Si alguna vez diseñó o instaló una red PON, un sistema de distribución CATV o un grifo de monitoreo de fibra, utilizó un acoplador de fibra óptica. Y si eligió la opción equivocada - relación de división incorrecta, tecnología incorrecta, ventana de longitud de onda incorrecta -, se enteró por las malas cuando los suscriptores al final de la línea no recibieron señal o sus lecturas de OTDR no tenían sentido.
Los acopladores de fibra óptica son dispositivos pasivos que dividen, combinan o redistribuyen señales ópticas. Suenan simples. El proceso de selección no lo es. Esta guía cubre cómo las dos principales tecnologías de fabricación realmente difieren en rendimiento, cómo calcular el presupuesto de pérdidas para su relación de división específica y cómo elegir el acoplador adecuado para FTTH, monitoreo de centros de datos, CATV y aplicaciones de prueba.
Qué hace realmente un acoplador de fibra óptica
Un acoplador de fibra óptica toma una señal óptica de una o más fibras de entrada y la distribuye a dos o más fibras de salida - o al revés. La señal permanece en el dominio óptico todo el tiempo. Sin conversión eléctrica. No se requiere fuente de energía. Por eso se les llama dispositivos pasivos.
El problema: dividir la luz significa dividir el poder. Cada vez que divides una señal, cada puerto de salida recibe menos energía que la entrada. Una división perfecta de 1×2 50/50 le da a cada salida exactamente la mitad de la potencia de entrada -, es decir, una pérdida mínima de 3,0 dB por puerto de salida, puramente por la física de la división de energía. Los dispositivos del mundo real-añaden una pequeña cantidad de exceso de pérdida además de ese mínimo teórico.
Esta pérdida es acumulativa. Una división de 1×4 cuesta al menos 6,0 dB. Un 1×8 cuesta 9,0 dB. Un 1×32 cuesta 15,0 dB. Comprender esto es la base de cada decisión de selección de acoplador. - si el presupuesto de su enlace no puede absorber la pérdida dividida, ningún acoplador en el mundo hará que la red funcione.
FBT versus PLC: las dos tecnologías que importan
Hay varias formas de fabricar acopladores de fibra óptica, pero en la práctica dominan dos tecnologías: FBT (Fused Biconical Taper) y PLC (Planar Lightwave Circuit).
Acopladores FBT
Los acopladores FBT se fabrican retorciendo dos o más fibras desnudas, luego calentando y estirando (fusionando y estrechando) la unión hasta que los núcleos de las fibras estén lo suficientemente cerca como para que la luz se acople entre ellos. La relación de división está controlada por la longitud y el grado del cono.
Fortalezas:
- Menor costo para un bajo número de puertos (1×2, 1×4, 2×2)
- Se puede ajustar a proporciones de división desiguales (p. ej., 10/90, 20/80, 30/70) de forma fácil y económica
- Buen rendimiento dentro de una ventana de longitud de onda estrecha
- Tamaño de paquete pequeño para divisiones simples
Limitaciones:
- La uniformidad se degrada a medida que aumenta el número de puertos - un FBT 1×8 tiene una distribución de energía notablemente desigual entre las salidas
- Pérdida dependiente de la longitud de onda-: el rendimiento a 1310 nm y 1550 nm puede diferir significativamente a menos que se especifique como ventana dual-
- Prácticamente limitado a 1×32 como máximo, con escasa uniformidad más allá de 1×8
- Cada etapa dividida adicional es una unión fusionada separada, lo que aumenta el exceso de pérdida acumulada.
Lo mejor para:Acopladores de grifo para monitoreo (90/10, 95/5), distribución CATV pequeña, acopladores bidireccionales 2×2, divisiones de bajo costo-sensibles-al costo.
Divisores PLC
Divisores PLCUtilice litografía de semiconductores para grabar circuitos de guías de ondas ópticas sobre un sustrato de vidrio de sílice. La división ocurre en un chip - piense en él como una pequeña placa de circuito óptico. Los conjuntos de fibras de entrada y salida están unidos al chip.
Fortalezas:
- Excelente uniformidad en todos los puertos de salida - un PLC 1×32 ofrece potencia casi idéntica a cada puerto
- Banda ancha por diseño: funciona entre 1260 y 1650 nm sin variación dependiente de la longitud de onda-
- Se escala de manera eficiente a un gran número de puertos (1×64, 2×64)
- Compacto para ratios de división altos - un PLC 1×32 es apenas más grande que un FBT 1×4
- Mejor estabilidad-a largo plazo y rendimiento de temperatura
Limitaciones:
- Costo más alto que FBT para un número bajo de puertos (1×2, 1×4)
- Menos flexible para relaciones de división desiguales personalizadas - la mayoría de los divisores PLC son iguales-sólo división
- Pérdida de inserción mínima ligeramente mayor en 1×2 en comparación con FBT (normalmente 3,8 dB frente a . 3.4 dB)
Lo mejor para:Implementaciones GPON/XGS-PON FTTH (1×8, 1×16, 1×32, 1×64), cualquier aplicación que requiera una distribución uniforme de energía, sistemas de banda ancha que transporten múltiples longitudes de onda.
La comparación
| Parámetro | Acoplador FBT | Divisor PLC |
|---|---|---|
| Tecnología | Cono de fibra fundida | Guía de ondas litográfica sobre chip de sílice |
| Prácticos puertos máx. | 1×32 (1×8 óptimo) | 1×64 (o 2×64) |
| Uniformidad (1×8) | Variación de ±1,0–2,0 dB | Variación de ±0,5 a 0,8 dB |
| Rango de longitud de onda | Ventana simple o doble (1310/1550 nm) | Banda ancha 1260–1650 nm |
| Proporciones de división desiguales | Fácil y barato (10/90, 20/80, etc.) | Orden difícil/personalizada |
| Temperatura de funcionamiento | -20 grados a +70 grados típicos | -40 grados a +85 grados típicos |
| Costo (1×2) | $ | $$ |
| Costo (1×32) | $$$ (FBT en cascada) | $$ (un solo chip) |
El punto de cruce es alrededor de 1×8. Por debajo de eso, FBT suele ser más barato. Por encima de eso, PLC gana tanto en uniformidad como en costo.
Razones de división y pérdida: las matemáticas que necesita
Cada acoplador/divisor tiene una pérdida de inserción mínima teórica determinada por la relación de división. Aquí está la tabla de referencia:
| Proporción de división | Pérdida mínima teórica | Pérdida típica de PLC | Pérdida típica de FBT |
|---|---|---|---|
| 1×2 | 3,0 dB | 3,2–3,8 dB | 3,2–3,6 dB |
| 1×4 | 6,0 dB | 6,5–7,2 dB | 6,5–7,5 dB |
| 1×8 | 9,0 dB | 9,5–10,5 dB | 10,0–12,0 dB |
| 1×16 | 12,0 dB | 12,5–13,5 dB | 13,5–16,0 dB |
| 1×32 | 15,0 dB | 15,5–17,0 dB | 17,0–21,0 dB |
| 1×64 | 18,0 dB | 18,5–21,0 dB | No práctico |
Observe cómo la pérdida de FBT difiere de la de PLC a medida que aumenta el número de puertos. A 1 × 32, un acoplador FBT puede ser entre 4 y 5 dB peor que un PLC -, esa es la diferencia entre un enlace FTTH en funcionamiento y uno inactivo.
Ejemplo del mundo real-: presupuesto de enlace GPON FTTH
Un sistema GPON estándar (ITU-T G.984) tiene un presupuesto óptico máximo de 28 dB entre la OLT y la ONT. Así es como se compara una implementación típica de 1×32:
| Componente | Pérdida |
|---|---|
| Divisor PLC (1×32) | 17,0 dB |
| Fibra alimentadora (10 km × 0,35 dB/km) | 3,5dB |
| Fibra de distribución (2 km × 0,35 dB/km) | 0,7dB |
| Conectores SC-APC(6 pares × 0,3 dB) | 1,8dB |
| Puntos de empalme (4 × 0,1 dB) | 0,4dB |
| Total | 23,4dB |
| Margen restante | 4,6 dB |
Ese margen de 4,6 dB tiene en cuenta el envejecimiento, la variación de temperatura y futuros empalmes. Si hubiera utilizado un acoplador FBT a 21 dB en lugar de un PLC a 17 dB, estaría a 27,4 dB - peligrosamente cerca del límite de 28 dB con solo un margen de 0,6 dB. Un conector sucio y estás fuera.
Es por eso que cada operador de FTTH utiliza divisores PLC para 1×16 y superiores. El presupuesto de pérdidas no perdona a FBT el exceso de pérdidas en caso de altos ratios de división.
Formas de acopladores y para qué se utilizan
Más allá de la tecnología y la relación de división, los acopladores vienen en diferentes configuraciones topológicas:
Acoplador Y (1×2):La división más simple. Una entrada, dos salidas. Se utiliza para tomas de señales, rutas de redundancia y monitoreo bidireccional. Disponible como FBT o PLC.
Acoplador en T (división desigual):Un 1×2 con distribución intencionadamente desigual - 90/10, 80/20, 70/30. Casi siempre FBT. Se utiliza para monitoreo de derivaciones donde desea muestrear una pequeña porción de la señal sin reducir significativamente la potencia de la ruta principal.
Acoplador X (2×2):Dos entradas, dos salidas. Funciona como divisor y combinador simultáneamente. Imprescindible para la comunicación bidireccional a través de una única fibra y para la construcción de sensores interferométricos. Siempre FBT.
Acoplador en estrella (N×N):Múltiples entradas, múltiples salidas con igual distribución. Se utiliza en topologías LAN heredadas y algunas redes de sensores. Menos común hoy.
Acoplador de árbol (1×N):Una entrada para muchas salidas. La configuración de caballo de batalla paraDivisores PLC en FTTH/PON - 1×8, 1×16, 1×32, 1×64.
Consejos de instalación y selección
Haga coincidir el tipo de conector con su red.La mayoría de los divisores FTTH terminan enConectores SC-APCpara una baja pérdida de retorno. Los grifos de monitoreo del centro de datos generalmente usan LC UPC. La distribución exterior utiliza divisores trenzados (fibra desnuda) para empalmes por fusión. Especifique el conector en el momento del pedido - campo-terminación del divisor PLCcoletasdesperdicia tiempo e introduce pérdidas adicionales.
No conecte en cascada divisores FBT cuando pueda usar un solo PLC.Hemos visto a instaladores construir una división de 1×16 conectando en cascada cuatro etapas de acopladores FBT de 1×2. Funciona en papel. En la práctica, el exceso de pérdida acumulada de cuatro uniones de empalme/conector más cuatro dispositivos FBT separados consume el presupuesto del enlace. Un único divisor PLC de 1×16 hace el mismo trabajo en un dispositivo con una pérdida total menor.
Elija divisiones desiguales para monitorear los grifos.Si está insertando una derivación de monitoreo permanente en una fibra activa para OTDR o monitoreo de energía, use un acoplador FBT 95/5 o 90/10. La ruta principal pierde sólo entre 0,2 y 0,5 dB, mientras que el puerto de derivación recibe suficiente señal para la medición. No utilice una división 50/50 para monitorear - cortaría la energía de la ruta principal a la mitad sin ningún motivo.
Verifique la compatibilidad de longitudes de onda.Si su sistema transmite 1310 nm, 1490 nm y 1550 nm simultáneamente (típico en GPON con superposición de video), use un divisor PLC de banda ancha, no un FBT de ventana única-. Los acopladores FBT de ventana única-pueden mostrar una pérdida adicional de 1 a 3 dB en longitudes de onda fuera de su ventana de diseño.
Prueba después de la instalación.Mida la pérdida de inserción en cada puerto divisor con un medidor de potencia óptica calibrado. Compare con la hoja de especificaciones del fabricante. Si algún puerto excede las especificaciones en más de 0,5 dB, verifique si hay conectores sucios o empalmes defectuosos antes de culpar al divisor.
Preguntas frecuentes
¿Cuál es la diferencia entre un acoplador, un divisor y un combinador?
Todos son subconjuntos de la misma familia de dispositivos. Un divisor tiene una entrada y múltiples salidas (1×N). Un combinador tiene múltiples entradas y una salida (N×1) - físicamente idénticas a un divisor usado a la inversa. Un acoplador es el término general que cubre cualquier configuración: 1×N, N×1, 2×2, N×N.
¿Puedo usar un acoplador multimodo en fibra monomodo-?
No. Los acopladores monomodo- y multimodo están diseñados para diferentes tamaños de núcleo (9 µm frente a . 50 µm). El uso de un acoplador multimodo en fibra monomodo-provoca un exceso de pérdida extremo porque la geometría de la guía de ondas no coincide. Siempre haga coincidir el acoplador con el tipo de fibra.
¿Cómo elijo entre FBT y PLC?
Para divisiones de 1×2 o 2×2, especialmente con proporciones desiguales, use FBT -, es más económico y funciona bien. Para 1×8 y superiores, o cualquier aplicación que requiera rendimiento de banda ancha (PON de múltiples longitudes de onda), utilice PLC. La uniformidad y las ventajas de pérdidas del PLC con un elevado número de puertos son decisivas.
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