Sprzęgacze światłowodowe

Sprzęgacze światłowodowe są podstawowymi elementami konstrukcji rozgałęzionych sieci optycznych np: komputerowych , telewizyjnych . Spełniają one rolę elementów sprzęgających lub odprzęgających kolejnych użytkowników magistrali światłowodowej .

Sprzęgacze wykonuje się poprzez odpowiednie połączenie kilku lub kilkunastu światłowodów . Wyróżnia się zasadniczo dwie techniki sprzęgani:

• sprzęganie czołowe - następuje wtedy , gdy transformacja mocy optycznej miedzy sprzęgniętymi światłowodami odbywa się przez czołowo złączone rdzenie włókien , co przedstawia schematycznie rysunek:

Światłowód 2

Światłowód 1

Światłowód 3

- sprzęganie boczne - następuje wówczas , gdy transformacja mocy optycznej następuje przez boczne zetknięcie włókien

Światłowód 1 (główny)

Światłowód2(sprzężony)

Podział sprzęgaczy

Sprzęgacze można podzielić na:

1.Sprzegacze rodzaju T w których wyróżniamy:

• typ X

• typ Y

Rys. Przedstawia sprzęgacz typu T rodzaj Y - jest to najprostsza konstrukcja sprzęgacza - sprzęgacz ten składa się z dwóch światłowodów sprzężonych oznaczonymi wyjściami P3 i P4 oraz głównego oznaczonego jako P1

Rys Przedstawia sprzęgacz typu X gdzie P1 - P3 to światłowód główny natomiast sprzężony z wejściami P2 i P4

2.Sprzęgacze typu gwiazda

W konstrukcjach bardzo często stosuje się sprzęgacze typu X . Dla sprzęgacza typu X podstawowe parametry są następujące:

1.Współczynnik sprzężenia

gdzie :

stosunek mocy

2.Straty wewnętrzne światłowodu głównego Im

gdzie:

3.Kierunkowość sprzężenia Sms

gdzie:

4.Efektywność sprzężenia Em mocy optycznej prowadzonej światłowodem głównym.

Przytoczone współczynniki m12 itd są grupowane w macierze , które to zawierają pełny zbiór parametrów danego sprzęgacza i noszą nazwę macierzy transformacji sprzęgacza.

Macierze transformacji sprzęgacza

1.Macierz transformacji sprzęgacza typu X:

Macierz ta zawiera współczynniki m_ij które są określone przez iloraz mocy optycznej wyjścia Pj do mocy optycznej wejścia Pi:

Np: sprzęgacz 4 wejściowy ma 4*4=16 współczynników ponieważ wejścia 1-3 oraz 2 - 4 należą do tego samego światłowodu można je stosować zamiennie czyli połowa z 16 współczynników ma identyczna wartość dlatego tez można zamiast rozbudowanej macierzy przedstawiać uproszczoną wersję za pomocą dwóch macierzy A (2*2) i B(2*2)

2.Macierz transformacji sprzęgacza typu Y

Aby określić macierz transformacji takiego sprzęgacza należy określić we - wy :

P1 - podajemy na wejście 1 i mierzymy moc wyjściową na P2 i P3 , otrzymujemy współczynniki :

Następnie wzbudzamy wejście 2 mocą sygnału P2 i podobnie obliczamy współczynniki:

Powtarzając operacje z wzbudzaniem wejścia 3 otrzymamy macierz transformacji sprzęgacza typu Y:

W sprzęgaczach typu Y mierzy się najczęściej współczynniki:

• efektywności sprzężenia

• 
  strat sprzęgacza

Macierz transformacji sprzęgacza typu N*N (gwiazda)

Sprzęgacz ten ma N wejść z lewej i tyleż samo wyjść N z prawej strony. Lewą i prawą stronę łączy przewężenie stożkowe lub mieszacz optyczny

Macierz transformacji ma 2N*2N i zawiera 4N² elementów w tym współczynniki sprzężenia:

P - prawa strona

L - lewa strona

Zwykle zamiast podawania wszystkich elementów podaje się wartość średnią macierzy mij.

Można tez określić min i max wartość współczynników i wtedy podstawowe parametry wyglądają następująco:

Efektywność sprzężenia:

Straty wewnętrzne sprzężenia:

Gdzie :

Ostatecznie do analizy wystarczy określić sprzęgacz poprzez podanie dwóch powyzszych wielkości i ilości sprzęganych światłowodów.

Sprzęganie czołowe

Technika sprzęgania czołowego polega na bezpośrednim lub pośrednim ( za pomocą mikrooptycznych elementów) optycznym kontakcie rdzeni łączonych światłowodów . Zwykle średnicę rdzeni pokrywają się .

Sprzęganie czołowe wykonuje się na ogół za pomocą dwóch technologii:

• spawania

• mikrooptyki

Mechanizm transformacji mocy w sprzężeniu czołowym jest identyczny jak mechanizm sprzężenia w złączach światłowodowych . Takie właściwości jak :średnica rdzenia , apertura numeryczna , rozkład współ. Załamania oraz geometria wzajemnego ustawienia światłowodu warunkują sprawność sprzęgania.

Sprzęganie boczne

O ile sprzęganie boczne można w prosty sposób wytłumaczyć to sprzęganie boczne opisuje się za pomocą teorii modów sprzężonych . Transformacja mocy optycznej między światłowodami wielomodowymi tłumaczy się za pomocą konwersji modów , a pomiędzy światłowodami jednomodowymi za pomocą pola zanikającego modu podstawowego.

Światłowody jednomodowe

W światłowodzie jednomodowym mod podstawowy ma rozkład Gaussa . Max pokrywa się z osią rdzenia światłowodu a zanikające w funkcji promienia pole wnika w płaszcz światłowodu . Jedną z metod jest mechanizm przewężenia stożkowego opierający się na zjawisku interferencji modów.

Metody uzyskania :

• spawanie z rozciąganiem

• 
  klejenie z polerowaniem

Światłowody wielomodowe

W światłowodach wielomodowych sprzężenie pomiędzy światłowodami odbywa się w wyniku przekształcenia modów falowodowych w radjacyjne mody płaszczowe .

Aby doprowadzić do konwersji modów falowodowych w refleksyjne na leży zbliżyc do siebie rdzenie światłowodów . Wyrózniamy metody:

• zginanie

• przewężenie stożkowe średnicy włókna

• ściskanie boczne

---