Оптоволоконные линии связи

остаточную деформацию и компенсирует волноводное двулучепреломление.

Преимущество этого метода состоит в том, что при его использовании

избыточные потери вследствие введения пленочной волноводной вставки могут

быть уменьшены до 0.4 дБ. Таким образом, предлагаемые методы могут

обеспечить практическую реализацию ВСМ/Д с поляризационной независимостью

и низкими вводимыми потерями.

2 Реализация ВСМ/Д.

Исходя из перспектив использования ВСМ применительно к связи особую

значимость приобретают такие характеристики, как затухание оптических

сигналов в процессе прохождения через мультиплексор, максимальное

количество каналов, плоскость амплитудно-частотной характеристики

мультиплексора по каналам во всей полосе длин волн (частот) мультиплексора

и в пределах отдельного канала, перекрестные помехи, независимость от

поляризации и, наконец, стоимость устройства. Рассмотрим некоторые

варианты реализации ВСМ.

Волноводные спектральные мультиплексоры/демультиплексоры (ВСМ/Д) на

SiO2. Важное значение для использования мультиплексоров имеют потери в

устройствах, которые включают потери в прямолинейных волноводах, на

изгибах, в звездных соединителях, при стыковке планарных волноводов с

канальными волноводами и с волоконными световодами. Объединяя все потери,

принято иметь в виду потери "на кристалле", т.е. в волноводной схеме, и

потери при передаче волокно-волокно. В последнем случае включаются потери

на стыковку входного ВС с планарным волноводом звездного соединителя и

потери при вводе излучения из второго звездного соединителя в выходные ВС

(см. рис. 2.2).

Потери в волноводах и при изгибе канальных волноводов можно свести к

минимуму путем выбора соответствующих материалов волноводов, их параметров

и достаточно большого радиуса кривизны. Потери при соединении канальных

волноводов с планарными волноводами звездных соединителей могут быть

значительными. Для их уменьшения предложено использовать рупоры,

сужающиеся волноводы, изменять расстояния между выходными концами

канальных волноводов и т. п. Для волноводной системы SiO2/Si потери при

передаче волокно - волокно составили 2,3 ... 2,8 дБ. При этом потери на

кристалле соответствуют 1,7 дБ.

Систематическое изучение потерь в ВСМ было проведено с помощью

программы, учитывающей распространение излучения в трехмерном

пространстве. В частности, было изучено влияние различных параметров [pic]

канальных волноводов (толщина пластины, ширина волновода, высота гребня и

др.) на потери при передаче мощности из канальных волноводов в область

звездного соединителя. Область перехода канальных волноводов к звездному

соединителю и их поперечное сечение показаны на рис. 2.3, 2.4.

Поля в этих волноводах могут быть связаны с полем на другой стороне

звездного соединителя с помощью преобразования Фурье. Поскольку все каналы

фокусируются в точке на другой стороне звездного соединителя и поскольку

каналы образуют периодическую матрицу, нужно только смоделировать поле,

исходящее из отдельного канала. Поля, которые образуются в результате

возбуждения другими каналами, получаются путем суперпозиции. При

вычислении полей рассматривается распространение света от одиночного

волноводного канала до конца матрицы, затем вычисляется перекрытие полей с

модами волноведущей пластины, чтобы определить поля, принимаемые с помощью

звездного соединителя, и после этого производится быстрое преобразование

Фурье. В результате получается поле на другом конце звездного соединителя.

Изучение потерь показало, что для получения максимального коэффициента

передачи через звездный соединитель следует использовать толстые

волноводные слои, малую разность показателей преломления волноводного слоя

и подложки, короткие гребневые волноводы и большие факторы заполнения

(w/a). Для ВСМ (WGR -Waveguide Grating Router), показанного на рис. 2.4 и

имеющего оптимальные параметры волноводов (толщина волноведущей пластины t

= 0,5 мкм, высота h и ширина w гребня равны соответственно 4 и 7 мкм,

расстояние между центрами каналов а = 9 мкм, относительная разность

показателей преломления ?n/n = 0,67 % при nподл = 1,4457), потери на

кристалле могут быть меньше 0,2 дБ.

Уменьшение потерь при распространении сигналов в значительной степени

зависит от правильного выбора формы траекторий оптических каналов. Путь

решения проблемы минимизации потерь состоит в использовании семейства

полиномиальных Р- и WP-кривых (рис.2.5),

[pic]рис2.5

обеспечивающих соединение заданных начальных и конечных точек кривыми с

непрерывно изменяющейся кривизной, и оптимизируют прохождение излучения по

траекториям с минимальными потерями. Таким образом, минимальные размеры

устройства определяются заданным уровнем потерь. Расчеты выполняются с

помощью простого алгоритма на компьютере типа PC. С помощью предложенной

методики был рассчитан и реализован мультиплексор на основе волноводного

слоя Si02, нанесенного путем эпитаксиального осаждения из газовой фазы на

кремниевую подложку. Параметры изготовленного мультиплексора приведены

ниже:

Рабочая длина волны 1,55 мкм

Показатель преломления подложки 1,469

Разность показателей преломления 1,5 х 10-2

Размеры канала (ширина, полная высота,

протравленная высота) 6,5 х 4,5 х 2,5

мкм3

Число входных/выходных каналов 16/16

Спектральное разрешение 1,6 им (200 ГГц)

Спектральная область 25,6 нм

Число каналов 60

Длина дисперсионного элемента 6.1 мм

Расстояние между каналами

на входе звездного соединителя 20 мкм

Порядок интерференции 60

Разность длин оптического пути

двух соседних каналов 63.1 мкм

Площадь устройства 4,2 х 1,7 см2

Измеренные потери при передаче волокно - волокно составили 5±2 дБ,

средний спектральный интервал между каналами - 199.5 ГГц, средняя ширина

полосы каналов по уровню половины интенсивности - 44 ГГц. В пределах

ширины полосы канала перекрестные помехи соответствовали 35 дБ.

В результате взаимного влияния каналов возникают аберрации. Для их

уменьшения может быть использована корректирующая схема, которая

оптимизирует положения фокусов звездных соединителей и длины каналов

диспергирующей системы так, чтобы обеспечить более точное выполнение

преобразования Фурье в звездных соединителях. Такой в мультиплексор может

работать как N х N переключатель. Если к входам мультиплексора

подсоединить N лазеров, каждый из которых перестраивается в пределах N

длин волн, то любой из лазеров может быть соединен с любым выходным

каналом.

Наряду с гребенчатыми волноводами в мультиплексорах используются

заращенные или закрытые покровным слоем волноводы. В этих случаях

применяются волноводы с сердцевиной, повышенный показатель преломления

которой обеспечивается путем введения легирующих примесей, использования

композиционных волноводов и др. Сердцевина канальных волноводов обычно

имеет площадь 25...50 мкм2 и разность показателей преломления доли

процента от n. Это обеспечивает малые потери при распространении излучения

по волноводам (0,05...0,1 дБ/см) и при стыковке волноводов с волоконными

световодами (~0,1 дБ).

Таблица 2.1 Экспериментальные и теоретические характеристики

мультиплексоров

|Параметры |Экспериментальные и теоретические* |

| |результаты |

|Центральная длина |1,5476 |1,5521 |1,5498 |1,5496 |

|волны ?0 (заданная |(1,548) |(1,552) |(1,550) |(1,550) |

|величина ), мкм | | | | |

|Спектральное |15 |2 |0,8 (100 |0,4 (50 |

|разделение каналов | | |гГц) |гГц) |

|??, нм | | | | |

|Число каналов |8 |16 |32 |64 |

|Разность длины пути |12,8 |50,3 |63 |63 |

|?L, мкм | | | | |

|Фокус звездного |2.38 |5,68 |11,35 |24.2 |

|соединителя f, мм | | | | |

|Порядок дифракции m |12 |47 |59 |59 |

|Число каналов | | | | |

|диспергирующей |30 |60 |100 |160 |

|системы | | | | |

|Потери на кристалле |2,4 |2,3 |2,1 |3,1 |

|при ?0, дБ | | | | |

|Ширина полосы на |6,3 нм |0,74 нм |40 ГГц (37|19 ГГц (21|

|уровне 3 дБ |(6,3 нм) |(0,75 нм) |ГГц) |ГГц) |

|Перекрестные помехи, |Т1

ФД

МОД

УС-1

УС-2

СТК

ПОМ

ПК

ОП

ОВ-2

ОВ-1

Вход

Выход

Рис.4.6

- Структурная схема оптического передатчика

Вход

Выход

ПК

РУ

ЛК

Ф

УС

ФД

ВТЧ

ОПр

Рис.4.7

- Структурная схема оптического приемника.

[pic]

[pic]

[pic]

П

ОП

ОПр

УС

УССЛК

ОР

ОУ

ОПр

ОП

УС

УССЛК

Рисунок 5.1 – Устройства оптического переключения

ПК

УМ

ЛГ

С

РС

УОРС

ОП

С

ПК

ФД

ЛК

РУ

ПК

ОПр

Вход

Выход

У

Ф

ВТЧ

Рисунок 5.2 – ВОСП с модуляцией по интенсивности

[pic]

[pic]

ПК

ЛГ

СЧУЛ

С

РС

УОРС

КОП-АМ

Вход

УМ

УПЧ

ОС

С

РС

ФД

МЛГ

АПЧ

ДМ

ВТЧ

РУ

ПК

Ф

КОПр-ЧМ

Выход

Рисунок 5.3 – ВОСП с когерентными методами передачи и приёма

М

УМ

ЛГ

С

РС

УОРС

ОП

Вход

ПК

ГОС

С

РС

ФД

КДМ

РУ

ВТЧ

ОПр

Выход

У

Ф

ПК

ЛК

Рисунок 5.4 – ВОСП с модуляцией по интенсивности ортогональными

электрическими сигналами

[pic]

[pic]

[pic]

ОП

Вход1

РС

УОРС

ОПр

РС

УОРС

РС

МОИ

УСМ

ОР

РС

ОПр

РС

ПК

Выход1

Вход2

Выход2

Рисунок 5.5 – ВОСП с одним источником излучения

[pic]

[pic]

СТС

Рисунок 5.6 - Структурная схема оптического передатчика

+Еп

R1

V1

V2

УСМ

МОД

ПК

ПКУ

ОКУ

УC

УОС

ЛГ

СУ

Вход

Выход

HDB

CMI

Рисунок 6.1 – Упрощенная схема оптического передающего устройства

Опт. выход

ОР

Rф1

Rфд

R5

R1

R2

R4

R3

С

Rб”

Rб’

V3

Сэ

Rэ”

V1

+Еп

Rэ’

V2

Вход

Сф1

К175ДА1

СУС

МОД

АРУ

Сф

Rф

[pic]

[pic]

[pic]

[pic]

Рисунок 6.4 – Принципиальная схема оптического модулятора

Сэ

0.2мк

Rб’

5.6к

Сф

0.02 мк

+12В

Вход

V1

идл 5с-1300

V2

КТ660Б

Rб”

1.8к

Rэ

47

Ср

10

24

Rф

30

Rк

[pic]

[pic]

[pic]

[pic]

[pic]

[pic]

[pic]

[pic]

[pic]

[pic]

[pic]

[pic]

[pic]

[pic]

[pic]

[pic]

[pic]

[pic]

[pic]

[pic]

[pic]

[pic]

[pic]

[pic]

[pic]

[pic]

[pic]

[pic]

[pic]

[pic]

[pic]

[pic]

[pic]

[pic]

[pic]

[pic]

[pic]

[pic]

[pic]

[pic]

Страницы: 1, 2, 3