什么是“光分路器”? | What is an optical splitter?

一个信号分成两路,光栅还能正常工作吗?

一个信号分成两路后,光纤光栅(FBG)通常依然可以正常工作。但在实际工程设计中,需要对光功率的衰减以及波长规划进行严格的计算和考量。

以下是具体的物理和通用工程原理分析:

1. 光功率衰减与链路损耗分析(Link Loss Budget)

光分路器(Optical Splitter)在将一个光信号均匀分成两路时,会引入以下损耗:

  • 分路衰减:在理想状态下,1分2( 1 \times 2 )分路器会将光功率对半平分,使得每一路信号衰减 3\text{ dB} ;在实际工程中,加上分路器本身约 0.2\text{ dB} \sim 0.5\text{ dB} 的插入损耗(Insertion Loss),每一路光的传输损耗通常在 3.2\text{ dB} \sim 3.5\text{ dB} 左右。
  • 双向往返损耗:由于光纤光栅(FBG)是通过反射特定波长工作的,宽带光源发射的光去程经过一次分路器(衰减约 3.5\text{ dB} ),反射回来的光信号在回程时再次经过分路器回到解调仪,会产生第二次衰减(约 3\text{ dB} )。因此,光分路器为整个反射系统带来的总附加链路损耗约为 6.5\text{ dB} \sim 7\text{ dB}

2. 解调仪的动态范围与阈值

现代光纤光栅解调仪(FBG Demodulator)通常具备非常宽的动态范围(一般在 30\text{ dB} \sim 50\text{ dB} )。
这意味着,只要返回给解调仪的 FBG 反射光谱峰值功率依然高于解调仪的底噪及探测极限(即在解调仪的接收灵敏度范围内),解调仪就能精准且正常地提取反射光的中心波长。 7\text{ dB} 的损耗对于大多数高性能解调仪来说,完全在容许的范围之内。

3. 关键的通用工程设计要求

虽然物理上可行,但在系统搭建时必须满足以下两点:

  • 严格的波长规划(Overlap Avoidance):分路后的两路光信号物理上是相互独立的,但如果它们最终通过分路器合路并接入同一个解调仪物理通道,在解调仪看来它们依然是同一个逻辑通道。因此,分路后的两条支路上,所有光纤光栅的工作波长区间绝不能发生重叠。必须为每颗 FBG 规划好温漂、应变引起的最大波长位移区间,确保在任何工作状态下波长相互错开。
  • 高反射率的选择:为了弥补功率损耗,建议分路系统中的光纤光栅采用较高的反射率(例如 \ge 70\% ),以便在经过往返衰减后,反射回解调仪的信号依然具备较高的信噪比。

OFSCN® 相关产品配套

在大型光纤光栅传感项目中,为了复用解调仪物理通道、降低系统的整体通道成本,大成永盛(OFSCN®)提供专用的 OFSCN® Optical Fiber Splitter 系列产品。该产品可将解调仪的一个物理通道在逻辑上扩展为两个、三个或更多,实现更高效的布网。

主要参数指标:

  • 产品类型:光纤分路器,光分路器,光纤光栅分路器;
  • 常规规格:包含 4x8 分路器,8x16 分路器,16x32 分路器,32x64 分路器等,并支持常温或 250^{\circ}\text{C} 高温定制;
  • 工程应用:配套 OFSCN® 光纤光栅解调仪,将一个物理通道进行扩展,以降低每通道单价。注:此方法必须在系统级进行严格的波长防重叠设计。