Оптические мультиплексоры с добавлением и отводом каналов.

⇐ ПредыдущаяСтр 4 из 6Следующая ⇒

Оптический мультиплексор с добавлением и отводом каналов (МД/О) является устройством, предоставляющим одновременный доступ ко всем каналам на соответствующих длинах волн в системах связи с ВСМ/Д. В англоязычной литературе используется терминология Add/ Drop Multiplexer (A/DM). На рис. 2.12 приведена конфигурация такого волноводного 16-ти канального оптического мультиплексора. Его устройство состоит из четырех ВСМ/Д и 16-ти двухпозиционных термооптических (ТО) переключателей.

Рис. 2.12

Четыре ВСМ/Д с одинаковыми параметрами расположены в месте пересечения их планарных фокальных областей. В диапазоне 1.55 мкм спектральные интервалы между каналами и область дисперсии составляли 100 и 3300 ГГц (26, 4 нм) соответственно. Сигналы, поступающие с мультиплексора (l₁, l₂, ... l₁₆) с равными спектральными интервалами между ними, поступают на главные входные порты (добавленные порты). Разделившиеся с помощью ВСМ/Д1 (ВСМ/Д2) 16 сигналов вводятся в левые плечи (правые плечи) ТО переключателей. Любой оптический сигнал, введенный в двухпозиционный ТО переключатель, проходит через кросс-порт одного из четырех итерферометров Маха-Цендера, прежде чем достичь выходного порта. С другой стороны, любой сигнал с определенной длиной волны может быть удален из главного выходного порта и приведен к отводящему порту после изменения соответствующего условия в переключателе. Сигнал с той же самой длиной волны, что и отведенный, может быть добавлен в главный выходной порт, если будет поступать на добавленный порт (рис. 12). Например, если ТО переключатели SW₂, SW₄, SW₆, SW₇, SW₉, SW₁₂, SW₁₃ и SW₁₅находятся в положении " Вкл.", выделенные сигналы l2, l4, l6, l7, l9, l12, l13 и l15 выводятся из главного выходного порта (сплошная линия) и присоединяются к отводящему порту (пунктирная линия), как показано на рис. 2.13.

Рис. 2.13

Перекрестные помехи для положений " Вкл. - Выкл." оказались меньше 28, 4 дБ при потерях на кристалл 8...10 дБ. Как видим, МД/О весьма привлекательны для всех систем связи с ВСМ/Д и позволяют оптической сети быть прозрачной для сигналов с большими битовыми скоростями и форматами.

Перспективы широкого практического применения МД/О привлекли исследователей к разработке средств проектирования сложных фотонных интегральных цепей. Для четырехканального МД/О был предложен метод инициирования 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 моделировалось 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.

Рис. 2.14

На следующей стадии проектировалась модель МД/О, состоящего из фазара 6 х 6 и обратных волноводных 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 конструкцией, идентичной рассчитанному проекту, был реализован на основе InP. Сравнение результатов моделирования и измерений показало сдвиг максимума полосы пропускания отдельного

Рис. 2.15

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.

Выводы.

Волноводные спектральные мультиплексоры/демультиплексоры являются ключом к решению проблемы использования всей чрезвычайно широкой полосы пропускания волоконных световодов. Наибольшее развитие получили ВСМ/Д, выполненные на основе SiО₂/Si и на InP. Первые обладают меньшими потерями на кристалл, в то время как полупроводниковые пассивные оптические интегральные схемы могут быть непосредственно интегрированы с источниками излучения, усилителями, фотодетекторами и др. При этом на одной подложке могут быть объединены оптические и электронные компоненты. Изготовление оптических волноводных спектральных мультиплексоров выполняется методами стандартной (высококачественной) литографии. Соединение оптических планарных интегральных цепей с волоконными световодами достаточно разработаны и не вносят существенных потерь. Размеры приборов (без корпусов) не превышают 1 - 2 см. Такие характеристики предвещают быстрое развитие производства дешевых, коммерчески приемлемых приборов нового поколения не только для дальней связи, но и для местной широкополосной связи типа дом - дом.

⇐ Предыдущая 1 2 345 6 Следующая ⇒