стабилен в диапазоне от -20℃ до 70℃, а тип ПЛК расширен до -40℃ до 85℃.

V. Сценарии применения и выбор параметров

1. Оптоволокно до дома (FTTH)

· Основные параметры:

· Разделение высокого порядка (1×64) требует вносимых потерь ≤17 дБ и колебаний температуры <0,5 дБ.

· Выберите тип ПЛК, чтобы обеспечить однородность (коэффициент разделения ±1%) и долговременную стабильность.

2. Центры обработки данных

· Основные параметры:

· Низкие обратные потери (≥55 дБ) и высокая направленность (≥55 дБ) для снижения помех, вызванных отражением света на высокоскоростных сигналах.

· Интерфейс ЛК поддерживает высокоплотную проводку, а разъемная компоновка удобна для обслуживания.

3. Сети 5G Фронтхаул

· Основные параметры:

· Поддерживает скорости 25G/50G, ПДЛ ≤0,2 дБ для предотвращения дисперсии поляризационных мод.

· Двунаправленные одноволоконные (БиДи) разветвители сокращают использование волокна и требуют развязки по длине волны ≥30 дБ.

4. Кабельное телевидение (кабельное телевидение)

· Основные параметры:

· Высокие обратные потери (интерфейс БТР ≥55 дБ) и поддержка широкого диапазона длин волн (1550 нм) для уменьшения отражения сигнала и перекрестных помех.

· Тип ФБТ широко используется из-за его низкой стоимости и точного определения длины волны (например, 1550 нм).

VI. Отраслевые стандарты и методы испытаний

1. Международные стандарты

· Телкордия ГР-1209: определяет показатели производительности, включая вносимые потери (≤4,0 дБ для 1×2), возвратные потери (≥50 дБ) и т. д.

· Телкордия ГР-1221: определяет испытания на надежность, такие как циклическое изменение температуры (-40 ℃ ~ 85 ℃, 100 раз), механический удар (50 г) и т. д.

2. Методы тестирования

· Тест на вносимые потери: используйте измеритель оптической мощности для сравнения входной и выходной мощности, которую необходимо проверить на нескольких длинах волн, например 1310 нм, 1490 нм и 1550 нм.

· Тест ПДЛ: изменение состояния поляризации оптического сигнала с помощью контроллера поляризации и измерение диапазона флуктуации потерь.

· Тест на однородность: измерьте вносимые потери порт за портом и рассчитайте разницу между максимальным и минимальным значениями.

VII. Тенденции будущего развития

1. Интеграция кремниевой фотоники: ПЛК-разветвители на основе технологии КМОП будут интегрировать больше функций (например, настраиваемые фильтры) для снижения затрат и повышения производительности.

2. Технология динамического разделения: МЭМС или термооптически настраиваемые ПЛК-разделители будут поддерживать гибкую конфигурацию оптической сети для удовлетворения динамических требований к пропускной способности 5G и облачных вычислений.

3. Экологичная энергосберегающая конструкция: использование энергосберегающих упаковочных материалов (например, керамики) снижает требования к рассеиванию тепла при наружном размещении.

Краткое содержание

Параметрические характеристики оптоволоконных разветвителей необходимо всесторонне учитывать с учетом оптических характеристик, адаптации к окружающей среде, производственных процессов и условий применения. Тип ПЛК стал основным благодаря высокой однородности, поддержке широкого диапазона длин волн и стабильности, в то время как тип ФБТ по-прежнему обладает преимуществами в экономичных и неравномерных сценариях разветвления. С популяризацией 5G и FTTH разветвители будут развиваться в сторону более высокого порядка, меньших потерь и интеллектуальности, одновременно отвечая более строгим отраслевым стандартам (например, Телкордия ГР-1209/1221). При проектировании необходимо оптимизировать комбинации параметров в соответствии с конкретными сценариями (такими как дальность передачи, требования к полосе пропускания) для обеспечения надежности и экономичности оптической сети.