Оптический циркулятор

Оптический циркулятор представляет собой универсальное средство уплотнения оптических линий связи. Передача двух оптических сигналов в различных направлениях осуществляется на одной длине волны, что позволяет использовать при уплотнении линии имеющиеся двухволоконные «брендовые» трансиверы.

Физическая основа оптического циркулятора

В основе работы оптического циркулятора лежит особенность распространения света в оптической среде: поляризованные световые волны, распространяющиеся в различных плоскостях поляризации, не взаимодействуют. Данное утверждение верно и для световых волн с одинаковой длиной.

Физическая основа оптического циркулятора

Принцип работы оптического циркулятора

Принцип работы оптического циркулятора

Оптический циркулятор, применяемый в телекоммуникационных системах, имеет три порта: 1 TX, 2 RX и 3 COM. Сигнал в оптическом циркуляторе может распространяться в направлениях 1-3 (TX-COM) и (3-2 COM-RX), при этом обеспечивается высокий уровень изоляции портов 1 и 2. Замыкание портов 1 TX и 2 RX в петлю (loopback) возможно, этот случай будет описан позже.

Для разведения излучения по различным плоскостям поляризации в оптическом циркуляторе используются фарадеевские вращатели и двулучепреломпяющие кристаллы. Последние также обеспечивают изоляцию между портами tx и rx оптического циркулятора. В фарадеевском вращателе происходит поворот плоскости поляризации сигнала под действием магнитного поля. Двулучепреломляющие кристаллы разделяют излучение на две части, при этом новые лучи распространяются в перпендикулярных плоскостях поляризации.

Оптические циркуляторы могут одно или два окна пропускания, рассчитанные на передачу сигналов на длинах волн 1310, 1550 и 1310+1550 нм. Последний вариант производится с применением оптического фильтра.

Оптические циркуляторы нашли применение не только в телекоммуникационных сетях, но и в промышленных и научных оптических системах. Примером может служить четырехполюсный оптический циркулятор.

Четырехпортовый оптический циркулятор

Применение оптических циркуляторов

Для уплотнения одного волокна используется два одинаковых оптических циркулятора, на выходе COM которых сигнал распространяется в плоскости поляризации, смещенной на 45°. При соединении портов COM двух оптических циркуляторов разница между плоскостями поляризации составит 90°. Максимальная экономическая эффективность оптических циркуляторов достигается при уплотнении каналов со скоростью передачи данных 10 Гбит/c и более, однако передача данных может осуществляться по любому протоколу передачи данных.

Применение пары оптических циркуляторов

Для уплотнения двух каналов связи в одном волокне используются оптические циркуляторы с двумя окнами пропускания. В данных устройствах два однооконных циркулятора на 1310 и 1550 нм объединены через широкополосный WDM фильтр. Для организации передачи данных по одному волокну потребуется два одинаковых циркулятора и две пары стандартных трансиверов с рабочими длинами волн 1310 и 1550 нм.

Применение WDM оптических циркуляторов

Особенности оптических циркуляторов

Оптические циркуляторы предъявляют повышенные требования к обратным отражениям в ВОЛС. В случае, когда в линии присутствуют большие обратные отражения, оптический трансивер, подключенный к оптическому циркулятору, начнёт работать в режиме петли (loopback), при этом, по сути, происходит передача сигнала с порта 1 на порт 2.

Особенности оптических циркуляторов

Сигнал с порта TX трансивера 1 заводится в оптический циркулятор и передается в линию. При наличии в линии дефекта с высоким уровнем обратных отражений в точке RL, часть сигнала начнет отражаться в сторону трансивера 1. Данный сигнал будет переведен оптическим циркуляторов на порт 2, который подключен к порту RX трансивера. На этот же RX трансивера 1 будет передаваться полезный сигнал от второго передатчика. В зависимости от разницы расстояний “Циркулятор 1 – RL” и “RL - Циркулятор 2” уровни мощности P1 и P2 могут иметь такое соотношение, при котором приемник трансивера 1 не сможет выделить полезный сигнал из общего излучения или выделить отраженный сигнал в качестве полезного.

Для визуализации особенности с обратными отражениями мы провели эксперимент.

Источник излучения подстроен на такой уровень, который обеспечивает на входе измерителя уровень сигнала порядка -7 дБм. На первом рисунке показания измерителя оптической мощности при подключении источника оптической мощности к измерителю через патчкорд длиной 1 метр (-6,99 дБм). На втором изображении источник сигнала подключен к порту TX, а в порт RX подключен непосредственно к измерителю оптической мощности. Линейный порт Com не подключен. В этой ситуации измеритель отображает значение -20.38 дБм,

Замер уровня сигнала с передатчика Замер уровня сигнала с передатчика на порту приемника

При подключении источника излучения к TX порту циркулятора, а измерителя к линейному порту Com, измеритель фиксирует значение -7,94 дБм, что соответствует ~ 1 дБ вносимого затухания, заявленного производителем.

Замер уровня сигнала на линейном порту Com

В этом эксперименте не было задачи высокоточного определения параметров излучения, нас интересовал лишь порядок уровня оптического сигнала.