1x2 выходная оптическая мощность составляет 50/50? Зачем стремиться к усреднению мощности?
В области фотоэлектроники и систем волоконной передачи оптическая мощность на выходе ответвителей (Splitter / Coupler) имеет строгие физические определения и практические соображения. Ниже приведены подробные ответы на два этих вопроса:
1. Является ли выходная оптическая мощность ответвителя 1 \times 2 равной 50/50?
Не обязательно. Коэффициент деления (Coupling Ratio) ответвителя 1 \times 2 полностью зависит от его физической конструкции и технологии изготовления.
- Сбалансированный ответвитель (Balanced Splitter):
Его коэффициент деления составляет 50/50. При такой конструкции входной одиночный оптический сигнал равномерно делится на два, и оптическая мощность на каждом из двух выходов теоретически составляет 50\% (при этом мощность на каждом выходе снижается примерно на 3\ \text{dB} , если не учитывать вносимые потери и дополнительные потери в волоконно-оптических устройствах). - Несбалансированный ответвитель (Unbalanced Splitter):
Его коэффициент деления может быть настроен в соответствии с практическими потребностями проекта, например, 10/90 , 20/80 , 5/95 или даже 1/99 и т.д. Такая несбалансированная конструкция обычно используется для мониторинга мощности (порт Tap) в оптических сетях, в шинных топологиях или для компенсации различных потерь в ответвлениях, связанных с разной длиной передачи.
2. Зачем стремиться к усреднению (сбалансированному делению) мощности?
В большинстве стандартных оптических коммуникаций и систем волоконно-оптических датчиков (например, датчиков на основе волоконных решеток FBG) наиболее часто используются сбалансированные ответвители. Стремление к равномерному делению мощности основано главным образом на следующих трех ключевых инженерных соображениях:
(1) Оптимизация динамического диапазона и соотношения сигнал/шум (SNR) фотоприемников
Фотоприемники (PD) или чипы оптоэлектронного преобразования в демодуляторах имеют определенный оптимальный диапазон принимаемой мощности (т.е. линейный динамический диапазон).
- Предотвращение перегрузки и насыщения сигнала: Если неравномерное деление мощности приводит к тому, что оптическая мощность на одном из выходов становится слишком высокой, это может вызвать насыщение (Saturation) фотоприемника на приемной стороне, что приведет к искажению сигнала, срезанию вершины или даже повреждению чувствительных компонентов.
- Обеспечение соотношения сигнал/шум для слабых сигналов: В то же время, оптическая мощность на стороне с меньшим коэффициентом деления может быть слишком низкой, и когда сигнал возвращается к детектору, он может утонуть в тепловом шуме системы или дробовом шуме, что приведет к сильному ухудшению соотношения сигнал/шум (SNR).
- Равномерное деление мощности (50/50) позволяет обеспечить высокую согласованность бюджета оптической мощности для каждого последующего измерительного канала, что делает пороги принятия решений для приема и обработки сигналов более унифицированными и простыми.
(2) Обеспечение максимального контраста (видимости интерференционных полос) в интерференционных системах
В оптических сенсорных системах, основанных на принципе интерференции (например, интерферометр Маха-Цендера или Майкельсона), для достижения максимального контраста интерференционных полос (т.е. максимальной разницы между максимальной и минимальной интенсивностью света, теоретическая видимость V \approx 1 ) амплитуды (то есть мощности) двух интерферирующих световых волн должны быть полностью равны. Если ответвитель дает неравномерное выходное излучение, это приведет к снижению контраста интерференционных полос и значительному снижению точности фазовой демодуляции.
(3) Упрощение бюджета потерь в сложных многоканальных системах
В крупных проектах по волоконно-оптическим датчикам для экономически эффективного расширения каналов часто используются оптические ответвители для расширения физических каналов волоконно-оптических демодуляторов.
Например, при использовании OFSCN® Optical Fiber Splitter (таких как обычные ответвители 16 \times 32 , 8 \times 16 и т.д.) в сочетании с волоконно-оптическими демодуляторами, сбалансированные ответвители гарантируют, что каждый логически расширенный канал имеет одинаковый базовый уровень оптического затухания. Это значительно упрощает расчет потерь в волоконных трактах для системных интеграторов, и при строгом проектировании длины волны можно добиться того, чтобы отраженные сигналы FBG в каждом ответвлении были равномерно представлены в спектре демодуляции.
