Шпоры по мультиплексорам. шпоры Шарангович1. 1. История развития многоволновых восп и устройств волнового уплотнения wdm. Мировой
 Скачать 1.86 Mb.
|
|
37. Принципиальная схема и основные характеристики волноводной оптической системы спектрального мультиплексирования/демультиплексирования на основе анализатора спектра типа эшелона Майкельсона Принципиальные схемы и основные характеристики ВСМ/Д. В основе ВСМ/Д лежит известный объемный ана- лизатор спектра типа эшелона Майкельсона, представляющий собой фазовую решетку со сравнительно небольшим числом интерферирующих лучей и большой постоянной разностью фаз между соседними лучами. Его волноводное воплощение получило ряд названий (ВСМ/Д, волноводный спектральный анализатор (ВСА), спектральный мультиплексор на основе матрицы сфазированных волноводов (фазар) и др.). По сути, все названия относятся к одному и тому же устройству.Основные характеристики ВСМ/Д и ВСА в связи с принципом обратимости хода лучей, практически одинаковы, а вывод формул можно провести по аналогии с выводом для объемного эшелона Майкельсона, с учетом того, что лучи света распространяются по планарным (канальным) волноводам или волоконным световодам. Для волноводных мультиплексоров на основе канальных волноводов и волоконных световодов (рис. 2.1.б и 2.1.в) разность эффективных показателей в приведенных формулах должна быть заменена на значение эффективного показателя преломления соответствующих волноводов. При этом для ВСА отражательного типа необходимо учесть удвоение оптического пути в диспергирующей структуре, т. е. эффективных показателей должна быть заменена на 2 эффективных показателей. Во всех перечисленных случаях дисперсионный множитель оказывается более сложным, чем для объемного эшелона Майкельсона, ввиду волноводного распространения излучения. Схемы, могут быть выполнены в гибридном или волноводном варианте. В первом случае ввод оптических сигналов ( n ) в несущий волновод и далее в диспергирующую систему осуществляется с помощью линзы и призмы связи или непосредственно от ВС с помощью волноводной линзы. На выходе диспергирующей системы в фокальной плоскости выходной линзы наблюдается спектр принимаемых сигналов. На основе теоретических исследований были изготовлены соответствующие макеты с заданными расчетными параметрами и получены согласующиеся результаты. В частности, на волоконном спектроанализаторе (рис.2.1.в) с разрешением 10 6 было продемонстрировано разрешение продольных мод He-Ne лазера, отстоящих друг от друга на 0,08А. Перспективным направлением в развитии ВСМ является объединение дис- персионного и фокусирующего элементов. Впервые такое объединение было предложено и осуществлено путем создания квадратичного фазового распределения на выходе диспергирующей системы, получаемого в результате небольшого изменения длин оптических каналов диспергирующей системы. Фокусировка наблюдалась в планарном волноводе в фокальной плоскости фокусирующей системы. Сейчас описанная схема с незначительными изменениями используется в большинстве работ, по- священных ВСМ/Д. В подобной схеме вход и выход диспергирующей системы связаны с помощью двух звездных соединителей и волноведущих пластин, выполняющих роль фокусирующих элементов (рис. 2.2). Оптические сигналы на фиксированных длинах волн ( n ) поступают с волоконного световода на вход одного из звездных соединителей, проходят по планарному волноводу и возбуждают канальные волноводы диспергирующей системы. Последние имеют постоянную разность оптического пути между соседними каналами. Во втором звездном соединителе оптические сигналы разделяются пространственно по длинам волн ( n ) и фокусируются на торцы выходных ВС. Таким образом, происходит демультиплексирование входных оптических сигналов. При обратном ходе лучей схема работает как мультиплексор. Идея разделения каналов с помощью системы фазированных канальных волноводов, формирующих эшелон Майкельсона (рис. 1.19), которая в зарубежной литературе называется упорядоченной волноводной решеткой (AWG — Arrayed Waiveguide Grating). Устройство спектрального разделения на основе AWG состоит из следующих составных элементов: входного магистрального световода; входной фокусирующей системы (объединителя каналов); фазированной (упорядоченной) волноводной решетки; выходной фокусирующей системы (пространственного делителя каналов); отводящих волноводов спектрально разделенных каналов; выходных волноводов. Все устройство выполнено по планарной интегрально-оптической технологии на кремниевой подложке и снабжено устройством стыковки с отводящими волоконными световодами или линейкой фотоприемников. Особенностью такого устройства спектрального разуплотнения каналов является его работа в одномодовом режиме, то есть все канальные волноводы должны поддерживать только одну продольную оптическую моду. а) б) в) n Полуволновая пластина Волновая матрица Первая пластина Вторая пластина Si - подложка Входные волноводы Выходные волноводы 38. Принципиальная схема и основные характеристики волноводной оптической системы спектрального мультиплексирования/демультиплексирования на основе матрицы сфазированных волноводов (фазар). Перспективы широкого практического применения МД/О привлекли исследователей к разработке средств проекти- рования сложных фотонных интегральных цепей. Для четырехканального МД/О был предложен метод иницииро- вания проекта на символическом уровне, а также моделирование (начиная с этого уровня) и создание маски макета. Использованная система автоматического проектирования базировалась на известной специализированной системе проектирования для СВЧ- диапазона. Моделирование фазара выполнялось в два этапа: сначала создавалась геометрия фазара с желаемой спецификацией, в которую включалось определенное число входных и выходных портов, центральная длина волны и спектральный интервал между каналами, затем моде- лировалось распространение волн через фазар. Проект геометрии фазара имел два звездных соединителя, связанных матрицей прямолинейных и изогнутых волноводов. Фазар с N входными и М выходными волноводами описан с помощью (N +M) х (N + M) S-матрицы. Элементы матрицы S iJ вычислялись следующим образом. Сначала определялось поле, излучаемое из порта i, и коэффициенты связи с каждым волноводом матрицы. Затем вычислялось распространение волн в каждом волноводе с учетом потерь на переходах и излучение в изогнутых волноводах. Наконец, с помощью того же метода, что и для входных портов, определялись коэффициенты связи между каждым волноводом матрицы и выходным волноводом j. Пример символического представления матрицы фазара 6 х 6 вместе с маской схемы показан на рис. 2.14. На следующей стадии проектировалась модель МД/О, состоящ его из фазара 6 х 6 и обратны х волново дных петель. В траектории петель включены переключатели типа интерферометров Маха-Цандера, которые открывают и закрывают петли. Символическое представление МД/О приведено на рис 2.15. Четырехканальный МД/О с кон- струкцией, идентичной рассчитанному проекту, был реализован на основе InP. Сравнение результатов моделирования и измерений показало сдвиг максимума полосы пропускания отдельного канала на 9 нм. Главным образом это было следствием различия между спроектированной и изготовленной волноводными структурами. Потери составили 7 … 9 дБ, остаточный сигнал в полосе соседнего сигнала оказался примерно па 30 дБ ниже исходного сигнала. Эти значения находятся в хорошем согласии с рассчитанными. 39. Особенности тестирования систем со спектральным уплотнением. Основные параметры сигналов и компонентов. Требования к измерительному оборудованию Для тщательного исследования возможных компромиссов, необходимых для достижения оптимальной работы сети на последних стадиях интеграции системы, должны использоваться усовершенствованные процедуры тестирования, так как переход от систем с одной длиной волны к системе с несколькими длинами волн приводит к появлению ряда проблем измерений, связанных, в частности, с необходимостью: 1. обеспечения очень широкого динамического диапазона измерительных приборов из-за наличия перекрестных помех между каналами, ко торые возникают вследствие нелинейных свойств волокна, недостаточного подавления демультиплексором смежных каналов и зависимости потерь оптических компонентов от длины волны; увеличения точности контроля старения лазера, потому что точ- ность менее 0.01 нм при разрешающей способности 0.001 нм, достаточная для одноволновых систем, в которых абсолютная длина волны лазера и связанных с ним компонентов не является критической, для измерения длины волны лазеров WDM систем оказывается недостаточной; мониторинга длины волны, мощности канала и отношения сиг- нал/шум для управления сетью, так как в WDM системах — в отличие от одноволновых систем, в которых для обнаружения неисправности требуются только измерения мощности в различных точках сети, — простое измерение мощности недостаточно, а необходимы спектральные измерения каждого канала. В связи с этим рассмотрим физический уровень WDM оптической сети с позиций влияния различных факторов на качество передачи, определим границы допустимых значений, степень их влияния и найдем оптимальные соотношения между различными параметрами волоконно-оптической WDM системы. |