MINISTERUL EDUCATIEI SI TINERETULUI AL R.M.

UNIVERSITATEA TEHNICA A MOLDOVEI

FACULATEA RADIOELECTRONICA SI TELECOMUNICATII

CATEDRA OPTOELECTRONICA

LUCRARE DE CURS

LA DISCIPLINA OPTOELECTRONICĂ

Tema: „Atenuatoarele optice”

A efectuat

St. gr.

A verificat

Lect. univ

CHISINAU 2012

Cuprins

1. Introducere .........................................................................................................3-4

2. Atenuarea in fibrele optice..................................................................................4-5

3. Pentru ce este nevoie de atenuat semnalul optic.................................................5-6

4. Destinatia atenuatoarelor....................................................................................6-7

5. Notiuni generale despre atenuatoarele optice…….............................................7-8

6. Parametrii de baza a atenuatoarelor.......................................................................9

7. Tipurile atenuatoarelor optice..............................................................................10

7.1. Atenuatorul optic fix....................................................................................10-12

7.2. Atenuatorul optic variabil............................................................................12-13

7.2.1. Atenuatoare variabile de tip conector.......................................................13-14

7.2.3. Atenuatorul optic variabil FVA-UV.........................................................14-15

8. Mecanismele de atenuare...............................................................................15-16

8.1. Mecanismul opto electro mecanic...............................................................16-19

8.2. Atenuatoare termo-optice............................................................................19-23

9. Companiile care proiectează atenuatoare optice ................................................24

9.1. Amphenol....................................................................................................24-25

9.1.1. Atenuatoare fixe in stil conector..............................................................25-26

9.1.2. Atenuatoarele fixe in-line..............................................................................27

9.1.3. Atenuatoarele variabile............................................................................27-28

9.2.1. Atenuatoare optice variabile.........................................................................28

9.2. Agilent.........................................................................................................28-29

9.2.2. Atenuatoarele ce permit controlul puterii.....................................................29

9.3.2. Atenuatorul optic variabil............................................................................ 30

9.3.Anritsu...............................................................................................................30

9.3.1. Atenuator optic programabil.........................................................................30

Concluzii

Bibliografie

2

1. Introducere

Una dintre cele mai importante realizări în domeniul comunicaţiilor este

crearea Sistemelor de Transmisiune prin Fibră Optică (STFO) pe baza utilizării

Liniilor de Comunicaţie prin Fibră Optică (LCFO). Elementul de bază al LCFO

este fibra optică, care la etapa actuală se consideră cel mai perfect mediu fizic

pentru transmisia informaţiei, precum şi mediu cel mai perspectiv pentru

transmisia fluxurilor mari de informaţie la distanţe considerabile.

Cea mai importantă parte componentă a Liniilor de Comunicaţie prin Fibră

Optică este fibra optică. Ea reprezintă o structură lungă, cilindrică din material

transparent care permite propagarea undelor de lumină prin interiorul său. Fibra

optică constă din trei straturi: miez, cămaşă şi înveliş de protecţie.

Miezul – partea fibrei prin care are loc propagarea luminii. El este fabricat

fie din sticlă, fie din masă plastică. Cu cît e mai mare diametrul fibrei, cu atît e mai

mare cantitatea luminii ce poate fi transmisă prin fibră. Indicele de refracţie al

miezului n1 este mai mare decît indicele de refracţie al cămeşii n2.

Cămaşa. Destinaţia cămeşii constă în crearea celor mai bune condiţii de

reflecţie a luminii de frontiera miez – cămaşă şi evitarea iradierii energiei

luminoase în spaţiul înconjurător.

Învelişul de protecţie. De obicei, învelişul de protecţie poate conţine mai

multe straturi şi este destinat pentru a asigura protecţia fibrei de factorii mediului

ambiant.

Tipul fibrei este determinat de tipul modelor care trec prin miezul acesteia.

Toate fibrele optice se împart în două grupe de bază:

- monomod – foloseşte o lungime de undă specifică. Diametrul

miezului se conţine între 8-10 μm. Fibra monomod se foloseşte deseori

pentru staţiile telefonice interurbane şi aplicaţii video

- multimod – utilizează un număr mare de mode. Diametrul miezului

este mai mare decît cel al fibrei monomod.

3

Fibrele multimod sunt tipurile, de obicei, specificate pentru LAN (Reţelele

de arie locală) şi WAN (Reţelele de arie largă).

Avantajele cablurilor optice faţă de cablurile obişnuite:

1. pierderea mică a semnalului (de obicei, mai puţin de 0,3 dB/km), aşadar nu

trebuie de repetat transmisia pe distanţe mari

2. capacitate mare de transmisie a datelor (de mii de ori mai mare, atingînd

viteze de pînă la 1,6Tb/s în condiţii de cîmp şi de pînă la 10Tb/s în cele de

laborator)

3. imunitate la interferenţe electromagnetice, dar pot fi deteriorate la acţiunea

radiaţiei α şi β

4. nu prezintă radiaţie electromagnetică; dificil de tras cu urechea la conversaţii

5. rezistenţă electrică înaltă, deci este sigur de folosit lîngă echipament de

înaltă tensiune sau între ariile cu potenţial diferit al pămîntului

6. greutate nesemnificativă

7. nu se înregistrează interferenţă între cabluri

8. nu prezintă pericolul scînteii.

Dezavantajele cablurilor optice faţă de cablurile obişnuite:

1. cost ridicat

2. necesitatea unor transmiţători şi receptori optici costisitori

3. unirile şi sudările sunt mai scumpe decît în cazul cablurilor simple

2. Atenuarea în fibre optice

Atenuarea - este fenomenul prin care semnalele electromagnetice îşi pierd

din puterea initială (cu care au fost transmise in mediu) o data cu creşterea

distantei. Acest fenomen apare din cauza faptului ca mediul de transmisie

absoarbe o parte din energia semnalelor. Din acest motiv se impun limitari ale

distantei pe care un semnal o poate parcurge fara a depaşi un anumit nivel de

degradare.

4

Cu cit semnalul este receptionat la o mai mare distanta fata de sursa, cu atit

posibilitatea de a fi decodificat corect este mai mica din cauza atenuarii şi a

interferentelor.

Atenuarea semnalului este un factor foarte important in procesul proiectarii

sistemului de comunicatii prin fibre optice, precum şi a oricaror altor sisteme de

comunicatii. Deoarece receptoarele necesita ca puterea de intrare a lor sa fie mai

mare decat un anumit nivel minim, atunci pierderile de transmisie determina

distanta maxima de transmisie pana la care este necesara restaurarea

semnalului.

Principalele puncte ale sistemului de comunicatii prin fibre optice unde au

loc pierderile de semnal sunt conectorii, cuploarele de intrare, imbinarile, precum si

insa-si fibra optica.

Atenuarea reprezintă cel mai important parametru al cablurilor optice, care

determină lungimea sectorului de regenerare. Atenuarea este condiţionată de

pierderi proprii în fibra optică p şi pierderi suplimentare, aşa numite pierderi de

cablu c, condiţionate de structura, precum şi de deformarea şi flexiunile fibrelor

optice apărute în procesul depunerii straturilor protectoare.

3. Pentru ce este nevoie de atenuat semnalul optic

In timpul lucrului cu surse de iluminare intensive (de exemplu laserele)

iluminarea detectorului de spectru ce are o sensibilitate inalta poate atinge valoarea

pragului de saturatie. Determinarea corecta a spectrului in acest caz devine

imposibila. Se poate avea nevoie de atenuare si la masurarea absorbtiei, pentru a

evita saturatia la primirea spectrului de referinta.

In unele cazuri suprasolicitarea detectorului se poate de prevenit utilizind un

filtru, o apertura de intrare mai mica (o fisura mai ingusta sau o fibra de un

diametru mai mic), sau introducind in calea propagarii optice filtre de lumina

neutre. Alta metoda mult mai simpla este de a regla timpul de integrare a

spectrometrului (cu ajutorul unei programe de control).

5

Daca aceste metode nu pot fi indeplinite atunci se recurge la un atenuator

optic.

4. Destinatia atenuatoarelor

Ei sunt utilizaţi pentru a controla nivelul puterii semnalelor optice la ieşirea

din sursele luminoase şi a convertorilor electrico-optici. Ele sunt, de asemenea,

aplicate în scopul testării liniarităţii şi a diapazonului dinamic a fotosensorilor şi

fotodetectorilor.

Destinatia de baza a atenuatoarelor este: masurarea rezervei sistemei optice

de atenuare, pentru care este nevoie de a determina nivelul puterii la intrarea

fotoreceptorului, la care numarul de erori intrece nivelul de prag.

La masurarea pierderilor cu ajutorul atenuatorului, ele inlocuiesc

dispozitivele in care este nevoie de masurat pierderi. Receptorul in acest caz va

avea un rol de indicator de putere.

Fig.1. Schema masurarii pierderilor cu ajutorul atenuatorului.

Schimbarea atenuarii introduse se efectuiaza prin egalarea puterii primate de

indicator in comparare cu aceea care a fost pina la schimbare. Apoi conform

datelor atenuatoarelor se determina atenuarea, pe care o introduce dispozitivul

necunoscut sau fibra.

Atenuatoarele sunt folositoare pentru reglarea nivelului puterii cu scopul

obtinerii semnalului dorit.

6

De aceasta este nevoie in tehnica de masurari sau in sistemele de transmisie a

datelor pentru concordanta atenuarii in fibra optica cu parametrii dinamici ai

sistemei. La transmiterea informatiei prin fibra optica cele mai mici nivele ale

semnalului poate duce la pierderea informatiei, iar prea mari nivele ale semnalului

pot duce la supraincarcarii a dispozitivului de receptie si erori de lucru a intregii

sisteme de transmisiune.

Atenuatoarele mentin atenuarea intr-o directie dreapta si pot functiona

bidirectional.

Un exemplu de utilizare al atenuatorului optic este folosirea lui in sistemele

WDM, unde puterea fiecarui canal se allege in asa mod incit sa asigure o

caracteristica spectrala plana a semnalului, care se indreapta catre amplificatorul

EDFA. Deci caracteristica sectrala plana in limitele latimii canalului deasemenea

reprezinta un parametru cheie a atenuatorului.

5. Notiuni generale despre atenuatoarele optice

Atenuatoarele optice sunt dispozitive utilizate pentru micsorarea energiei sau

puterii luminii laser de un numar difinit de ori cu eroarea data. De aceea el este

numit cite o data prelungitorul artificial al fibrei optice.

Marimea micsorarii nivelului puterii optice poate fi una si aceeasi sau poate

varia. In functie de acest punct de vedere atenuatoarele pot fi divizate in doua

clase:

Atenuatoare fixe;

Atenuatoare variabile;

Dupa principiul de functionare atenuatoarele optice sunt subdivizate in mai

multe clase: mecanice; de polarizare; acustooptice; de difractie; de interferenta;

electrooptice

La masurarea parametrilor sistemelor de comunicatii bazate pe fibra optica

cel mai des sunt utilizate atenuatoarele de polarizare si cele mecanice.

7

Atenuatoarele mecanice pot fi clasificate in doua tipuri: cu ruptura a fibrei

optice si fara ruptura a fibrei. Atenuatoarele cu ruptura a fibrei functioneaza pe

baza principiului schimbarii distantei, a unghiului sau devierii axei capetelor

fibrelor optice, si deasemenea situarea intre cele doua capete de fibra a unor

diferite filtre de lumina.

Atenuatoarele fara ruptura a fibrei schimba valoarea atenuarii la schimbarea

unghiului de indoiere a fibrei. Aceste atenuatoare au avantajul fata de atenuatoarele

cu ruptura a fibrei prin faptul ca ele pot functiona si in sistemele televiziunii prin

cablu. Acest avantaj este foarte important din cauza ca aparatajul utilizat in

sistemele de televiziune prin cablu este de tip analogical si este foarte sensibila la

reflectarea la intoarcere.

Principiul de functionare a atenuatoarelor de polarizare se bazeaza pe

proprietatile unor elemente optice de a reactiona la polarizarea luminii. Atenuarea

are loc la schimbarea directiei de polarizare undei de lumina cu ajutorul unui filtru

de polarizare si absorbtia ei de al doilea filtru, intors fata de primul filtru

(imprejurul axei fibrei) sub un unghi de la 0 pina la 90 de grade. In acest caz

atenuarea semnalului poate fi schimbat de la 0% pina la 100%.

Atenuarea semnalului de catre atenuatoare deseori depinde de lungimea de

unda, de aceea este nevoie de lucrat cu ele destul de atent. In caracteristicele

tehnice ale atenuatoarelor deseori se indica tipul fibrei, lungimea de unda de lucru,

atenuarea maxima, valoarea undei reflectate la intoarcere, puterea maxima de

intrare si deasemenea diapazonul temperaturilor de lucru.

Modulatoare acusto-optice folosesc undele sonore pentru a modifica

amplitudinea, frecvenţa sau faza luminii care trece printr-un material acusto-optic.

Similar, modulatoarele electro-optice utilizează un cîmp electric pentru a altera

caracteristicile luminii care parcurge un material electro-optic.

Multe tipuri de conectori sunt folosite cu atenuatoarele optice. Conectorii

biconici au terminalele desăvîrşite pentru o pierdere de inserare minimă.

8

Conectorii D4 şi FC sunt durabili, cu o structură adecvată pentru inserare

repetabilă. Conectoarele FC sunt folosite în principal cu fibrele monomod, dar mai

sunt întîlniţi în reţelele telefonice, instrumente.

6. Parametrii de baza ai atenuatoarelor

Specificaţii importante pentru atenuatoarele optice includ diapazonul

lungimii de undă, rata atenuării, pierderi dependente de polarizare, pierderi de

reflexie. Rata atenuării descrie valoric pierderea semnalului produsă de

atenuatoarele optice. Pierderea de reflexie este rata puterii luminii reflectate către

puterea luminii incidentă. Exprimată în decibeli (dB), pierderea de reflexie, de

asemenea, mai măsoară cantitatea puterii reflectate pe o linie de transmisiune care

este conectată la un dispozitiv pasiv sau activ.

In continuare sunt reprezentati cei mai importanti parametric ai atenuatoarelor

optice precum si valorile lor in linii generale.

Tipul fibrei – monomod, multimod.

Diapazonul maxim pentru lungimile de unda lucratoare – 1360 nm pina la

1580nm.

Diapazonul minim pentru lungimile de unda lucratoare – 1260 nm pina la 1480

nm.

Latimea tipica a lungimii de unda lucratoare – 1310 nm – 1580 nm.

Atenuarea maxima aproximativ egala cu 60 dB.

Rezolutia indicatorului aproximativ egala cu 0,1 dB.

Pierderile introduce mai mici sau egale cu 3,5 dB.

Nivelul pierderilor atenuatoarelor ce depinde de polarizare nu trebuie sa fie mai

mare de 0,3 dB.

Reflecterea la intoarcere mai mica sau egala cu -40 dB.

Puterea de intrare maxima aproximativ egala cu +18 dB.

Diapazonul temperaturilor de lucru: 0 pina la +50 grade Celsius.

Diapazonul temperaturilor de pastrare: 25 pina la +70 grade Celsius.

9

Stabilitate, Fiabilitate, Exactitate, dispersia modala de polarizare.

7. Tipurile atenuatoarelor optice

7.1. Atenuatorul optic fix

Acest tip de attenuator este folosit pentru a reduce puterea semnalului cu o

anumită valoare fixa specifica pentru atenuatorul utilizat.

Atenuatorul optic fix introduce o pierdere bine determinată, care va reduce

puterea semnalului pînă la un nivel de detectare acceptabil. Nivelul de atenuare ar

trebui să fie stabil în dependenţă de temperatură şi lungime de undă pentru un

sistem stabil şi sigur.

In atenuatoarele fixe gradul de atenuare este realizat pe baza spatierii,

locului liber lasat intre capetele fibrei care sunt unite in conectoare. Constructia

acestor tipuri de atenuatoare variaza in functie de in ce tip de fibra ele se utilizeaza:

monomod sau multimod. Atenuatoarele fixe mentin o atenuare fixa determinate de

una din urmatoarele valori: 3;5;10;15;20;25;30 dB.

Folosirea atenuatorului fix face pierderile legate de reflexie mai puţin o

problemă şi de aceea asigură o transmisiune de informaţii sigură.

Avantaje:

1. multiple opţiuni pentru folosirea în diverse sisteme şi aplicaţii

2. diferite metode de atenuare pentru un nivel de atenuare precis

3. dimensiuni compacte

4. conectorul permite o bună integrare în sistemele existente

Aplicaţii:

1. aplicaţiile DWDM

2. testare şi măsurare

10

3. sensori optici

4. retelele de telecomunicaţii

Atenuatoarele optice fixe pot fi disponibile împreună cu diferiti conectori de

tipul SC(Subscriber Connector orStandard Connector or Siemon Connector),

LC(Lucent Connector orLocal Connector), ST(Straight Tip), FC(Ferrule

Connector) şi MU, la valori ale atenuării de 1-20dB.

Fig.2. Reprezentarea exterioara atenuatorului FM cu conector de tip SC

Fig.3. Reprezentarea citorva atenuatoare fixe

Atenuatoarele fixe cu comutatoare au marimile de comutare si infatisarea

exterioara la fel ca si la atenuatoarele FC. Atenuarea este introdusa datorita

spatiului de aer ce apare intre capetele fibrei. Marimea atenuarii pentru lungimea

de unda 1300 nm este:

5; 10; 15 dB in general pentru fibrele multimod;

5; 10; 15; 20; 25; 30 dB in general pentru fibrele monomod. Eroarea marimii de

atenuare o reprezinta 1dB.

11

Fig.4. Date generale despre unele atenuatoare fixe

De asemenea ateuatoarele fixe functioneaza la temperature care variaza intre

-40°C si +75°C si lungimi de und ace variaza intre 1310 nm si 1550 nm.

7.2. Atenuatorul optic variabil

Atenuatoarele variabile permit o reglare lina si exacta dupa dorinta

utilizatorului a atenuarii semnalului cel mai des utilizindu-se procesul de

schimbare a latimii spatiului de aer intre capetele fibrei folosind conexiunea prin

filet. Diapazonul valorilor atenuarii introduse in atenuatoarele variabile pentru

fibrele multimod este de 0-15 dB, pe cind pentru fibra monomod acest diapason

este de 0-20 dB, luind in considerare ca exactitatea de ajustare a valorii atenuarii

reprezinta aproximativ 0,5 dB in diapazonul temperaturilor de -60 pina la +85

grade Celsius si la o umiditate permisa de 90%.

Atenuatoarele optice variabile sint utilizate pentru imitarea pierderilor in

liniile optice, ce sunt effectuate pentru testarea liniei in situatii extreme, de

asemenea pentru analizei de functionalitate a dispozitivelor (in primul rind,

dispozitivelor de linie si terminale) pentru diferite conditii de functionare ale

retelei.

De obicei sunt realizate 3 tipuri de atenuatoare optice variabile:

Atenuatoare variabile discrete;

Atenuatoare continuu variabile;

Atenuatoare combinate, in care comutatorul discret de obicei indeplineste rolul de

suprimare completa a semnalului.

12

Toate aceste tipuri de atenuatoare sunt de banda larga. In atenuatore sunt

utilizate diferite metode de introducere a atenuarii: deplasarea axiala si radiala,

folosirea diferitor tipuri de filtre si prisme. La intrarea atenuatorului se pun doua

lentile pentru transformarea fluxului de lumina. Elementul de baza al atenuatorului

este prisma cu un nivel mic de pierderi, legate de polarizare (Polarization

Dependence Loss - PDL). Nivelul de atenuare, introdus de cate attenuator, depinde

de pozitia ce o ocupa prisma care se regleaza cu pozitionerul.

O cerinta importanta o reprezinta lipsa problemelor de precizie de pozitionare in

procesul de functionare a atenuatorului.

Caracteristicele de baza ale atenuatoarelor optice variabile sunt: Precizia;

PDL; nivelul pierderilor de intoarcere; atenuarea introdusa.

Toate aceste caracteristici, precum si altele sunt controlate in procesul de

calibrare a dispozitivelor, frecventa careia este tot un parametru tehnic de baza al

atenuatoarelor.

Linearitatea(precizia) atenuatorului se numeste diferenta dintre atenuarea

introdusa si atenuarea masurata in procesul de control, introdusa de cest dispozitiv

pentru tot diapazonul sau dynamic de functionare. Pierderile legate de dispersia

prismei (PDL), depend, in primul rind de calitatea sticlei din care ea se fabrica.

Variatia fazei, conditionata de dispersie, duce la micsorarea puterii semnalului

transmis, ca consecinta la atenuarea adaugatoare legata de PDL.

Inca un parametru important al atenuatoarelor optice pe linga diapazonul de

pierderi introduse si precizie, este nivelul pierderilor de intoarcere, legate de

reflectarea a unei parti din semnal in linie. Principala cerinta fata de atenuatoare

este un nivel cit mai mic de reflectii proprii, care se indeplineste prin acoperirea

linzelor de interfata cu un material antireflexiv.

7.2.1. Atenuatoare variabile de tip conector

13

Fig.5. Atenuator variabil de tip conector

Acest tip de atenuatoare permit o atenuare variabila si functioneaza pe baza

rupturii fibrei unde este present aerul. Precizia de realizare a unei atenuari cu

ajutorul acestui dispozitiv constituie aproximativ 0,5 dB. Aceste atenuatoare au in

complectatia lor o cheie de reglare.

7.2.2. Atenuatoare variabile de tip FC/APC

Fig.6. Atenuator variabil de tip FC/APC

Confectionat pe baza atenuatorului variabil standard FC si se caracterizeaza

printr-o precizie inalta de amplasare a cheii si marimi mici.

Daca diapazonul de reglare a atenuarii pentru atenuatoarele de tip ST, FC este de:

0 – 15 dB pentru fibrele multimod;

0 – 20 dB pentru fibrele monomod;

Atunci diapazonul reglarii atenuarii pentru atenuatoarele variabile FC/APC

variaza de la 0 la 30 dB.

7.2.3. Atenuatorul optic variabil FVA-UV

Atenuaorul optic variabil FVA-UV reprezinta un dispozitiv optomecanic

pentru reglarea cantitatii de lumina, transmise dintr-o fibra optica in alta. Discul

14

interior permite o slabire a semnalului uniforma de la 0 - 100%. Fibra se

conecteaza cu ajutorul conectorului SMA 905.

Adapterul FVA-ADP-UV si FVA-ADP-VIS permit de a conecta atenuatorul

direct la orice sursa de iluminare cu lentila colimatoare (care transformă un

fascicul de raze divergent sau convergent într-unul paralel) in caltate de aperture de

iesire.

Constructiv FVA-UV reprezinta un bloc de aluminiu cu gauri filetate 3/8-24

pentru colimatoarele 74-UV. Un disc in mod manual regleaza cantitatea de lumina

transmisa de la intrare catre iesire.

In disc este facuta o fisura, care are o larime de 0,15’’ in pozitie deschisa, se

micsoreaza pina la 0,06’’ la intoarcerea la 90 de grade si pina la 0,006 la

intoarcerea la 180 de grade. Discul poate fi instalat in orice pozitie cu ajutorul unui

surub.

Caracteristicele tehnice:

Marimi: 38,1 x 59,4 x 40 mm.

Greutate: 90 grame.

Intrarea si iesirea: colimatoare, introduse in gaurile filetate.

Disc de reglare: aluminu negru anodat.

Fixarea discului: surub 6-32.

Adapere: FVA-UV si FVA-VIS.

Conectori optici: SMA 905.

Fig.7. Atenuatorul optic variabil FVA-UV

8. Mecanismele de atenuare

15

Un factor important atunci cînd vorbim despre atenuatoare este mecanismul

de atenuare utilizat. Se deosebesc cîteva mecanisme de atenuare cum ar fi:

mecanismul termo-optic, electro-optic şi opto-mecanic. Atenuatoarele bazate pe

silicon şi polimer folosesc mecanismul termo-optic; atenuatoarele LiNbO3 aplică

mecanismul electro-optic. În cazul mecanismului termo-optic, curentul electric ce

curge prin electrozi cauzează un gradient termic în structură. Datorită efectului

termo-optic, indicele de refracţie se modifică în dependenţă de distribuţia

temperaturii rezultată din difuzia termică.

Efectul termo-optic poate afecta viteza, sensibilitatea la lungimea de undă şi

stabililitatea termică a atenuatoarelor. Mecanismul termo-optic este unul lent graţie

întîrzierii cauzată de procesul termic.

Pe de altă parte, dispozitivele electro-optice sunt rapide, dar costisitoare. În

cadrul mecanismului electro-optic, tensiunea este aplicată la electrozi şi indicele

de refracţie se modifică sub influenţa distribuţiei cîmpului electric. Există un

balans între viteza şi preţul atenuatoarelor. Majoritatea acestora este mai degrabă

din silicon sau polimer decît din LiNbO3.

8.1. Mecanismul opto electro mecanic

Mecanismul opto-mecanic se foloseşte în majoritatea atenuatoarelor opto-

mecanice. La acest mecanism, parametrii care afectează puterea de ieşire sunt

controlaţi de mecanisme mecanice. În cuplor, puterea de ieşire este variată cu

schimbarea distanţei dintre cele 2 ghiduri de undă arătate în figura 8.

16

Fig.8 Mecanismul opto-mecanic

Îndoierea fibrelor optice este bine ştiută ca avînd un efect de atenuare.

Pentru a obţine atenuarea necesară, fibra se mişcă şi astfel se schimbă unghiul de

îndoire.

Sunt mai multe principii de functionare a sistemelor de atenuatoare optice

variabile micro electro mecanice (MEMS VOA). Trei arhitecturi diferite de MEMS

VOA sunt prezentate in figura de mai jos.

In functie de mecanismul de atenuare al luminii ele pot fi simplu clasificate in doua

categorii: VOA cu obturator si VOA de reflexie.

Obturatorul este un dispozitiv utilizat în scopul micşorării secţiunii de

trecere a unui fascicul de lumină printr-o deschidere.

Atenuatorul optic variabil cu obturator este reprezentat in figura 9 a). Acest

attenuator utilizeaza un dispozitiv pentru a deplasa un obturator/oglinda variabil

pentru apermite trecerea unei anumite cantitati din lumina care este transmisa de la

intrare catre iesire.

Fig.9. Atenuator optic variabil cu obturator.

Diferite nivele de atenuare pot fi obtinute prin schimbarea pozitiei

obturatorului/oglinzii. Acest procedeu ofera piederi proprii ale dispozitivului

minime si o gama larga de atenuare dar si niste reflexii de intoarcere foarte

puternice.

Pe de alta parte atenuatoarele optice variabile de reflexie prezentate in figura

10 b) si c) folosesc colimatoare si lentile pentru directionarea luminii ceea ce

ingreuneaza constructia lor.

17

Fig.10. Atenuatoare optice variabile de reflexie. b)cu rotirea ori schimbarea

pozitiei oglinzii. c) cu rasucirea oglinzii si colimatoare.

De aceea poate fi folosit un alt tip de attenuator optic variabil care la fel este

unul ce utilizeaza procesul de reflexie a luminii de la oglinda, insa deja oglinda

este una eliptica. In acest caz nu mai este nevoie de lentile si colimatoare iar

constructia atenuatorului se usureaza.

Odata ce oglinda eliptica este deplasata razele de lumina se deplaseaza si ele

reorientindu-se astfel incit o parte din lumina de la intrarea fibrei nu vor intra in

miezul fibrei de iesire, astfel poate fi obtinut o atenuare maximala cu o deplasare

minimala a oglinzii. Cu alte cuvinte intrucit nu este nevoie de a deplasa puternic

oglinda data pentru o atenuare maxima, rezulta ca si tensiunea necesara pentru

dispozitivul dat este minimala.

Fig.11. MEMS VOA ce utilizeaza o oglinda eliptica.

Atenuatoarele cu asa constructie pot atinge o atenuare maxima de 44 dB la o

tensiune de 10,7 V.

18

Fig.12. Dependenta atenuarii de tensiune pentru atenuatorul dat.

8.2. Atenuatoare termo-optice

Aceste tipuri de atenuatoare optice variabile foloseste procesul de schimbare

a temperaturii pentru a varia atenuarea introdusa in fibra.

In continuare voi da un exemplu de asa atenuator ce contine o oglinda in forma de

inel de fibra cu o inalta birifringenta. Oglinda se amplaseaza intr-o camera cu

temperatura controlabila. La marirea temperaturii spectrul de transparenta variaza ,

practic neschimbindu-si forma. La lungimea de unda 1558nm atenuarea reprezinta

in jur de 30dB, iar pierderile introduse undeva de 2,5dB. Devierea spectrului in

functie de temperature este strict linear. Reesind din acest principiu se propune un

sensor de temperatura cu linearitatea de 0,9997. Rezultatele experimentale primite

pot fi explicate pe baza modularii numerice.

Asa un atenuator optic variabil dispune de mai multe avantaje, cum ar fi o

banda larga de atenuare si care nu depinde polarizare, pierderi introduse mici,

simplitatea utilizarii si o productivitate inalta. De asemenea s-a determinat ca

deplasarea lungimii de unda este strict liniara cu temperatura (coeficientul de

liniaritate ajunge la 0,9997). Inregistrind o deviere maxima a benzii de

transparenta, usor se poate de masurat temperatura. La schimbarea temperaturii de

la 20 pina la 65 grade Celsius limita de transparenta se deplaseaza cu aproximativ

20nm. Constructia atenuatorului optic cercetat este data in figura 13.

19

Fig. 13. Reprezentarea schematica a atenuatorului optic variabil

Principiul de lucru a unui astfel de attenuator poate fi descris in felul

urmator. Lumina la intrare este ramificata de un ramificator optic in doua unde,

care se deplaseaza in inelul de fibra in directii diferite si au componente de

polarizare diferite. Aceste unde parcurg portiunea de birifringenta a fibrei cu viteze

diferite. In acest fel polarizarea undelor se schimba si ele interfereaza la iesire. Fie

L lungimea regiunii active a fibrei, iar B diferenta coeficientilor efectivi de

refractie a undei “rapide” si a celei “incetinite”. Astfel se poate de obtinut

urmatoarea relatie pentru coeficientul de transparenta

T=[1-cosΔΦ(λ)]/2 (1)

Unde ΔΦ=2πBL/ λ este diferenta de faza rezultanta intre componenta rapida si a

celei de incetinire. In asa mod, banda de transparenta este reprezentata cu ajutorul

functiei cosinus, in argumentul careia intra diferenta de faza, ce depinde de

lungimea de unda, lungimea L si diferenta coeficientilor de refractie B.

In experienta perioada de oscilare in fibra birifrigenta constituie 3,1mm la

lungimea de unda de 1558nm. Pentru a avea precizia dorita, s-a utilizat o bucat de

fibra birifrigenta de lungimea 24,4 cm. Semnalul la intrare venea de la o sursa de

lumina de banda larga, ce lucreaza in diapazonul de la 1525 pina la 1565nm;

pentru inregistrarea spectrului de iluminare la iesire s-a utilizat un analizator de

spectru ADVANTEST Q8383. Inelul de fibra s-a amplasat intro camera cu

temperature controlabila, iar exactitatea de masurare a temperaturii era de 0,1 C.

Cum s-a vazut in formula 1, ΔΦ poate sa varieze odata cu varierea temperaturii, ce

20

duce la varierea benzii de transparenta si deci modificarea pierderilor optice la

lungimea de unda de 1,55μm.

In figura 14 sunt reprezentate spectrele de transparenta a atenuatorului optic

variabil, primate in urma maririi temperaturii de la 26 pina la 43 C. Cum se vede

din figura data, spectrul de transparenta variaza la marirea temperaturii.

Deasemenea se vede ca la lungimea de unda de 1558 nm valoarea maximala de

transparenta o constituie – 2,5dB la 26 C, insa la 43 C ea este de – 37,5dB.

In experimentul dat s-a observat ca perioada de modelare a spectrului de

transparenta se schimba destul de nesimtitor. Pierderile introduse ale sistemei

constituie circa 2,5dB, care provin in mare parte de la pierderile de sudura a fibrei.

Fig.14. Variatia benzii de transparenta a atenuatorului optic la schimbarea

temperaturii de la 26 C(1) pina la 43 C(2).

Caracteristica de atenuare a acestui attenuator optic variabil primita in

diapazonul 1,55μm este reprezentata in figura 15. Din figura data se vede ca

atenuatorul optic variabil dat are destul de bune caracteristici. Reglind temperatura

co o exactitate de pina la 0,1 C, se poate efficient de controlat atenuarea la

lungimea de unda data.

21

Fig.15. Caracteristica de atenuare a atenuatorului optic variabil.

Intrucit spectrul de transparenta se schimba la variatia ΔΦ, este un interes

dependenta dintre variatia lungimii de unda si temperatura. Aceasta dependenta

este aratata in figura 16. Pe acest desen se vede ca variatia lungimii de unda este

liniara cu temperature si coeficientul de corelare liniara reprezinta 0,9997. Trebuie

de accentuat faptul ca atenuatorul optic variabil dat functioneaza intr-un diapason

de lungimi de unda larg in raionul 1,55μm si are bune caracteristici de

transparenta. Pe linga asta, datorita coeficientului de corelatie linear, atenuatorul

optic dat poate deasemenea poate fi folosit ca un sensor de temperature. La

schimbarea temperaturii de la 25 pina la 60 C are loc varierea spectrului de

transparenta maxim cu aproximativ 20nm, cu un coefficient de temperature de

0,6255nm/C. Astfel de sensor are o liniaritate buna si poate sa functioneze intr-un

spectru larg de temperaturi. De asemenea a fost demonstrat analizind banda de

transparenta ca dispozitivul dat are o stabilitate ridicata.

22

Fig.16. Variatia lungimii de unda de transparenta la schimbarea temperaturii

Pe figura 17 sunt reprezentate rezultatele modularii numerice caracterizate in

experiment. Conform datelor experimentale din formula 1, sunt prezenti 2 factori,

care duc la variatia spectrului de transparenta al atenuatorului la schimbarea

temperaturii. In primul rind, lungimea fibrei L se mareste cu marirea temperaturii.

Coeficientul largirii termice al cablului optic est egal cu 10-6m/C. Si in al doilea

rind, diferenta coeficientilor de refractie intre unda lunga sic ea scurta B

deasemenea se schimba la incalzirea fibrei.

Acest fapt apare din cauza deformarii eliptice a fibrei. Conform datelor

experimentale, spectrul de transparenta se deplaseaza in directia lungimilor de

unda mai mici, in timp ce lungimea cablului optic se mareste.

Fig.17. Spectrele de transparenta, pentru temperaturile de 26 si 43 C (L=24,2cm).

În tabelul de mai jos, sunt prezentaţi parametri importanţi a diferitor tipuri

de atenuatoare optice variabile. De asemenea, sunt incluse cele mai bune

caracteristici pentru fiecare atenuator în parte. Tabelul conţine datele numerice ale

performanţei atenuatorului în dependenţă de tehnologia aplicată. Este de remarcat

că atenuatoarele mecanice şi micro-electromecanice (MEM) înregistrează

23

performanţe mai desăvîrşite decît celelalte. Diapazonul mare de lungimi de undă,

sensibilitate redusă la lungimi de undă, pierderi joase legate de polarizare, pierderi

nesemnificative de inserţie sunt doar unele din avantaje. Atenuatoarele mecanice

au dimensiuni mari, viteză mică şi timp de exploatare incert. De aceea,

atenuatoarele micro-electromecanice cu dimensiuni mici, viteze mari şi stabilitate

mecanică bună sunt superioare altor tipuri de atenuatoare, datorită performanţei,

caracteristicilor şi preţului jos, atunci cînd sunt fabricate într-o structură apropiată.

Tab.1. Unii parametri ai atenuatoarelor variabile

Tipul

atenuatoruluiSilicon Polimer LiNbO3 MEM Mecanice

Diapazonul

dinamic30 30 15,5 50 75

Consumul de

putere (mW)450 80 - 0,1 -

Pierderi

dependente de

polarizare (dB)

1 0,1 0 0-0,1 0,1

Diapazonul

lungimii de

undă

1530-

15601330-1360 1500-1580

1500-

16001300-1500

Sensibilitatea

la lungimea de

undă

0,8 0,3 - 0,2 0,45

Piederi de

inserare (dB)1,2 2 3 1 0,5

Viteza 0,4 1,15 - 0,003 -

9. Companiile care proiectează atenuatoare optice

24

9.1. Amphenol

Gama de produse a companiei Amphenol include atenuatoare fixe şi

variabile. Au fost dezvoltate cu succes 3 varietăţi de atenuatoare bazate pe

tehnologii diferite:

- atenuatoarele fixe în stil conector (absorbţia)

- atenuatoarele fixe in-line (împrăştierea)

- atenuatoarele variabile (spaţiul pînă la atenuator)

Folosirea cea mai raspindita a atenuatoarelor optice, fie fixe, fie variabile,

este în reţelele optice unde sunt utilizate amplificatoare dopate cu Erbium.

Atenuatoarele sunt folosite pentru a ajusta nivelul semnalului, astfel flexibilitatea

reţelei este în creştere şi oferă un control eficace al puterii optice.

9.1.1. Atenuatoare fixe in stil conector

Acest tip de atenuatoare se caracterizează prin dimensiuni compacte, oferind

valori ale atenuării 0-20dB. Este disponibil în industrie împreună cu conectorii de

tipul FC şi SC. Introducînd un astfel de atenuator se prezintă posibilitatea de a

regla transmisiunea semnalului, ceea ce majorează perioada de exploatare a

echipamentului costisitor şi, prin urmare, asigură o transmisiune a semnalului la un

nivel înalt.

Atenuatoarele respective utilizează tehnologia absorbţiei de lumină. Aceasta

elimină împrăştierea luminii în cămaşă care poate fi reflectată de la suprafaţa

conectorului. Lumina reflectată poate crea interferenţe, care la rîndul lor vor duce

la pierderi de inserţie ca urmare a modificării lungimii de undă. Tehnologia

absorbţiei de lumină s-a dovedit a fi cea mai adecvată tehnologie pentru un design

compact.

25

Fig.18. Atenuatoarele fixe în stil conector

Caracteristici:

- independente de lungimi de undă

- disponibile în configuraţii FC şi SC

- insensibile la polarizare

- design-ul compact se integrează în structurile existente

- disponibile la valori ale atenuării 0-20dB

- temperatura de operare -400 C... 800 C

- lungimi de undă de operare 1310/1550 nm (lungimea de undă

centrală)

- diapazonul lungimii de undă 1260...1360nm şi 1430...1580nm

- pierderi dependente de polarizare <0.2dB

Fig.19. Atenuator fix cu conector FC

26

Fig.20. Atenuator fix cu conector SC

9.1.2. Atenuatoarele fixe in-line

Atenuatoarele respective sunt disponibile la valori ale atenuării de 0-20dB şi

pot avea la capăt orice conector sau pot fi lăsate aşa.

Atenuatoarele fixe in-line sunt fabricate pe baza tehnologiei de împrăştiere a

luminii rezultată în urma unirii.

Lumina împrăştiată este difuzată cu 6” de la regiunea fuziunii astfel eliminîndu-se

efectul de interferenţă şi rezultînd o lungime de undă adaptată.

Caracteristici:

- performanţă de bandă largă

- stabilitate faţă de mediul înconjurător

- temperatura de operare -400 C... 750 C

- lungimi de undă de operare 1310nm, 1550 nm

Aplicaţii:

- reţele de telecomunicaţii

- reţele de arie locală şi de arie largă

- instrumente de testare şi măsurare

9.1.3. Atenuatoarele variabile

Atenuatoarele optice variabile sunt nişte dispozitive pasive care reduc

intensitatea semnalelor optice cu o mare precizie şi minimum de reflexie.

27

Atenuatoarele variabile sunt disponibile în modelul linear şi non-liniar. Nu prezintă

pierderi mari de inserţie datorită design-ului interior.

Atenuatoarele variabile sunt fabricate pe baza tehnologiei spaţiului pînă la

fibră, în cazul căreia, valoarea atenuării este manual ajustată prin modificarea

distanţei pînă la fibră. Absenţa adezivilor interni asigură o stabilitate a produsului

în timp, temperatură, umiditate şi vibraţii.

Caracteristici:

- pierderi de reflexie mici

- stabilitate faţă de mediul ambiant

Aplicaţii:

- reţelele de telefon şi de lungă distanţă

- aparate de testare şi măsurare

Fig.21. Atenuator variabil

9.2. Agilent

Compania Agilent oferă atenuatoare optice variabile, care permit de a fixa

factorul de atenuare şi/sau nivelul puterii, manual sau prin intermediul

calculatorului. Exactitatea lor combinată cu flexibilitate face aceste atenuatoare un

echipament de testat şi măsurat ideal pentru industria de telecomunicaţii moderne.

9.2.1. Atenuatoare optice variabile

Atenuatoarele Agilent 81570A şi 81578A sunt mici, dar foarte efective. Pot

lucra la valori înalte ale puterii de intrare. Combinate cu pierderile mici de inserţie,

sunt dispozitivele de testare a amplificatoarelor EDFA sau Raman. Diverse

trăsături de calibrare (marcare a nivelului) permit utilizatorului să-şi stabilească o

28

putere de referinţă. Valorile atenuării şi puterii pot fi apoi monitorizate pe o

interfaţă de către utilizator. Mai este integrat şi un întrerupător care poate fi folosit

în scopuri de protecţie.

Fig.22. Atenuator variabil Agilent

9.2.2. Atenuatoarele ce permit controlul puterii

Atenuatoarele Agilent 81576A şi 81577A includ posibilităţi de a controla

puterea care permite utilizatorului de a fixa nivelul puterii de ieşire. Dacă controlul

puterii este deconectat, atenuatorul automat corectează modificările puterii la

intrare pentru a menţine nivelul puterii de ieşire stabilite anterior de utilizator.

Caracteristici: Puteri de intrare înalte de pînă la 2 Watt; pierderi de inserţie

joase 0,7dB; diapazonul de lungimi de undă larg 1200nm – 1700 nm (SM),

700nm -1400nm (MM); opţiuni de control a puterii ce permit de a instala direct

nivelul puterii; întrerupător integrat; diverse tipuri de conectori

Aplicaţii: Testare BER (Bit Error Test); testarea sistemelor de transmisie

print-un singur canal; testarea amplificatoarelor optice EDFA şi Raman.

Tab.2. Caracteristicile pentru atenuatoarele variabile

Tipul atenuatorului 81570A 81571A

Conector Conector drept Conector sub unghi

Tipul fibrei 9/125 μm SM

29

Diapazonul lungimii de

undă1200-1700 nm

Diapazonul atenuării 0-60dB

Pierderile de inserare0,7 dB (fără conectori)

1,0 dB (cu conector)

Piederile dependente de

polarizare0,08dB (la 1550 nm + 15nm)

Pierderile de reflecţie 45dB(la1550nm + 15nm) 57dB(la1550nm + 15nm)

Dimensiuni 75mm x 32mm x 335mm

Greutate 0,9 kg

Temperatura de lucru 100 C - 450 C

Timpul de încălzire 30 minute

9.3.Model de atenuator optic tip Anritsu

9.3.1. Atenuator optic programabil

Atenuatorul MN938A atenuează puterea optică în intervalul de la 0-60 dB

cu pasul de 0,1 dB. Lucrează la 2 lungimi de undă - 850nm şi 1310nm. Este

disponibil pentru fibrele multimod (50/125 μm). Conţine un buton rotativ care

permite o stabilire exactă a nivelului de atenuare chiar şi în regim manual.

Fig.24. Atenuatorul optic programabil

9.3.2. Atenuatorul optic variabil

30

Atenuatorul MN95D trece semnalul optic emis de o sursă de lumină printr-o

fibră, apoi printr-o lentilă, pentru ca, în final, lumina să fie trecută printr-un filtru

care va reduce puterea luminii pînă la o valoare stabilită. Este folosit pentru

fereastra de transparenţă de 1310 nm. Acest tip de atenuator este destinat fibrelor

multimod (50/125 μm). Cu toate că este foarte compact şi uşor, atenuatorul

respectiv previne reflexiile multiple.

Atenuatorul MN924C şi MN9605C este un atenuator optic de o precizie

înaltă fabricat pentru folosirea cu fibrele monomod. Lucrează la lungimi de undă

de 1310nm şi 1550 nm. Asigură minimul de reflexie a luminii la intrarea şi ieşirea

în conectori. În cazul acestor atenuatori, conectorii sunt uşor ataşaţi sau

îndepărtaţi.

Concluzii

Efectuind aceasta lucrare,am executat o analiza amanuntita atenuatoarelor

optice. Incepind cu noţiunea de fibră optică, comunicaţii prin fibre optice, procesul

de atenuare, am ajuns treptat şi la dispozitivele pasive numite atenuatoare optice.

Importanţa acestora într-un sistem de transmisiuni optice s-a dovedit a fi enorma.

Dacă nu ar fi atenuatoarele optice, atunci semnalele nu ar fi putut fi adaptate la un

nivel solicitat al puterii. Puterea de intrare ar fi fost prea înaltă, ceea ce poate să

aducă prejudicii grave tuturor componentelor ale sistemului optic.Studiind diverse

cauze care condiţionează atenuarea,am observat anumite neajunsuri ale fibrelor

optice şi ale modalităţii de utilizare a acestora.

Citeva detalii mai putin importante pot afecta calitatea de transmisiune a

datelor astfel in rezultat poate duce la pierderea a puterii undei luminoase. Printre

acestea se enumeră: impurităţile din sticlă, neregularităţile de la capătul fibrei,

curbura ei şi altele . Firmele ce se ocupa cu fabricarea si vinzarea atenuatoarelor

optice se caracterizeaza prin expunerea la vinzare a unei largi game de atenuatoare

optice atit fixe cit si variabile de diferite marimi, valori ale atenuarii dar si pret.

Luînd in considerare toti parametrii atenuatoarelor optice prezentate pe piata

31

cumparatorul trebuie sa gaseasca acel produs care ar avea un pret mai mic, dar

performantele tehnice inalte .

Bibliografie

[1] http://www.lightwavestore.com/product_datasheet/FSC-DSF-SPOOL-

030C_pdf4.pdf

[2]http://www.cisco.com/en/US/tech/tk482/tk876/technologies_tech_note09186a0

08011b406.shtml

[3]http://www.ioffe.rssi.ru/journals/pjtf/2005/07/p45-51.pdf

[4]http://foptic.narod.ru/Testers.pdf

[5]http://www.adp.ru/OPTIC/CROSS/ATTENUAT/attenuat.htm

[6]http://www.qtech.ru/catalog/fiberopticcomp/68/info.htm#1

[7]http://www.kunegin.narod.ru/ref3/izmer/p02.htm

[8] http://searchnetworking.techtarget.com/definition/attenuation-to-crosstalk-ratio

32