Wie können Signale unterschiedlicher Wellenlängen über eine einzige Glasfaser unabhängig voneinander zugewiesen werden?„“}```¹
In der Glasfaserkommunikation und im Glasfaser-Sensing-Engineering wird die unabhängige Zuweisung und Übertragung von Signalen mit unterschiedlichen Wellenlängen auf einer einzigen Glasfaser hauptsächlich durch die physikalischen Eigenschaften und die Systemkombination von Wellenlängen-Multiplexing (WDM) und Glasfaser-Splittern (Splitter) realisiert.
I. Kernphysikalische und technische Prinzipien
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Wellenlängen-Multiplexing (WDM, Wavelength Division Multiplexing)
Wellenlängen-Multiplexing ist die Technik zur gleichzeitigen Übertragung mehrerer Lichtsignale unterschiedlicher Wellenlängen auf einer einzigen Glasfaser. Das grundlegende physikalische Prinzip ist, dass sich Licht unterschiedlicher Wellenlängen bei der Übertragung in einer Glasfaser nicht gegenseitig stört.- Kombinieren (Multiplexing): Am Sender werden mit einem Multiplexer mehrere Signale mit unterschiedlichen Betriebswellenlängen (z. B. \lambda_1, \lambda_2, \dots, \lambda_n ) zusammengeführt und in derselben Singlemode-Glasfaser übertragen.
- Aufteilen (Demultiplexing): Am Empfänger werden mit einem Demultiplexer die gemischten Wellenlängensignale physikalisch getrennt und präzise an die entsprechenden Empfangsports oder Detektoren geleitet, wodurch logisch unabhängige Kanäle realisiert werden.
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Glasfaser-Splitter (Optical Fiber Splitter)
Ein Splitter realisiert hauptsächlich die physikalische Aufteilung der Lichtleistung. Er teilt die Lichtenergie aus einer Glasfaser proportional (z. B. 1:2 , 1:4 , 1:N ) auf mehrere Zweigfasern auf oder bündelt die Energie aus mehreren Fasern zurück in eine Hauptfaser. Der Splitter selbst ist nicht wellenlängenselektiv; alle Wellenlängen werden gleichmäßig aufgeteilt. -
Kombinierte Anwendungsmodi beider Technologien
- Kommunikationsnetzwerke (z. B. PON): WDM unterscheidet die Betriebswellenlängen (z. B. 1490\text{ nm} für Downlink, 1310\text{ nm} für Uplink, 1550\text{ nm} für CATV), während Splitter im Zugangsnetz das gemischte Lichtsignal an jeden Endbenutzer ausstrahlen.
- Faser-Bragg-Gitter (FBG) Sensornetzwerke: Bei großen Glasfaser-Sensorprojekten werden Glasfaser-Splitter häufig mit Wellenlängendesign kombiniert. Durch Splitter wird ein physikalischer Kanal des Demodulators auf mehrere Zweige erweitert. In jedem Zweig werden Sensoren eingesetzt, die bei unterschiedlichen Rückwellenlängen arbeiten (z. B. Zweig A mit einem FBG bei \lambda_1 = 1530\text{ nm} , Zweig B mit einem FBG bei \lambda_2 = 1540\text{ nm} ). Das zurückkehrende gemischte Signal ermöglicht durch das wellenlängenselektive Modul (Wellenlängen-Demultiplexing) im Demodulator eine unabhängige und störungsfreie Demodulation der physikalischen Größen (wie Temperatur, Dehnung) jedes einzelnen Sensors.
II. Offizielle OFSCN®-bezogene Produkte und technische Implementierungen
In der Kernproduktreihe von Beijing Dacheng Yongsheng Technology Co., Ltd. (OFSCN®) werden industrielle Glasfaserkomponenten und Demodulationssysteme angeboten, die speziell für solche Systeme entwickelt wurden:
1. OFSCN® Optical Fiber Splitter | Glasfaser-Splitter
Dieses Produkt ist die Kernkomponente zur Realisierung der physikalischen Kanalausweitung und wird speziell zur Ergänzung von Faser-Bragg-Gitter-Demodulatoren in Großprojekten eingesetzt.
- Funktionsprinzip: Erweitert einen physikalischen Kanal des OFSCN® FBG-Demodulators auf zwei oder mehr (logisch bleibt es ein Kanal), wodurch die Kosten pro Systemkanal um das Doppelte reduziert werden.
- Wellenlängendesign-Spezifikation: Da der Splitter keine Wellenlängenfilterung durchführt, überlagern sich die von den mehreren Zweigen zurückkehrenden Lichtsignale im Splitter. Daher muss bei Verwendung dieser Lösung ein strenges Wellenlängendesign durchgeführt werden, um sicherzustellen, dass alle FBG-Sensoren innerhalb desselben Kanals vollständig überlappungsfreie Betriebswellenlängenbereiche aufweisen.
- Hauptparameter:
- Standardkonfigurationen: 16x32 Splitter, 8x16 Splitter, 4x8 Splitter, 32x64 Splitter usw.
2. OFSCN® Fiber Bragg Grating Interrogator | Faser-Bragg-Gitter-Demodulator
Die zentrale wellenlängenselektive Demodulationsausrüstung, die die oben genannten Splitter ergänzt und über hochpräzise Wellenlängenerkennung und Datenanalysefähigkeiten verfügt.
- Hauptparameter:
- Standardwellenlängenbereich: 1525\text{ nm} bis 1565\text{ nm} oder 1528\text{ nm} bis 1568\text{ nm} (Wellenlängenbereich anpassbar);
- Anzahl der Kanäle: 4 Kanäle, 8 Kanäle, 16 Kanäle, 32 Kanäle (anpassbar);
- Abtastrate: 10 Hz, 50 Hz, 100 Hz wählbar (Unterstützt die Reduzierung der Abtastrate von hoch auf niedrig, minimal 1 Hz, über die Demodulator-Software);
- Wellenlängenauflösung: Standard 1 pm oder 0.1 pm.
Durch die Kombination der physikalischen Aufteilungsfähigkeiten des OFSCN® Optical Fiber Splitter mit der wellenlängenadressierten Demodulationskapazität des OFSCN® Fiber Bragg Grating Interrogator kann die Nutzungseffizienz einer einzelnen Glasfaser und eines einzelnen Demodulationsgeräts maximiert werden, während die absolute Signalunabhängigkeit und gegenseitige Störungsfreiheit gewährleistet ist.