一种实用型光二分路器的设计与应用
2010-06-07赵长水
赵长水
(陕西理工学院 物理系,陕西 汉中 723003)
1 引言
在光纤传输网络中,光二分路器是一种常用的光分路器件,其分光比的设计通常有两种方法[1-2]。第一种方法是由网络设计者根据两路光纤实际长度计算求得[1-5],即
第二种方法是直接给出一系列不同的特定值,做成规格化的系列产品供网络设计者根据实际需要选用。第一种方法的优点是,各路分光比与实际光纤长度匹配效果好,能够保证两路光纤终端的光节点有相等的功率电平;缺点是光分路器需由生产厂家专门特制,成本造价很高,而且每个光分路器都是专用的,没有互换性,不利于备用和维修。第二种方法的优点是,分路器可以做成不同规格的系列化产品,生产成本低,便于备用和维修;缺点是分光比与各自实际光纤长度匹配效果差一些,一个关键问题是网络设计者在选用光分路器时不方便。笔者给出一种新的方法,也是将光二分路器设计为规格化的系列产品,但分光比的设计不同于第二种方法,网络设计者只需要根据两路光纤长度的差值,直接选用合适规格的光二分路器即可。
2 设计依据
目前光接收机输入功率的动态范围都较宽,在保证系统载噪比与非线性失真质量指标满足要求的前提下,输入光功率可以在一定范围内变化[6-9]。对于光纤而言,由于长度不同造成光损耗的差异,只要在一定的允许范围内是可以的。比如说,某光接收机的输入功率范围是-6~+2 dBm,可取中值-2 dBm作为标准输入功率电平,即Pr,b=-2 dBm,允许变化量可取为ΔPr=±0.2 dBm,正常输入光功率表示为 Pr=Pr,b±ΔPr=(-2±0.2)dBm。 假定长度为 Lb的光纤终端光功率电平为Pr,b=-2 dBm,引起光纤终端电平改变量为ΔPr=±0.2 dBm时的光纤长度的改变量为Δl=ΔPr/α。对1310 nm光纤而言,光纤长度改变量Δl1310=±0.5 km;对1550 nm光纤而言,光纤长度改变量Δl1550=±0.8 km。
3 设计原理和方法
由式(1)可知,似乎分光比与各路光纤长度有关,其实不然。比如对光二分路器由式(1)可得
将式(2)和式(3)稍作变换可得
式(4)和式(5)表明分光比与两路光纤的绝对长度无关,而是与两路光纤长度的差值有关。表1给出了一组光纤长度差值为特定值时的分光比,其中,ΔL1310T和ΔL1550T分别表示1310 nm光纤及1550 nm光纤长度差值的特定值;k1和 k2为两路分光比;ΔL1310Q和 ΔL1550Q分别表示1310 nm光纤及1550 nm光纤长度差值的适用范围值;设定长度差值ΔL=L2-L1≥0,所以k2≥k1。光二分路器的分光比可以按这组数据来设计,形成不同规格的系列产品。工程实践当中,两路光纤长度的差值不可能正好为特定值,不同型号规格的光二分路器适用的光纤长度差值范围如表1所示。
表1 实用型光二分路器规格设计表
4 设计说明
各种规格的光二分路器的两路光纤长度差的特定值与适用范围值不是随意给定的,特定值的大小、间隔和适用范围值都是由光接收机输入功率电平的允许变化量决定的。只有当两路光纤长度的差值为特定值时,分光比才能与之完全匹配,到两路光纤终端的信号电平才会相等,否则两路光纤终端的信号电平不相等,这样就存在一个两路光纤长度差值的允许范围值,下面具体分析说明。
对规格为F2-1的光二分路器,其分光比为k1=k2=50%,只有当两路光纤长度相等,即ΔL=0时,到两路光纤终端光节点的信号电平才会相等,设定为光接收机的标准输入功率电平 Pr,b(设 L1=L2=Lb,Lb表示光纤终端信号电平为光接收机标准输入电平时的光纤长度,可称为标准光纤长度)。 如果 L1≠L2,假定 L2>Lb,L1
对规格为F2-2的光二分路器,其分光比为k1=38.7%,k2=61.3%,对1310 nm光纤只有当ΔL1310T=2 km时,对1550 nm光纤只有当ΔL1550T=3.2 km时,到两路光纤终端光节点的信号电平才会相等,设定为光接收机的标准输入功率电平Pr,b。此时,较短光纤长度记为L1b,较长光纤长度记为L2b,皆称为标准光纤长度,其差值为特定值。对1310 nm光纤而言,L2b-L1b=2 km;对1550 nm光纤而言,L2b-L1b=3.2 km。如果两路光纤长度的差值ΔL不为特定值,这时有两种情形:第一种情形是ΔL小于特定值,即对1310 nm光纤ΔL1310<2 km,对1550 nm光纤ΔL1550<3.2 km,这时只有当较短光纤L1增大(L1>L1b),或者当较长光纤L2减小(L2
以此类推,对其他型号规格的光二分路器的选择均可结合表1进行分析。
5 应用举例
下面使用上述方法对2个实例进行分析。
1)实例一
两路1310 nm光纤长度分别为L1-1310=7.2 km,L2-1310=15.8 km,试选择合适规格的光二分路器,并确定其分光比。
两路光纤长度实际差值为ΔL1310=L2-1310-L1-1310=8.6 km,由表1中适用范围查得型号规格为F2-5,两路分光比分别为k1=32.4%和k2=67.6%。
2)实例二
两路1550 nm光纤长度分别为L1-1550=12.5 km,L2-1550=33.6 km,试选择合适规格的光二分路器,并确定其分光比。
两路光纤长度实际差值为ΔL1550=L2-1550-L1-1550=21.1 km,由表1中适用范围查得型号规格为F2-8,两路分光比分别为k1=21.6%,k2=78.4%。
6 小结
笔者给出的设计方法是引言中第二种方法的一种改进,使分光比的特定值更具科学性与合理性。理论与实践表明,这样设计出来的光二分路器,其分光比既能满足信号质量要求,又便于网络设计者根据实际情况选用合适的光二分路器,很好地克服了引言中前两种设计方法的缺陷。
[1]龚智星.现代有线电视宽带网络设计、施工、测试与维修[M].北京:中国广播电视出版社,2001.
[2]王慧玲.现代电视网络技术——有线电视实用技术与新技术[M].北京:人民邮电出版社,2005.
[3]赵长水.星型光纤传输网络组分结构的研究[J].有线电视技术,2007,14(4):19-22.
[4]赵长水.一种设计光二分路器分光比的简便方法[J].电视技术,2007,31(5):72-74.
[5]赵长水,傅明星,谭毅,等.星形网光链路损耗与分光比求解方法探析[J].电讯技术,2008,48(7):61-65.
[6]刘大会.CATV安装与调试实训教程[M].北京:北京邮电大学出版社,2006.
[7]邹永进.城市HFC接入网光纤传输系统的设计思路[J].中国有线电视,2007(2):161-164.
[8]殷军.1550nm数字电视长距离传输网络设计和实施[J].有线电视技术,2007,14(5):31-35.
[9]赵长水,陈正涛,谭毅,等.用光均分法设计和构建多元星形光纤网络[J].光通信研究,2010(2):17-19.