趙長(zhǎng)水

(陜西理工學(xué)院物理與電信工程學(xué)院,陜西 漢中 723003)

1 引 言

在光網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建與設(shè)計(jì)中,需要通過(guò)光分路器將光信號(hào)功率合理的分配給不同的光路。為了保證到每個(gè)光節(jié)點(diǎn)的信號(hào)電平相等,通常是根據(jù)各光路實(shí)際損耗情況,計(jì)算出各光路所需的分光比,然后由制造商特制生產(chǎn)專(zhuān)用的光分路器[1-4],其最大缺點(diǎn)是成本造價(jià)高,又沒(méi)有通用性[5-6]。事實(shí)上,由于各種偏差,各光節(jié)點(diǎn)實(shí)際電平是不可能相等的[7],只能說(shuō)盡可能地相近一些。鑒于目前光接收機(jī)輸入功率電平的動(dòng)態(tài)范圍比較寬[8-9],沒(méi)有必要要求各光節(jié)點(diǎn)信號(hào)電平絕對(duì)相等,而且也做不到,各光節(jié)點(diǎn)電平只要在一定的允許范圍內(nèi)就行。因此,有必要將光分路器做成不同型號(hào)和規(guī)格的產(chǎn)品。但是,光分路器的規(guī)格化不是一件簡(jiǎn)單的事情,光二分路器的規(guī)格化相對(duì)容易一些,而多路分光器由于情況復(fù)雜很難進(jìn)行規(guī)格化設(shè)計(jì),盡管之前筆者提出將光分路器按光均分器和光階分器兩種類(lèi)型進(jìn)行規(guī)格化[5-6],但在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建與設(shè)計(jì)時(shí),如何選擇并合理搭配不同型號(hào)和規(guī)格的光分路器件,需要一定的智慧和技巧,使用起來(lái)有相當(dāng)?shù)碾y度,有時(shí)往往很難如愿以?xún)敗榇?本文提出一種基于規(guī)格化光二分路器的多路分光比的設(shè)計(jì)理念和思路。也就是說(shuō),光分路器只對(duì)二分路器進(jìn)行規(guī)格化,其規(guī)格的細(xì)化程度盡可能高一些,換言之,就是規(guī)格型號(hào)多一些。而多路分光器不做規(guī)格化,實(shí)際應(yīng)用中,可以由各種規(guī)格的光二分路器組合而成。本文所說(shuō)的規(guī)格型光二分路器,不是常規(guī)體系中的光二分路器,而是一種新的規(guī)格體系。事實(shí)證明,和通常慣用的特制型光分路器分配相比,這種基于新的規(guī)格型光二分路器的多路信號(hào)光功率分配方法,具有如下三個(gè)明顯的優(yōu)點(diǎn):首先沒(méi)有專(zhuān)用器件的特制費(fèi)用,而規(guī)格型器件價(jià)格很低,所以大大地降低了網(wǎng)絡(luò)成本造價(jià);其次是規(guī)格型器件具有通用性,便與維修和備份;第三,采用新的規(guī)格型光二分路器組合形式,很容易實(shí)現(xiàn)多路光信號(hào)功率分配,更重要的是能確保每個(gè)光節(jié)點(diǎn)電平的變化都在相同的允許范圍內(nèi),這是采用一般規(guī)格型光二分路器無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。

2 光二分路器規(guī)格體系

光二分路器的規(guī)格體系至關(guān)重要,通常直接按分光比等量遞變劃定規(guī)格型號(hào)的體系存在一定的問(wèn)題,因此提出了按分光比非等量遞變劃定規(guī)格型號(hào),并給出了一種新的光二分路器規(guī)格體系。這種規(guī)格體系不是以分光比為直接參量,而是以?xún)陕饭饫w長(zhǎng)度的差值為直接參量來(lái)劃定規(guī)格型號(hào)[10]。選擇規(guī)格型號(hào)時(shí)不用計(jì)算實(shí)際所需分光比,直接按兩路光纖長(zhǎng)度差值選擇合適的規(guī)格型號(hào),非常實(shí)用和方便,其分光比只是一個(gè)間接參量。在這種體系的規(guī)格表中,相鄰規(guī)格型號(hào)的直接參量與間接參量都不是等量均勻遞變的,不同規(guī)格型號(hào)的適用范圍和帶寬都不相同,正是這些不同,才保證了光節(jié)點(diǎn)電平都能在相同的允許范圍內(nèi)。表1就是按照這種規(guī)格體系設(shè)計(jì)出來(lái)的一種規(guī)格表,光節(jié)點(diǎn)電平允許變化量為ΔP=±0.2 dB,該值越小,則規(guī)格表的細(xì)化程度越高,規(guī)格型號(hào)也就越多。ΔL1310g和ΔL1310～分別表示1 310 nm波長(zhǎng)的兩路光纖長(zhǎng)度差值的規(guī)格值與適用范圍值,ΔL1550g和 Δ L1550～分別表示1550 nm波長(zhǎng)的兩路光纖長(zhǎng)度差值的規(guī)格值與適用范圍值,都是直接參量。K1和K2分別表示兩路分光比規(guī)格值,是間接參量,通常可以不去關(guān)心它。K2≥K1,即K1和K2分別為分光比低端和高端規(guī)格值。LF2-1310和LF2-1550分別表示較長(zhǎng)光纖L2(設(shè)定L2為較長(zhǎng)光纖,L1為較短光纖,即 Δ L=L2-L1≥0)在1 310 nm和1 550 nm波長(zhǎng)時(shí),分光損耗所等效的光纖長(zhǎng)度。

表1 一種新的光二分路器規(guī)格表ΔP=±0.2 dBTable 1A new specification table of two-output optical distributor ΔP=±0.2 dB

續(xù)表

3 多路光功率分配

下面利用表1并通過(guò)具體實(shí)例介紹如何用不同規(guī)格型號(hào)的光二分路器的組合來(lái)完成多路光功率的分配。

3.1 三路組合結(jié)構(gòu)

已知1 310 nm波長(zhǎng)三路光纖長(zhǎng)度分別為L(zhǎng)1=3.6 km,L2=9.2 km,L3=22.8 km。組合設(shè)計(jì)方案可以有3種,分述如下。

方案一:由光節(jié)點(diǎn)1和2(即光路 L1和 L2)組成第一光二分路器單元A,再和節(jié)點(diǎn)3(即光路L3)組成第二光二分路器單元B,如圖1所示。

圖1 三路組合設(shè)計(jì)圖1Fig.1 Three-way design plan 1

(1)確定單元A規(guī)格型號(hào)

ΔL2-1=L2-L1=5.6 km,由表1單元A應(yīng)選F2-3,則K1=37.9%,K2=62.1%。

(2)求a點(diǎn)后等效光纖長(zhǎng)度La

由表1分光損耗F2=-lgk2等效的光纖長(zhǎng)度為L(zhǎng)F2=5.178 km,則 La=L2+LF2=14.378 km。

(3)確定單元B規(guī)格型號(hào)

ΔL3-a=L3-La=8.422 km,由表1單元 B 應(yīng)選F2-5,則Ka=31.5%,K3=68.5%。

方案二:由光節(jié)點(diǎn)2和3組成第一光二分路器單元A,再和節(jié)點(diǎn)1組成第二光二分路器單元B,如圖2所示。

圖2 三路組合設(shè)計(jì)圖2Fig.2 Three-way design plan 2

(1)確定單元A規(guī)格型號(hào)

ΔL3-2=L3-L2=13.6 km,由表1單元 A應(yīng)選F2-9,則 K2=21.8%,K3=78.2%。

(2)求a點(diǎn)后等效光纖長(zhǎng)度La

由表1分光損耗F3=-lgk3等效的光纖長(zhǎng)度為L(zhǎng)F3=2.673 km,則 La=L3+LF3=25.473 km。

(3)確定單元B規(guī)格型號(hào)

ΔLa-1=La-L1=21.873 km,由表 1單元 B應(yīng)選 F2-16,則 K1=11.4%,Ka=88.6%。

方案三:由光節(jié)點(diǎn)1和3組成第一光二分路器單元A,再和節(jié)點(diǎn)2組成第二光二分路器單元B,如圖3所示。

圖3 三路組合設(shè)計(jì)圖3Fig.2 Three-way design plan 3

(1)確定單元A規(guī)格型號(hào)

ΔL3-1=L3-L1=19.2 km,由表1單元 A應(yīng)選F2-13,則K1=15.1%,K3=84.9%。

(2)求a點(diǎn)后等效光纖長(zhǎng)度La

由表1分光損耗F3=-lgk3等效的光纖長(zhǎng)度為L(zhǎng)F3=1.777 km,則 La=L3+LF3=24.577 km。

(3)確定單元B規(guī)格型號(hào)

ΔLa-2=La-L2=15.377 km,由表1單元B應(yīng)選F2-10,K2=19.9%,Ka=80.1%。

3.2 四路組合結(jié)構(gòu)

已知1 550 nm波長(zhǎng)四路光纖長(zhǎng)度分別為L(zhǎng)1=6.8 km,L2=10.5 km,L3=18.2 km,L4=127.6 km。可以有多種組合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案,圖4和圖5是其中兩種組合結(jié)構(gòu),分述如下。

方案一:由光節(jié)點(diǎn)1和2組成第一光二分路器單元A,光節(jié)點(diǎn)3和4組成第二光二分路器單元B,再由單元A和單元B構(gòu)成第三光二分路器單元C,如圖4所示。

圖4 四路組合設(shè)計(jì)圖1Fig.4 Four-way design plan 1

(1)確定單元A規(guī)格型號(hào)

ΔL2-1=L2-L1=3.7 km,由表1單元A應(yīng)選F2-1,則K1=45.6%,K2=54.4%。

(2)確定單元B規(guī)格型號(hào)

ΔL4-3=L4-L3=9.4 km,由表 1單元 B應(yīng)選F2-3,則K3=37.9%,K4=62.1%。

(3)求a點(diǎn)后等效光纖長(zhǎng)度La

由表1分光損耗F2=-lgk2等效的光纖長(zhǎng)度為L(zhǎng)F2=10.576 km,則La=L2+LF2=21.076 km。

(4)求b點(diǎn)后等效光纖長(zhǎng)度Lb

由表1分光損耗F4=-lgk4等效的光纖長(zhǎng)度為L(zhǎng)F4=8.284 km,則 Lb=L4+LF4=35.884 km。

(5)確定單元C規(guī)格型號(hào)

ΔLb-a=Lb-La=14.808 km,由表 1單元 C 應(yīng)選F2-6,則Ka=28.8%,Kb=71.2%。

方案二:由光節(jié)點(diǎn)1和2組成一單元A,再和光節(jié)點(diǎn)3組成二單元B,然后再和光節(jié)點(diǎn)4構(gòu)成三單元 C,如圖5所示。

圖5 四路組合設(shè)計(jì)圖2Fig.5 Four-way design plan 2

(1)確定單元A規(guī)格型號(hào)

ΔL2-1=L2-L1=3.7 km,單元 A應(yīng)選F2-1,則K1=45.6%,K2=54.4%。

(2)求a點(diǎn)后等效光纖長(zhǎng)度La

由表1分光損耗F2=-lgk2等效的光纖長(zhǎng)度為L(zhǎng)F2=10.576 km,則 La=L2+LF2=21.076 km。

(3)確定單元B規(guī)格型號(hào)

ΔLa-3=La-L3=2.876 km,單元B應(yīng)選F2-1,則K3=45.6%,Ka=54.4%。

(4)求b點(diǎn)后等效光纖長(zhǎng)度Lb

由表1分光損耗Fa=-lgka等效的光纖長(zhǎng)度為L(zhǎng)Fa=10.576 km,則Lb=La+LFa=31.652 km。

(5)確定單元C規(guī)格型號(hào)

ΔLb-4=Lb-L4=4.052 km,單元C應(yīng)選F2-1,則K4=45.6%,Kb=54.4%。

3.3 五路以上組合結(jié)構(gòu)

五路以上的組合結(jié)構(gòu)形式更多,基本組合結(jié)構(gòu)形式如圖6所示。各光二分路器單元的規(guī)格型號(hào)的確定方法與上述相同,不再贅述。

圖6 五路組合設(shè)計(jì)圖Fig.6 Five-way design plan

4 結(jié)束語(yǔ)

本文研究了基于一種新的規(guī)格型光二分路器的多路光信號(hào)功率的分配方法,解決了用普通的規(guī)格型光二分路器無(wú)法實(shí)現(xiàn)任意多路光功率分配的問(wèn)題,克服了常規(guī)分配法器件成本造價(jià)昂貴且無(wú)通用性的缺點(diǎn)。該方法適用于任何多路情況,光路數(shù)目越多組合形式也越多,這種光功率分配靈活多樣,簡(jiǎn)單易行,容易實(shí)現(xiàn)。這種光功率分配要求光二分路器的規(guī)格盡可能分得細(xì)一些,型號(hào)盡量多一些,其實(shí)就是要求光節(jié)點(diǎn)電平允許該變量小一些,這樣功率分配的效果會(huì)更趨于合理一些。之前對(duì)光二分路器的規(guī)格化做了較為深入細(xì)致的研究,為本文做好了鋪墊,本文是以前工作的延伸和推進(jìn)。

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