A acoplador de fibra ópticaé um componente óptico passivo que divide, combina, aproveita ou redistribui a luz entre as fibras ópticas. Em redes-do mundo real, os acopladores permitem que um sinal alcance muitos usuários, permitem que vários sinais compartilhem um caminho de fibra ou amostram uma pequena quantidade de luz para monitoramento. Eles são burros de carga silenciosos dentro de nós de acesso FTTH, data centers, configurações de teste, lasers de fibra e sistemas de sensores.
Antes de prosseguir, vale esclarecer uma confusão comum. Um acoplador não é o mesmo que umadaptador de fibra óptica. Um adaptador alinha mecanicamente dois conectores para que a luz possa passar; um acoplador altera ativamente a forma como a energia óptica é distribuída entre as portas.RP Fotônicadefine acopladores de fibra como dispositivos que acoplam a luz de uma ou várias fibras de entrada a uma ou várias fibras de saída, com uma distribuição de energia que pode depender do comprimento de onda e da polarização.
Este guia explica como funcionam os acopladores de fibra óptica, os principais tipos que você encontrará, as especificações que importam na hora da compra e como fazer uma seleção sensata para o seu projeto.
O que é um acoplador de fibra óptica?
Um acoplador de fibra óptica é um dispositivo óptico com uma ou mais portas de entrada e uma ou mais portas de saída. Dependendo do design, ele pode fazer várias coisas ao mesmo tempo:
- Divida um sinal de entrada em duas ou mais saídas
- Combine múltiplas entradas em uma fibra de saída
- Aproveite uma pequena porcentagem de energia para monitoramento ou teste
- Distribua sinais ópticos por muitas portas em um padrão de estrela ou árvore
- Combine ou separe comprimentos de onda em sistemas CWDM ou DWDM
Por exemplo, um acoplador 1x2 possui uma entrada e duas saídas. Um acoplador 2x2 possui duas entradas e duas saídas e pode atuar como divisor ou combinador dependendo da direção da luz.
Nas discussões sobre redes de telecomunicações e dados, os termosacoplador de fibra óptica, divisor óptico, ecombinador ópticomuitas vezes se sobrepõem. Um divisor é essencialmente um acoplador usado na direção de divisão, enquanto um combinador é o mesmo dispositivo usado na direção de combinação. Se você estiver adquirindo componentes, os nomes na folha de dados geralmente dependem de como o dispositivo será implantado.
Como funciona um acoplador de fibra óptica?
Um acoplador funciona transferindo energia óptica entre caminhos de fibra. O mecanismo exato depende da abordagem de fabricação.
Em um acoplador cônico bicônico fundido (FBT), duas ou mais fibras são aquecidas, puxadas e fundidas para que seus núcleos se aproximem o suficiente para que a luz vaze de um núcleo para outro ao longo de um comprimento controlado.RP Fotônicaexplica que os acopladores fundidos são feitos afilando termicamente e fundindo fibras para que seus núcleos sejam colocados em contato óptico próximo.
Em um divisor de circuito de ondas luminosas planar (PLC), a luz é guiada através de um circuito de guia de ondas fabricado em um substrato de sílica ou polímero. Essa é a abordagem dominante para divisores de alta contagem de-portas-porque a geometria do guia de ondas é altamente repetível.
Divisão de potência óptica
Quando um acoplador divide a luz, a potência óptica de entrada é dividida entre as portas de saída. Em um acoplador 1x2 50/50 ideal, cada saída recebe metade da potência de entrada. Em termos de decibéis, isso significa aproximadamente 3 dB de perda teórica por saída antes que qualquer perda-no mundo real seja adicionada. OAssociação de Fibra Óptica (FOA)observa que a divisão introduz 3 dB adicionais de perda para cada duplicação da contagem de divisão, além de uma pequena perda excessiva da estrutura do acoplador.
Combinando Sinais Ópticos
Muitos acopladores são bidirecionais. Um dispositivo que divide a energia em uma direção também pode combinar a energia na direção inversa. Em uma rede óptica passiva (PON), o tráfego downstream da OLT é dividido para muitos usuários, enquanto os sinais upstream desses usuários são combinados de volta para a OLT por meio do mesmo divisor passivo.
Por que os acopladores sempre apresentam perdas
A perda em um acoplador de fibra óptica vem de diversas fontes trabalhando juntas:
- Perda dividida teórica (a parcela inevitável do poder)
- Perda excessiva da própria estrutura do acoplador
- Perda de conector e emenda nas portas de entrada e saída
- Incompatibilidade de comprimento de onda entre o dispositivo e o comprimento de onda do sistema
- Perda-dependente de polarização (PDL)
- Distribuição de energia não{0}}uniforme entre portas de saída
É por isso que selecionar um acoplador nunca se trata apenas da contagem de portas. O orçamento de perdas, a faixa de comprimento de onda, a taxa de divisão e o ambiente precisam ser verificados em conjunto.
Principais tipos de acopladores de fibra óptica
Os acopladores podem ser classificados de diversas maneiras úteis. A classificação correta depende se você está projetando uma rede, adquirindo componentes ou solucionando problemas em um link.
Por função: divisor, combinador, tap e acoplador WDM
Umdivisor ópticodivide uma entrada em múltiplas saídas (1x2, 1x4, 1x8, 1x16, 1x32, 1x64). UMcombinadormescla múltiplas entradas em uma única saída. UMacoplador de torneiraenvia a maior parte da potência óptica através do caminho principal e desvia uma pequena fração (as proporções típicas são 90/10, 95/5 e 99/1) para uma porta de monitoramento. UMAcoplador WDMcombina ou separa sinais com base no comprimento de onda, muito usado emCWDM e DWDMsistemas.
Por configuração de porta: 1x2, 2x2, 1xN e acopladores em estrela
A acoplador de fibra óptica 1x2tem uma entrada e duas saídas e é o bloco de construção mais comum para divisão ou rosqueamento simples. UMAcoplador 2x2com duas entradas e duas saídas é amplamente utilizado em sistemas bidirecionais, interferômetros e configurações de teste. UMDivisor 1xNatende PON, FTTH, CATV e redes de distribuição. UmAcoplador estrela NxNdistribui energia óptica por vários caminhos de entrada e saída simultaneamente.
Por formato: acopladores Y, T, X, estrela e árvore
O acoplador AY divide uma entrada em duas saídas balanceadas. O acoplador AT geralmente tem uma proporção desigual, como 90/10 ou 80/20, e é adequado para monitoramento de sinal. Um acoplador X normalmente é um dispositivo 2x2. Um acoplador estrela distribui energia entre múltiplas entradas e saídas. Um acoplador de árvore divide uma entrada em muitas saídas em uma estrutura ramificada e é a escolha padrão para redes PON e FTTx.
Por método de fabricação: FBT x PLC x micro{0}}óptica
UmAcoplador FBT(conicidade bicônica fundida) é feita pela fusão e afunilamento das fibras. Ele é adequado para pequenas contagens de divisão, proporções de divisão personalizadas e projetos-sensíveis a custos. UMDivisor CLPusa um chip de guia de onda, que oferece melhor uniformidade de comprimento de onda e tolerâncias mais rígidas em contagens de portas altas. Os acopladores micro{1}}óticos usam lentes, prismas, espelhos ou filtros de filme-fino e tendem a aparecer em instrumentos ópticos especializados, em vez de cabeamento de telecomunicações.
Acoplador FBT vs Divisor PLC: Qual você deve escolher?
A questão FBT versus PLC surge em quase todos os pedidos de compra de acopladores. A resposta honesta é que nenhum deles é universalmente melhor; eles têm pontos ideais diferentes.
Os acopladores FBT brilham quando o projeto exige uma contagem de divisão baixa (normalmente 1x2 a 1x8), uma proporção de divisão personalizada (como 80/20, 90/10 ou 95/5) ou uma aplicação de{10}comprimento de onda único. Eles geralmente são mais baratos para essas construções mais simples. Os divisores PLC são a aposta mais segura sempre que você precisar de desempenho consistente em contagens de portas mais altas (1x8 e acima), operação em amplo comprimento de onda entre 1260–1650 nm ou comportamento estável em uma ampla faixa de temperatura. Mais modernodivisores de fibra ópticaimplantados em redes FTTH e PON são baseados em PLC-exatamente por esse motivo.
Na prática, o FBT é a escolha certa para monitorar taps e proporções personalizadas, enquanto o PLC é o padrão para distribuição FTTH, LAN óptica passiva e qualquer requisito de alta-uniformidade.
Especificações principais: taxa de divisão, perda de inserção e comprimento de onda
Razão de divisão ou relação de acoplamento
A proporção de divisão descreve como o poder é dividido. Um acoplador 50/50 divide a energia uniformemente. Um tap 90/10 envia 90% pelo caminho principal e 10% para a porta de monitoramento. Para monitoramento, normalmente você deseja remover apenas uma pequena fatia de luz; para distribuição, você normalmente deseja uma divisão igual.
Perda de inserção e perda em excesso
A perda de inserção é a potência óptica total perdida quando o acoplador é colocado no link. Inclui a perda teórica dividida e a perda excessiva do próprio dispositivo. Um divisor 1x2 50/50 tem uma perda de divisão teórica de 3 dB, mas as planilhas de dados reais geralmente mostram uma perda de inserção típica de cerca de 3,4–3,8 dB, uma vez que a perda excessiva e a perda do conector são adicionadas. A perda excessiva é a perda adicional além da perda dividida inevitável; um número menor significa um acoplador-melhor construído.
Uniformidade, perda de retorno e diretividade
A uniformidade descreve como a energia é distribuída uniformemente pelas portas de saída e se torna crítica em divisões 1x8, 1x16, 1x32 e 1x64. As medidas de perda de retorno refletiram a luz viajando de volta em direção à fonte. A diretividade indica quão bem o dispositivo evita que a energia vaze para a porta errada. Esses três são mais importantes em sistemas DWDM, ambientes de teste OTDR, lasers de fibra e qualquer link onde reflexões dispersas prejudiquem o desempenho.
Comprimento de onda operacional e largura de banda
O acoplador deve corresponder ao comprimento de onda do seu sistema. Os sistemas de telecomunicações geralmente usam janelas de 1310 nm, 1490 nm e 1550 nm; As redes PON adicionam 1577 nm e 1490 nm com base noUIT-T G.984e especificações G.987. Alguns acopladores são projetados apenas para janelas estreitas, enquanto os divisores PLC de banda larga cobrem 1260–1650 nm.
Tipo de fibra, conector e pacote
Confirme se o acoplador é compatível com fibra-monomodo ou multimodo e verifique-o tipo e o polimento do conector. Comumconector de fibra ópticaas opções incluem LC, SC, FC, ST e MTP/MPO, com polimento UPC ou APC. O APC é preferido onde quer que a reflexão traseira seja importante, especialmente em sistemas PON e de vídeo analógico. O empacotamento mecânico também é importante: fibra nua, minimódulo sem bloco, caixa ABS, cassete LGX, gabinete-para montagem em rack e fechamento externo IP68 atendem a diferentes cenários de implantação.
Aplicações comuns de acopladores de fibra óptica
PON, FTTH e LAN óptica passiva
As redes PON usam divisores 1xN para conectar uma porta OLT a vários ONTs. O tráfego downstream é distribuído aos usuários; o tráfego upstream é combinado de volta. O mesmo dispositivo passivo lida com ambas as direções. LANs ópticas passivas usam a mesma arquitetura em ambientes de escritório e campus. A FOA observa que uma única porta OLT pode atender até 32 (e às vezes 64 ou 128) dispositivos por meio de divisores em cascata, dependendo do orçamento de energia óptica.
Pontos de monitoramento e teste
Os acopladores de derivação coletam uma pequena fração da luz sem quebrar o link principal. Para um link de modo-único ativo, um tap 99/1 ou 95/5 é muito mais apropriado do que um divisor 50/50, o que consumiria muito orçamento no caminho principal.
Sistemas WDM e DWDM
Os acopladores WDM combinam ou separam sinais em diferentes comprimentos de onda. Eles são essenciais em telecomunicações-de longa distância, amplificadores de fibra (EDFAs) e qualquer sistema em que vários canais ópticos compartilhem uma fibra. CWDM usa uma grade de 20 nm; O DWDM usa uma grade de 100 GHz ou 50 GHz que exige tolerância de comprimento de onda mais rígida de cada componente.
Sistemas de laboratório, sensor e laser
Os acopladores de fibra também aparecem em interferômetros, sistemas OCT, sensores de fibra e lasers de fibra de alta{0}}potência. Nessas aplicações, o comportamento da polarização e a perda de retorno geralmente são mais importantes do que o custo bruto.
Referência rápida do aplicativo-para{1}}acoplador
Para tornar a seleção mais concreta, veja como os aplicativos normalmente mapeiam os tipos de acopladores na prática. ParaDistribuição FTTH e PON, a resposta padrão é umaDivisor PLC em caixa ABS ou cassete LGXcom portas 1x8, 1x16 ou 1x32. Paramonitoramento de link ao vivo, escolha um acoplador de derivação FBT 99/1 ou 95/5 com conectores APC. ParaConfigurações de teste bidirecionais de 2 canais, um acoplador FBT 2x2 50/50 geralmente é suficiente. ParaAgregação de canais CWDM/DWDM, é necessário um acoplador WDM de filme-fino ou mux/demux{1}}baseado em AWG. Parabomba de laser de fibra combinando, é necessário um acoplador de fibra-de manutenção ou especial-de polarização em vez de um dispositivo de telecomunicações genérico.
Como escolher o acoplador de fibra óptica certo
Use o seguinte fluxo de trabalho antes de fazer um pedido.
- Defina a função.Decida se você precisa dividir, combinar, tocar ou multiplexar-comprimento de onda.
- Escolha a configuração da porta.Selecione 1x2, 2x2, 1x8, 1x16, 1x32, 1x64 ou NxN com base no número de pontos de extremidade.
- Confirme a proporção de divisão.Use 50/50 para divisão igual, 90/10 ou superior para monitoramento e 1xN uniforme para distribuição.
- Verifique a faixa de comprimento de onda.Combine a largura de banda do acoplador com o seu sistema, incluindo quaisquer comprimentos de onda de atualização futura.
- Calcule o orçamento de perdas.Adicione atenuação da fibra + perda do conector + perda de emenda + perda de inserção do acoplador + margem de segurança (normalmente 3 dB).
- Combine a fibra e o conector.Confirme o modo-único (G.652D ou G.657) versus multimodo (OM3/OM4/OM5), tipo de conector e polimento.
- Planeje o ambiente de instalação.Armários internos, fechamentos externos, racks de data center e bancadas de laboratório precisam de embalagens diferentes.
Um exemplo simples de orçamento para perdas
Suponha que você esteja projetando um link divisor PLC 1x16 para FTTH com 2 km de modo-únicocabo de fibra óptica, quatro pares de conectores LC/UPC e uma emenda de fusão. Uma estimativa razoável seria: 13,5 dB (perda de inserção típica de PLC 1x16) + 0.6 dB (2 km × 0,3 dB/km em 1310 nm) + 1.2 dB (4 conectores × 0,3 dB) + 0.1 dB (uma emenda) + 3 dB (margem) ≈ 18,4 dB no total. Se o seu orçamento de energia OLT/ONT for Classe B+ (28 dB), você terá um headroom confortável; se fosse mais apertado, você precisaria reduzir as emendas, encurtar o trecho ou diminuir para uma divisão de 1x8.
Erros comuns a evitar
O primeiro e mais comum erro é tratar um acoplador como um simples adaptador. Os dois são dispositivos não relacionados com trabalhos diferentes. A segunda é ignorar a perda de inserção e empilhar muitas divisões em um único link até que o receptor fique sem energia. A terceira é escolher o FBT para uma implantação FTTH 1x32 onde o PLC seria muito mais uniforme e estável. A quarta é usar um acoplador projetado para uma janela de comprimento de onda em outro comprimento de onda, o que pode produzir perdas-no mundo real muito diferentes. A quinta é misturar conectores UPC e APC sem pensar nas consequências da reflexão.
Perguntas frequentes sobre acopladores de fibra óptica
Qual é a diferença entre um acoplador de fibra óptica e um divisor?
Um divisor é um acoplador usado para dividir uma entrada em múltiplas saídas. O termoacopladoré mais amplo porque também abrange combinadores, taps e multiplexadores de comprimento de onda.
Um acoplador de fibra óptica é passivo ou ativo?
Quase todos os acopladores de telecomunicações e cabeamento são passivos e não requerem energia elétrica. Apenas dispositivos especializados, como amplificadores ópticos e interruptores ópticos, são considerados ativos.
O que significa 1x2 em um acoplador de fibra óptica?
Um acoplador 1x2 possui uma porta de entrada e duas portas de saída. É a configuração mais simples de divisor ou tap.
O que significa 2x2 em um acoplador de fibra óptica?
Um acoplador 2x2 possui duas entradas e duas saídas e pode atuar como um divisor ou combinador dependendo da direção do sinal. É comum em interferômetros e configurações de teste bidirecionais.
Como escolho uma relação de divisão para um acoplador de derivação?
Para a maioria dos monitoramentos-de links ao vivo, um tap 99/1 ou 95/5 é a escolha certa porque remove apenas uma pequena fatia da energia óptica do caminho principal. Uma derivação 90/10 é apropriada quando o receptor de monitoramento é menos sensível. Uma divisão 50/50 raramente é a resposta correta para monitoramento.
Qual é a perda de inserção típica de um divisor PLC 1x32?
A maioria das planilhas de dados comerciais do divisor PLC 1x32 listam a perda de inserção típica entre 16,5 e 17,5 dB, incluindo a divisão teórica de 15 dB mais 1,5–2,5 dB de excesso e perda do conector. Verifique sempre a ficha técnica específica do modelo que você está comprando.
Posso usar um acoplador-modo único com fibra multimodo?
Geralmente não. Os acopladores-de modo único são projetados em torno de um núcleo de 9 µm; a fibra multimodo tem um núcleo de 50 ou 62,5 µm. A mistura dos dois causa incompatibilidade de campo-de modo significativa e alta perda de acoplamento. Use um acoplador que corresponda ao seumultimodooumodo único-tipo de fibra.
Os acopladores de fibra óptica são bidirecionais?
A maioria dos acopladores passivos são bidirecionais. O mesmo dispositivo usado para dividir a luz downstream pode combinar a luz upstream quando usado na direção oposta, que é exatamente como as redes PON operam.
Qual é a diferença entre um acoplador WDM e um acoplador óptico padrão?
Um acoplador padrão distribui energia sem distinguir comprimentos de onda. UMAcoplador WDMusa filtros de filme fino-ou tecnologia AWG para separar ou combinar comprimentos de onda específicos, o que é essencial para sistemas CWDM e DWDM.
Que tipo de conector devo escolher para um acoplador de fibra óptica?
LC e SC são os mais comuns em implantações modernas de acesso e data center. O polimento APC é preferido onde quer que a reflexão traseira seja importante, como PON, RFoG e vídeo analógico. Combine o polimento em ambas as extremidades do elo; misturar UPC e APC degradará o desempenho.
Conclusão
Um acoplador de fibra óptica é um componente aparentemente simples que sustenta silenciosamente quase todas as redes ópticas modernas. Escolher o caminho certo é um equilíbrio entre contagem de portas, taxa de divisão, faixa de comprimento de onda, perda de inserção, tipo de fibra, conector e o ambiente onde ele irá residir. Para um único tap de monitoramento ou uma taxa de divisão personalizada, um acoplador FBT geralmente é a resposta mais econômica. Para FTTH, PON, LAN óptica passiva ou qualquer distribuição de alto número de-portas-, um divisor PLC é a escolha mais segura-de longo prazo. O melhor acoplador é sempre aquele que atende ao orçamento de potência óptica e aos requisitos de confiabilidade da rede que atende, e não simplesmente aquele com o menor preço unitário.
