多路光信號功率分配與設計新方法

趙長水

(陜西理工學院物理與電信工程學院,陜西 漢中 723003)

1 引 言

在光網(wǎng)絡的構建與設計中,需要通過光分路器將光信號功率合理的分配給不同的光路。為了保證到每個光節(jié)點的信號電平相等,通常是根據(jù)各光路實際損耗情況,計算出各光路所需的分光比,然后由制造商特制生產(chǎn)專用的光分路器[1-4],其最大缺點是成本造價高,又沒有通用性[5-6]。事實上,由于各種偏差,各光節(jié)點實際電平是不可能相等的[7],只能說盡可能地相近一些。鑒于目前光接收機輸入功率電平的動態(tài)范圍比較寬[8-9],沒有必要要求各光節(jié)點信號電平絕對相等,而且也做不到,各光節(jié)點電平只要在一定的允許范圍內就行。因此,有必要將光分路器做成不同型號和規(guī)格的產(chǎn)品。但是,光分路器的規(guī)格化不是一件簡單的事情,光二分路器的規(guī)格化相對容易一些,而多路分光器由于情況復雜很難進行規(guī)格化設計,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型進行規(guī)格化[5-6],但在實際網(wǎng)絡構建與設計時,如何選擇并合理搭配不同型號和規(guī)格的光分路器件,需要一定的智慧和技巧,使用起來有相當?shù)碾y度,有時往往很難如愿以償。為此,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計理念和思路。也就是說,光分路器只對二分路器進行規(guī)格化,其規(guī)格的細化程度盡可能高一些,換言之,就是規(guī)格型號多一些。而多路分光器不做規(guī)格化,實際應用中,可以由各種規(guī)格的光二分路器組合而成。本文所說的規(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光功率分配方法,具有如下三個明顯的優(yōu)點:首先沒有專用器件的特制費用,而規(guī)格型器件價格很低,所以大大地降低了網(wǎng)絡成本造價;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,很容易實現(xiàn)多路光信號功率分配,更重要的是能確保每個光節(jié)點電平的變化都在相同的允許范圍內,這是采用一般規(guī)格型光二分路器無法實現(xiàn)的。

2 光二分路器規(guī)格體系

光二分路器的規(guī)格體系至關重要,通常直接按分光比等量遞變劃定規(guī)格型號的體系存在一定的問題,因此提出了按分光比非等量遞變劃定規(guī)格型號,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,而是以兩路光纖長度的差值為直接參量來劃定規(guī)格型號[10]。選擇規(guī)格型號時不用計算實際所需分光比,直接按兩路光纖長度差值選擇合適的規(guī)格型號,非常實用和方便,其分光比只是一個間接參量。在這種體系的規(guī)格表中,相鄰規(guī)格型號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)點電平都能在相同的允許范圍內。表1就是按照這種規(guī)格體系設計出來的一種規(guī)格表,光節(jié)點電平允許變化量為ΔP=±0.2 dB,該值越小,則規(guī)格表的細化程度越高,規(guī)格型號也就越多。ΔL1310g和ΔL1310～分別表示1 310 nm波長的兩路光纖長度差值的規(guī)格值與適用范圍值,ΔL1550g和 Δ L1550～分別表示1550 nm波長的兩路光纖長度差值的規(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?？梢圆蝗リP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分別表示較長光纖L2(設定L2為較長光纖,L1為較短光纖,即 Δ L=L2-L1≥0)在1 310 nm和1 550 nm波長時,分光損耗所等效的光纖長度。

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并通過具體實例介紹如何用不同規(guī)格型號的光二分路器的組合來完成多路光功率的分配。

3.1 三路組合結構

已知1 310 nm波長三路光纖長度分別為L1=3.6 km,L2=9.2 km,L3=22.8 km。組合設計方案可以有3種,分述如下。

方案一:由光節(jié)點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 三路組合設計圖1Fig.1 Three-way design plan 1

(1)確定單元A規(guī)格型號

ΔL2-1=L2-L1=5.6 km,由表1單元A應選F2-3,則K1=37.9%,K2=62.1%。

(2)求a點后等效光纖長度La

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

(3)確定單元B規(guī)格型號

ΔL3-a=L3-La=8.422 km,由表1單元 B 應選F2-5,則Ka=31.5%,K3=68.5%。

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

圖2 三路組合設計圖2Fig.2 Three-way design plan 2

(1)確定單元A規(guī)格型號

ΔL3-2=L3-L2=13.6 km,由表1單元 A應選F2-9,則 K2=21.8%,K3=78.2%。

(2)求a點后等效光纖長度La

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

(3)確定單元B規(guī)格型號

ΔLa-1=La-L1=21.873 km,由表 1單元 B應選 F2-16,則 K1=11.4%,Ka=88.6%。

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

圖3 三路組合設計圖3Fig.2 Three-way design plan 3

(1)確定單元A規(guī)格型號

ΔL3-1=L3-L1=19.2 km,由表1單元 A應選F2-13,則K1=15.1%,K3=84.9%。

(2)求a點后等效光纖長度La

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

(3)確定單元B規(guī)格型號

ΔLa-2=La-L2=15.377 km,由表1單元B應選F2-10,K2=19.9%,Ka=80.1%。

3.2 四路組合結構

已知1 550 nm波長四路光纖長度分別為L1=6.8 km,L2=10.5 km,L3=18.2 km,L4=127.6 km?？梢杂卸喾N組合結構設計方案,圖4和圖5是其中兩種組合結構,分述如下。

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

圖4 四路組合設計圖1Fig.4 Four-way design plan 1

(1)確定單元A規(guī)格型號

ΔL2-1=L2-L1=3.7 km,由表1單元A應選F2-1,則K1=45.6%,K2=54.4%。

(2)確定單元B規(guī)格型號

ΔL4-3=L4-L3=9.4 km,由表 1單元 B應選F2-3,則K3=37.9%,K4=62.1%。

(3)求a點后等效光纖長度La

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

(4)求b點后等效光纖長度Lb

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

(5)確定單元C規(guī)格型號

ΔLb-a=Lb-La=14.808 km,由表 1單元 C 應選F2-6,則Ka=28.8%,Kb=71.2%。

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

圖5 四路組合設計圖2Fig.5 Four-way design plan 2

(1)確定單元A規(guī)格型號

ΔL2-1=L2-L1=3.7 km,單元 A應選F2-1,則K1=45.6%,K2=54.4%。

(2)求a點后等效光纖長度La

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

(3)確定單元B規(guī)格型號

ΔLa-3=La-L3=2.876 km,單元B應選F2-1,則K3=45.6%,Ka=54.4%。

(4)求b點后等效光纖長度Lb

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

(5)確定單元C規(guī)格型號

ΔLb-4=Lb-L4=4.052 km,單元C應選F2-1,則K4=45.6%,Kb=54.4%。

3.3 五路以上組合結構

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

圖6 五路組合設計圖Fig.6 Five-way design plan

4 結束語

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功率的分配方法,解決了用普通的規(guī)格型光二分路器無法實現(xiàn)任意多路光功率分配的問題,克服了常規(guī)分配法器件成本造價昂貴且無通用性的缺點。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,簡單易行,容易實現(xiàn)。這種光功率分配要求光二分路器的規(guī)格盡可能分得細一些,型號盡量多一些,其實就是要求光節(jié)點電平允許該變量小一些,這樣功率分配的效果會更趨于合理一些。之前對光二分路器的規(guī)格化做了較為深入細致的研究,為本文做好了鋪墊,本文是以前工作的延伸和推進。

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