Badanie sprzęgaczy światłowodowych

1. Technika sprzęgaczy i ich zastosowanie
Sprzęgacze światłowodowe są podstawowymi elementami rozgałęźnych sieci optycznych
(lokalnych, komputerowych, telewizyjnych) dowolnej konfiguracji. Spełniają rolę elementów
sprzęgających i odsprzedających kolejnych użytkowników magistrali światłowodowych.
Zwykle sprzęgacze występują jako oddzielne pasywne elementy sieci włączane w trakt
optyczny za pomocą złączy rozłączalnych lub stałych (spawów).
Technologia sprzęgaczy jest różnorodna i obejmuje:
 zgrzewanie, rozciąganie,
 obróbkę kątową,
 optykę zintegrowaną,
 obróbkę włókien.
Sprzęgacze różnią się właściwościami w zależności od zastosowanej technologii.
W wymienionych technologiach stosowane są dwie techniki sprzęgania:
 czołowa (transformacja mocy optycznej między sprzęganymi światłowodami odbywa
się przez czołowo połączone rdzenie włókien),
 boczna (transformacja mocy optycznej odbywa się przez boczne połączenie włókien)
Sprzęgacze zestawu EDUOPTIC wykonano w technologii obróbki włókien stosując
czołową technikę sprzęgania (rys.1).
2
płaszcz
1
rdzeń
3
Rys. 1. Schemat poglądowy sprzęgacza typu Y wykonanego
w technologii obróbki włókien.
Sprzęgacz składa się z wejścia (1) dla rozgałęźnika, oraz wejść sumatora (2) i (3).
Parametry techniczne sprzęgacza zależą od kierunku przepływu sygnału.
2
2. Parametry sprzęgacza
2
Rozgałęźnik
 2  10 log
P2
P1
 3  10 log
P3
P1
Straty na kanał:
T2  100
P2
P2  P3
T3  100
P3
P2  P3
  10 log
3
P2  P3
P1
2
B)
Sumator
TX
Współczynnik sprzężenia:
Całkowita tłumienność:
1
TX
A)
 2'  10 log
Straty na kanał:
 3'  10 log
C)
P1
P2
3
P1
P3
Kierunkowość – przesłuch zbliżny
Jeżeli światło zostało wprowadzone do wejścia (2), to kierunkowość określa następująca
zależność:
P
D  10 log 2
P3
UWAGI ogólne dotyczące powyższych parametrów
Straty w kanale, tłumienność lub współczynnik sprzężenia zależą od warunków pobudzenia
światła i jego odbioru (0,1 – 0,2dB). Stosunkowo duże straty (1 – 2dB) mogą wystąpić przy
sumowaniu sygnału.
Kierunkowość zależy głównie od parametrów złączy i włókien dołączonych do wejścia (1).
3
TX
1
3. Przebieg ćwiczenia
W ćwiczeniu są wykorzystane trzy moduły zestawu EDUOPTIC:

MODULE 1300nm / MODULE 850nm (Moduł nadawczo-odbiorczy 1300nm i 850nm)

MODULE PASSIE (Moduł 2 sprzęgaczy typu Y + multiplekser 1300nm/850nm)

MODULE FIBRES (Moduł dwóch szpul światłowodowych o dł. 800m i 1200m)
Pomiary wykonaj dla jednej długości fali zadanej przez prowadzącego.
Prąd diody nadawczej (850nm lub 1300nm) należy ustawić na 80mA. Pomiar prądu
jest realizowany przez pomiar spadku napięcia na rezystancji 1 włączonej w szereg z diodą
nadawczą. Opornik pomiarowy znajduje się w module nadawczo-odbiorczym, a napięcie
odkładane na nim jest doprowadzone do zacisków umieszczonych na panelu modułu
(IDEL ).
Pomiar mocy optycznej realizuje układ fotodiody obciążonej rezystancją o wartości
10k. Spadek napięcia na rezystancji, wywołany przepływającym prądem wymuszonym
przez wiązkę optyczną, jest mierzony woltomierzem podłączonym do gniazda BNC o nazwie
SORTIE. Związek mierzonego napięcia z doprowadzoną mocą optyczną wyraża poniższa
zależność:
Po 
U
RS
gdzie: Po – moc optyczna [W], U – napięcie zmierzone [V], R – wartość rezystancji
obciążającej fotodiodę [], S – współczynnik czułości fotodiody [A/W] (dla fotodiody PIN
S=0,5 [A/W]).
Wyznacz moc optyczną docierającą do odbiornika po ustawieniu prądu diody nadawczej na
wartość 80mA. Wyjście nadajnika (TX) połączone bezpośrednio światłowodem z wejściem
odbiornika (RX).
Przemyśl metodykę prowadzenia pomiarów, tak aby uzyskać wszystkie wymagane
wielkości przy minimalnej liczbie przełączeń rekonfigurujących poszczególne przypadki
układowe. Badanie rozgałęźnika można realizować równolegle z badaniem sumatora.
4
Badanie rozgałęźnika
2
1
P3
3
RX
TX
P1
P2
RX
1. Bliskie pobudzenie – bliski odbiór
Połączyć światłowodem wyjście optyczne nadajnika z wejściem (1) sprzęgacza, a wejście
(2) sprzęgacza z wejściem optycznym odbiornika.
Wyznacz moce optyczne na wejściu (2) i (3) sprzęgacza.
Oblicz tłumienie kanału (2, 3), współczynnik sprzężenia (T2,T3), i tłumienność
całkowitą ().
2. Odległe pobudzenie – bliski odbiór
W celu wyznaczenia mocy P1 połącz drugi koniec włókna ze szpuli do odbiornika
2
P2
P1
1
P3
3
RX
TX
F1
RX
optycznego.
Połączyć światłowodem wyjście optyczne nadajnika z włóknem szpuli F1 w module
FIBRES. Drugi koniec szpuli połącz z wejściem (1) sprzęgacza, a wejście (2) lub (3)
sprzęgacza z wejściem optycznym odbiornika.
Wyznacz moce optyczne na wyjściu ze szpuli oraz na wejściu (2) i (3) sprzęgacza.
Oblicz tłumienie kanału (2, 3), współczynnik sprzężenia (T2,T3), i tłumienność
całkowitą ().
5
3. Odległe pobudzenie – odległy odbiór
F2
TX
P1
RX
F1
Połącz światłowodami w szereg światłowody na dwóch szpulach a ich końce odpowiednio
z nadajnikiem i odbiornikiem optycznym. Następnie wyznacz moc P1.
Zmień połączenie między szpulami wstawiając sprzęgacz zgodnie z poniższym
P2
2
F1
F2
P3
3
RX
TX
1
RX
schematem.
Wyznacz moce optyczne na wejściu (2) i (3) sprzęgacza.
Oblicz tłumienie kanału (2, 3), współczynnik sprzężenia (T2,T3), i tłumienność
całkowitą ().
Porównaj wartości parametrów uzyskane w różnych warunkach pobudzenia. Wyjaśnij
czynniki powodujące zmianę wartości parametrów sprzęgacza przy różnych warunkach
pobudzenia.
Badanie sumatora
Postępuj analogicznie jak w badaniu rozgałęźnika odwracając kierunek przepływu
wiązki optycznej w sprzęgaczu. Jeżeli do wejścia (2) sprzęgacza jest wprowadzony sygnał
optyczny to wejście (3) pozostaje wolne (i odwrotnie).
4. Bliskie pobudzenie – bliski odbiór
Wyznacz straty na kanał ( '2, '3).
6
5. Odległe pobudzenie – bliski odbiór
Wyznacz straty na kanał ( '2, '3).
6. Odległe pobudzenie – odległy odbiór
Wyznacz straty na kanał ( '2, '3).
Porównaj wartości parametrów uzyskane w różnych warunkach pobudzenia. Wyjaśnij
czynniki powodujące zmianę wartości parametrów sprzęgacza przy różnych warunkach
pobudzenia.
Kierunkowość
F1
TX
P2
2
F2
1
RX
P3
3
1. Połącz nadajnik optyczny ze światłowodem na szpuli a następnie z wejściem (2)
sprzęgacza. Wejście (1) pozostaw wolne. Do wejścia (3) podłącz odbiornik optyczny.
Zmierz moc P3 i oblicz D.
2. Do wejścia (1) podłącz światłowód na drugiej szpuli. Zmierz moc P3 i oblicz D.
3. Odłącz włókna na szpulach i dokonaj pomiaru mocy P3 i oblicz D.
Porównaj uzyskane rezultaty i wyjaśnij zmianę wartości D.
4. Oblicz teoretyczny współczynnik Fresnela według następującego równania:
 n  n2 

R   1
 n1  n 2 
przyjmując:
2
n1 = 1,46
n2 = 1
Oblicz teoretyczną kierunkowość dla idealnego sprzęgacza 50/50 uwzględniając
odbicie Fresnela.
Porównaj ten wynik z wcześniej uzyskanymi wartościami D.
7