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Ihr Spezialist für optische Polymerfasern (POF) und POF – Systemtechnik
Passive optische Komponenten: ihre Parameter
Passive optische Komponenten für Lichtwellenleiter werden nach mehreren technischen Parametern charakterisiert. Diese Parameter beschreiben die optische Dämpfung zwischen zwei oder mehreren Anschlüssen der Komponente. Diese Anschlüsse bezeichnet man als Tore oder Ports. Wichtige Parameter einer passiven POF Komponente sind:
- Einfügedämpfung oder Insertion Loss: Die Einfügedämpfung gibt den optischen Verlust zwischen 2 Ports des optischen Bauteils an. Sie wird in dB gemessen.
- Überschußverlust oder Excess Loss: Der Excess Loss einer passiven optischen Komponente beschreibt den Anteil des Lichtes, der bei Einkopplung in einen Port nicht an anderen Ports austritt. Er wird in dB angegeben. Der Excess Loss ist damit ein Maß für Bauteil interne Lichtverluste und erfaßt technologisch bedingte Verluste wie Materialdämpfung, Endflächenqualität oder nicht perfekte Querschnittsanpassung der Wellenleiter. Durch eine hypotetisch perfekte Technologie könnte der Excess Loss einer passiven optischen Komponente auf 0dB reduziert werden.
- Übersprechen oder Crosstalk: Der Crosstalk erfaßt das meist ungewollte, doch in einigen Anwendungsfällen nicht störende Überkoppeln optischer Leistung von einem Port der passiven optischen Komponente auf seinen Nachbarport. Wird die Komponente aber in optischen Übertragungssystemen mit nur einer POF Ader oder in Sensorsystemen mit POF Simplexkabel eingesetzt, stört das Übersprechen des starken Sendesignals auf den hochempfindlichen Empfänger sehr. Es begrenzt im Übertragungssystem die Empfängerempfindlichkeit, und damit die Übertragungsreichweite. Im faseroptischen Sensorsystem limitiert es die Sensorempfindlichkeit.
- Teilungsverlust oder Splitting Loss: Der Teilungsverlust beschreibt die unvermeidliche Einfügedämpfung zwischen den Ports durch die Aufteilung des Lichtes in mehrere Teile. So hat ein symmetrischer 1×2 Splitter einen unvermeidlichen Teilungsverlust von 3db. Man könnte ihn höchsten durch einen aktiven Verstärkungsmechanismus im Bauteil ausgleichen.
Passive optische Komponenten der DieMount werden aus POF Adern (Bare Fiber) hergestellt und zeigen folglich hinsichtsichtlich ihrer Excess Loss Parameter sehr niedrige Dämpfung.
Eine Besonderheit der DieMount passiven optischen Komponenten ergibt sich aus der speziellen und patentierten Anschlifftechnik für sog. POF Rohlinge, aus denen die 1×2 POF Splitter hergestellt werden. Durch Beschichtung der Rohlinge durch optisch wirksame Schichten kann erreicht werden, daß das Licht nicht von einem Splitterarm auf seinen Nachbararm überkoppeln kann. Dadurch entsteht eine sehr hohe Crosstalk Dämpfung, die für einige Anwendungen äußerst wichtig ist.
1×2 POF Splitter mit hoher Crosstalk Dämpfung sind aufwändiger in der Herstellung und deshalb auch teurer im Vergleich zu Standard Splittern. Zur Erleichterung der Entscheidung, welcher Splitter Typ für eine spezielle Anwendung erforderlich ist, zeigen die folgenden Skizzen das Verhalten des Lichtes im Innern verschiedener Splittertypen.
Ein wichtiger Hinweis zur Crosstalk Bestimmung in POF Systemen zur Datenübertragung oder Sensorik ist der Einfluß des POF Kabels auf den Crosstalk. An der Koppelstelle zwischen POF Splitter und Kabel kann durch eine unzureichend präparierte Endfläche des Kabels, durch schlechte Konzentrizität der Steckverbindung oder auch durch Reflexion von der gegenüberliegenden Kabelendfläche Crosstalk erzeugt werden. Dieser ist nicht auf einen fehlerhaften 1×2 Splitter zurück zu führen, sondern muß durch geeignete Maßnahmen am POF Kabel soweit als möglich reduziert werden. Da durch neue Entwicklungen vor allem im Bereich POF Fasersensorik heute Systeme mit mehr als 60dB Dynamikbereich verfügbar sind, müssen diese Effekte vor allem in einem hochempfindlichen Sensorsystem beachtet werden.
Das Teilungsverhältnis eines Splitters beschreibt das Verhältnis der optischen Leistungen in den Ports bezogen auf die optische Leistung in allen anderen Ports. So ist z.B. ein symmetrischer Splitter durch das Teilungsverhältnis 50:50 charakterisiert. Unsymmetrische Splitter können aus unsymmetrisch geschliffenen Splitterrohlingen in einem Teilungsverhältnis von bis zu 25:75 hergestellt werden. Um Splitter mit noch stärkerer Unsymmetrie aufzubauen, müssen andere Konstruktionsprinzipien eingesetzt werden. Splitterrohlinge mit Teilungsverhältnis 90:10 wären mechanisch instabil.
Die Darstellungen oben zeigt die Endflächen des gemeinsamen Ports für einige Splittertypen mit unterschiedlichen Teilungsverhältnissen. Ebenfalls herstellbar sind 1×7 und 1×19 POF Splitter. Diese benötigen jedoch einen zwischengeschalteten Wellenleitermischer.
Für spezielle Anwendungen wie POF PON Datenübertragungssysteme z.B. auf Basis von G.hn oder faseroptische Sensoren mit mehreren Wellenlängen wurden passive optische Komponenten höherer Komplexität entwickelt. Es können z.B. passive optische Komponenten wie 2×2, 2×3 oder 2×4 hergestellt werden. Die Konstruktionsprinzipien bauen auf den oben beschriebenen Verfahren auf.
Steckverbindungen
DieMount Splitter und passive optische Komponenten können mit vielen, heute gebräuchlichen Steckverbindern konfektioniert werden. Einige Beispiele zeigen die folgenden Fotos. Allerdings kann nicht jeder Splitter in jeden Steckertyp integriert werden; wenn der Aufbau des Splitters räumlich nicht in die geforderte Steckerferrule paßt, muß eine Alternative gesucht werden. Ein anderer Steckertyp kann eine Lösung sein, aber auch POF Pigtails mit konfektioniertem Stecker, welche an den Splitter fixiert werden. Durch die zusätzliche Koppelstelle erhöht sich durch das Pigtail jedoch der Excess Loss der Komponente.
Die Auswahl der oben gezeigten Steckertypen zeigt beispielhaft einige, im POF Bereich gerne eingesetzte Stecker. Die Konfektionierung mit anderen Steckertypen ist meist ebenfalls machbar. Im Einzelfall muß dies geprüft werden.
Sollen passive optische Komponenten in rauher Umgebung eingesetzt werden, müssen sie durch ein äußeres Gehäuse gegen Umwelteinflüsse geschützt werden. Metallrohre aus Aluminium oder Messing bieten sich dafür an. An den Rohrenden werden die austretenden Kabelenden vergossen. Das Foto unten zeigt ein Beispiel.
Die Splitter-Technologie der DieMount GmbH wurde zunächst für die sog. Standard Stufenindex POF mit 1mm Kern aus PMMA entwickelt. Neben der Verwendung von 1mm POF erlaubt das Herstellungsverfahren auch den Einsatz von POF anderer Durchmesser von 3mm bis zu 0.5mm. Splitter mit 0.5mm POF und ggf. sogar kleiner müssen jedoch in metallischen Präzisionsferrulen montiert werden.