![](https://habrastorage.org/webt/mf/um/2f/mfum2fvuo5vy7jvywcpojredfcu.jpeg)
Планарные делители PLC (Planar Lightwave Cirquit)
В прошлом обзоре процесс производства сварных делителей был показан чуть более чем полностью. Но есть и другой способ «разделить» поток света в волокне — планарные делители, иначе говоря, PLC (Planar Lightwave Cirquit). По идее, это далеко не новинка, хотя ранее из-за высокой цены PLC использовались лишь в наиболее дорогих, многоволоконных проектах. Однако прогресс не стоит на месте…
Естественно, что в каждом изделии есть свои достоинства и недостатки, и наука стремится свести второй аспект к минимуму. Так какие же недостатки сварных делителей побудили мир науки и техники к новым разработкам? Их не сложно назвать:
- во-первых, относительно высокий уровень вносимых потерь;
- во-вторых, снижение равномерности распределения оптической мощности по каналам в результате увеличения каскадов;
- в-третьих, потери на отражении, любая, даже идеальная сварка — потенциальная проблема.
Соответственно, избавлены от вышеперечисленных недостатков PLC. Но не только, есть еще несколько существенных достоинств:
- PLC работают в диапазоне длин волн 1260...1650нм.;
- Расширенный диапазон рабочих температур (-45....+85, у сварных: -40...+75С);
- Существенное уменьшение габаритов изделия.
Как и многие полупроводниковые изделия, данный продукт попал под критерий «цена — функция количества выпускаемой продукции». Таким образом, последние несколько лет стоимость подобных делителей существенно снизилась, встав практически на один уровень со сварными, а по позициям с большим коэффициентом деления (1х8, 1х16, 1х32, 1х64) стоимость PLC заметно ниже сварных.
Например, планарный делитель SNR-PLC-1x32-SC/APC стоит в районе $110, а его «сварной» аналог — SNR-CPC-1x32-SC/APC — целых $320. Впрочем, это не мешает не слишком грамотным закупщикам заказывать «привычное» — по едва ли не в три раза большей цене. На устройствах с меньшим коэффициентом деления разница, разумеется, меньше. Восьми канальные PLC стоят около 33 баксов против почти 80-ти за «сварные», а на двухканальный все вообще определяется ценой разъемов. Так что преимущества «сварных» остались лишь в гибкости управления коэффициентами деления мощности, но, во-первых, для передачи данных PON эта особенность малоприменима, во-вторых, и тут у PLC есть значительные подвижки.
Что касается технологии изготовления PLC делителей, то главным составляющим всего процесса является… полупроводниковый чип.
![](https://habrastorage.org/webt/kb/hc/e3/kbhce3l3nhw0_g0zzqgtjadltms.jpeg)
(Так выглядит система каналов под микроскопом)
Производство PLC чипов состоит из нескольких этапов. Первый заключается в нанесении на подложку отражающего слоя-оболочки, на который наносится материал волновода, который подвергается травлению. Результатом процесса травления является система каналов-волноводов, полностью отображающая схему деления. Следующая стадия — система планарных волноводов покрывается отражающим слоем-оболочкой. Необходимое количество разветвлений достигается делением основного входного оптического канала и последующих его ветвей.
![](https://habrastorage.org/webt/74/xu/xc/74xuxcmi7osj9_bzc152qi_7hzc.jpeg)
Как правило, производством подобных чипов занимаются специализированные предприятия (в мире их около пары десятков), которые делают только микрооптику. Все существующие заводы, выпускающие PLC-делители как конечную продукцию, покупают готовые чипы (в основном из Южной Кореи) и монтируют их в корпуса.
Если кого-то вопросы применения микрооптики интересуют более глубоко, то можно привести ссылки на патенты по различным способам их применения:
1. Optical module.
![](https://habrastorage.org/webt/pv/sv/nz/pvsvnzpqbtemgudageaf5g5fgpi.jpeg)
2. Two-dimensional microlens arrays in silica-onsilicon planar lightwave circuit technology.
3. Optical pulse compressor based on integrated planar lightwave circuit.
4. Planar lightwave circuit and tunable laser device having the same.
![](https://habrastorage.org/webt/yw/cn/mk/ywcnmktpkdkli_darh5ziaxkb8q.jpeg)
Изготовление делителя из чипа
1. Материалы
PLC чип:
![](https://habrastorage.org/webt/mt/wa/24/mtwa24krknljcl4kokmt2g2xysy.jpeg)
![](https://habrastorage.org/webt/hn/l2/ef/hnl2efkdfzd8adz9huu4t1aybhc.jpeg)
Под микроскопом PLC чип выглядит следующим образом:
![](https://habrastorage.org/webt/y0/zp/p-/y0zpp-mmodwxhekehrgbe82qmym.jpeg)
В двух проекциях вот так:
![](https://habrastorage.org/webt/uc/48/0s/uc480su7in24purelioys4sho48.jpeg)
Пигтейл с ribbon кабелем:
![](https://habrastorage.org/webt/kq/ma/dj/kqmadjfzn_ev-wko6lrdj60kqa4.jpeg)
![](https://habrastorage.org/webt/qu/ub/rz/quubrzznna6gncl6wxrsyvvywtc.jpeg)
Пигтейл с входным волокном:
![](https://habrastorage.org/webt/na/lc/5r/nalc5rzcwwshxovuh3kfacdxeni.jpeg)
Структурно это выглядит так:
![](https://habrastorage.org/webt/gu/m6/nh/gum6nhkkcoaipmxtgzr1lkqa_fm.jpeg)
Монтаж выглядит так:
![](https://habrastorage.org/webt/pm/z-/ea/pmz-eauwi7h09ardl2xdyvjiklm.jpeg)
![](https://habrastorage.org/webt/pf/si/gv/pfsigvlsl5z3tp3ifuellnou0q0.jpeg)
Специальная установка с камерами высокого увеличения. С ее помощью производят юстировку 3-х компонентов PLC делителя: PLC чипа и двух пигтейлов:
![](https://habrastorage.org/webt/au/e0/sh/aue0shinmtol75va3trqnxhtjxi.jpeg)
![](https://habrastorage.org/webt/uk/db/wa/ukdbwaj4ohkm8wds6phqxcm08js.jpeg)
![](https://habrastorage.org/webt/29/b6/tc/29b6tcr6ormco5lw8zhjpayrwhi.jpeg)
Вот так выглядят 2 стыка в 2-х плоскостях:
![](https://habrastorage.org/webt/jp/6o/hi/jp6ohiiy5q3dmn2mkkwq3e9ozry.jpeg)
![](https://habrastorage.org/webt/zm/rt/cp/zmrtcpqkvqncpvmd7cj9rhonlmy.jpeg)
Весь монтаж производится под контролем измерительного оборудования:
![](https://habrastorage.org/webt/0y/pk/me/0ypkmevm4djm5a_woiw9gg2ugkq.jpeg)
После юстировки производится склейка:
![](https://habrastorage.org/webt/cz/jg/sj/czjgsjtmuqxeywtbrcspcxczavg.jpeg)
После склейки заготовка готова. Ее необходимо смонтировать в металлический мини-корпус.
![](https://habrastorage.org/webt/8q/nb/4k/8qnb4kob1nf6j4nd5qstpx8k2gk.jpeg)
Происходит это так:
Надеваем резиновые прокладки на каждый из концов делителя.
![](https://habrastorage.org/webt/xi/sh/e9/xishe9jjmhi9ysbmxq8h8lnzdts.jpeg)
И помещаем в металлический корпус соответствующего размера.
![](https://habrastorage.org/webt/yi/ap/uq/yiapuqann47xtm4zora88argxxs.jpeg)
Закрепляем клеем.
![](https://habrastorage.org/webt/cc/4e/3-/cc4e3-_qpd20cwzsfyeyaa4az8q.jpeg)
И монтируем крышку (на которую предварительно лазером нанесен S/N).
![](https://habrastorage.org/webt/n2/_q/jz/n2_qjzllnqwyeson9j60gdzn6iq.jpeg)
Если делитель необходим оконцованный, то поступаем как в случае сварных делителей: приклеиваем и полируем коннекторы.
![](https://habrastorage.org/webt/ig/lc/fc/iglcfcn-qln7cdl2yy72dljcjqw.jpeg)
![](https://habrastorage.org/webt/r5/x9/tm/r5x9tm6nxfl9tk7ucysof50i1be.jpeg)
Как можно убедиться — просто чудо нано-технологии… Когда же Роснано начнет делать хотя бы это?
Сравнение PLC и сварных делителей
Общие оптические характеристики
Измерения проводились на сварных делителях 1х2, 1х8 и PLC 1х8 в диапазоне длин волн 1250-1650.
На рисунке 1 показаны вносимые потери (9,3dB) стандартного 1×8 PLC делителя. Также показаны максимальные вносимые потери (10,3dB) в том числе потери в области «водяного пика» в зоне от 1360 до 1460 нм, а также отличный показатель равномерности (uniformity), равный 1dB.
Учитывая то, что эталонные значения вносимых потерь и показателя равномерности составляют 9.8dB и 0,5dB можно с уверенностью утверждать, что PLC делители дают хорошие показатели принципиально важных физических параметров.
Ниже изображён результат исследования сварного делителя 1×2. Как видно на изображении уровень максимальных вносимых потерь здесь гораздо ниже (3,5dB), при этом значение показателя равномерности (uniformity) остаётся таким же (1,0dB). Но это делитель 1×2, а не 1×8.
Как было описано выше, для производства сварных делителей 1х4, 1х8 применяется каскадирование, которое непосредственно влияет на изменение оптических характеристик изделия. Итак, на 3-м участке показаны вносимые потери сварного делителя 1×8, максимальный уровень которых составляет 10.8dB, а показатель равномерности (uniformity) равен 3 дБ, что существенно отличается от показаний PLC делителя.
![](https://habrastorage.org/webt/7r/gf/9c/7rgf9catvo4ko5f3d9scedjyrgo.jpeg)
TDL (Зависимость вносимых потерь от изменения температуры)
В сварном делителе 1х2 этот параметр составляет ± 0,15dB в диапазоне температур от -5 до +75С, учитывая то, что мы сравниваем соотношения деления 1х8 и то, что сварной делитель 1х8 получается путём каскадирования делителей 1х2, необходимо умножить 0,15х3=0,45.
Диапазон рабочих температур PLC делителя от -40 до +85 оС. При работе в этом диапазоне коэффициент зависимости вносимых потерь от температуры составляет ± 0,25dB, при работе в диапазоне от -5 до +75 оС он составляет ±0,15dB.
PDL (Зависимость вносимых потерь от изменения поляризации)
В PLC делителях этот параметр составляет 0,2-0,3dB, причём также как и в случае с температурным коэффициентом эта величина не меняется в зависимости от сплит-соотношения 1х8, 1х16 и т.д.
В сварном делителе 1х8 зависимость вносимых потерь от поляризации равна 0,1-0,15dB вне зависимости от сплит-соотношения (1х4, 1х8...).
Надёжность
Риск выхода устройств из строя рассчитывается обычно из параметра, который носит название FIT (Failure In Time). Для сварного делителя этот параметр мал, но с увеличением соотношения деления растёт и количество каскадов, соответственно с каждым каскадом FIT будет увеличиваться каждый раз на величину нового каскада.
Что же касается делителей PLC, то для них существует всего 2 критичных параметра по надёжности — это точка входа и точка выхода.
Вместо эпилога
Наука и отраслевая индустрия не стоят на месте. В Южной Корее уже производят PLC-чипы с неравномерным коэффициентом деления. Так что, в ближайшем будущем следует ожидать появления 1x3, 1x7 и других PLC-делителей с разным соотношением деления по плечам. Видимо после этого, сварные (FBT) делители могут стать таким же архаизмом, как Token Ring, FDDI и т.д. и т.п.
![](https://habrastorage.org/webt/lw/z7/xc/lwz7xc8rxn4yj1vgfvr3nkxs5vu.png)