1x2-Splittern sind die Ausgangslichtleistungen 50/50? Warum wird eine durchschnittliche Leistung angestrebt?
In der optoelektronischen Technik und bei Glasfaserübertragungssystemen gibt es strenge physikalische Definitionen und Anwendungsüberlegungen für die Lichtleistungsverteilung von Splittern (Splitter / Koppler). Hier sind detaillierte Antworten auf diese beiden Fragen:
1. Beträgt die Ausgangslichtleistung eines 1 \times 2 Splitters 50/50?
Nicht unbedingt. Das Kopplungsverhältnis eines 1 \times 2 optischen Splitters hängt vollständig von seinem physikalischen Strukturdesign und seiner Herstellungstechnologie ab.
- Balancierter Splitter (Balanced Splitter):
Sein Kopplungsverhältnis beträgt 50/50. Bei diesem Design wird das eingehende einzelne Lichtsignal gleichmäßig in zwei Teile geteilt, wobei die Leistung des optischen Signals an den beiden Ausgängen theoretisch jeweils 50\ % beträgt (ohne Berücksichtigung von Einfügungs- und Zusatzverlusten von Faserkomponenten sinkt die Leistung jeder Leitung um etwa 3\ \text{dB}). - Unbalancierter Splitter (Unbalanced Splitter):
Sein Kopplungsverhältnis kann nach Bedarf der jeweiligen technischen Anforderungen angepasst werden, z. B. 10/90 , 20/80 , 5/95 oder sogar 1/99 usw. Dieses unbalancierte Design wird häufig für die Leistungsüberwachung (Tap-Port) in optischen Netzwerken, für Bus-Topologien oder zur Kompensation unterschiedlicher optischer Verluste aufgrund unterschiedlicher Übertragungsentfernungen verwendet.
2. Warum strebt man eine Leistungsaufteilung (gleichmäßige Verteilung) an?
In den meisten Standard-Lichtkommunikations- und Glasfaser-Sensorsystemen (wie FBG-Sensoren) sind gleichmäßige Splitter die am häufigsten verwendeten Komponenten. Das Streben nach gleichmäßiger Leistungsverteilung basiert hauptsächlich auf den folgenden drei Kernüberlegungen für die Technik:
(1) Optimierung des Dynamikbereichs und des Signal-Rausch-Verhältnisses (SNR) von Fotodetektoren
Fotodetektoren (PDs) oder die fotoelektrischen Wandlerchips von Demodulatoren haben einen bestimmten optimalen Empfangsleistungsbereich (d. h. den linearen Dynamikbereich).
- Vermeidung von Signalüberlastung und Sättigung: Wenn die Leistungsaufteilung ungleichmäßig ist und die Lichtleistung an einem Ausgang zu stark ist, kann dies zur Sättigung des Fotodetektors am Empfangsend führen, was zu Signalverzerrungen, Clipping oder sogar zur Beschädigung empfindlicher Komponenten führt.
- Gewährleistung des Signal-Rausch-Verhältnisses für schwache Signale: Gleichzeitig kann die Lichtleistung des Zweigs mit der geringeren Teilung zu niedrig sein. Wenn das Signal zum Detektor zurückkehrt, wird es im thermischen Rauschen oder Schrotrauschen des Systems verdeckt, was zu einer extremen Verschlechterung des Signal-Rausch-Verhältnisses (SNR) führt.
- Die gleichmäßige Leistungsaufteilung (50/50) stellt sicher, dass die Leistungsbudgets der nachfolgenden Messkanäle hochgradig konsistent sind, wodurch die Entscheidungsschwellenwerte für die Signalempfangs- und -verarbeitungsalgorithmen einheitlicher und einfacher werden.
(2) Gewährleistung des maximalen Kontrasts (Streifen-Sichtbarkeit) von Interferometersystemen
In optischen Sensorsystemen, die auf dem Interferometerprinzip basieren (z. B. Mach-Zehnder-Interferometer oder Michelson-Interferometer), ist es für die Erzielung des maximalen Interferenzstreifen-Kontrasts (d. h. der Unterschied zwischen dem maximalen und minimalen Lichtintensitätswert ist maximal, die theoretische Sichtbarkeit V \approx 1 ) erforderlich, dass die Amplituden (d. h. die Leistung) der beiden kohärent interferierenden Lichtwellen vollständig gleich sind. Wenn der Splitter ungleichmäßig ausgibt, führt dies zu einem Rückgang des Interferenzstreifen-Kontrasts und einer erheblichen Verschlechterung der Phasendiskriminierungsgenauigkeit.
(3) Vereinfachung der Link-Loss-Budgets komplexer Mehrkanal-Systeme
Bei großen Glasfaser-Sensorprojekten wird häufig die Verwendung von optischen Splittern zur Erweiterung der physikalischen Kanäle von FBG-Demodulatoren eingesetzt, um eine wirtschaftliche Kanalausweitung zu erreichen.
Wenn beispielsweise ein OFSCN® Optical Fiber Splitter (wie übliche 16 \times 32 , 8 \times 16 Splitter) in Verbindung mit einem FBG-Demodulator verwendet wird, sorgt ein gleichmäßiger Splitter dafür, dass jeder logisch erweiterte Kanal die gleiche optische Dämpfungsbasis aufweist. Dies vereinfacht die Verlustberechnung der gesamten Glasfaserverbindung für Systemintegratoren erheblich. Solange ein strenges Wellenlängendesign durchgeführt wird, kann sichergestellt werden, dass die FBG-Reflexionssignale jedes Zweigs gleichmäßig im Demodulationsspektrum erscheinen.
