DISINN TA 'TAGĦMIR TAL-WAVEGUIDE ARRAYED (AWG) GĦALL-APPLIKAZZJONIJIET DWDM / CWDM Bbażati fuq il-polimeru BCB
1. INTRODUZZJONI
Il-multiplexing tad-diviżjoni tat-tul tal-mewġ (WDM) huwa approċċ li jista 'jisfrutta t-nuqqas ta' frekwenza opto-elettronika ta 'bandwidth billi jirrikjedi li t-tagħmir ta' kull utent aħħari jaħdem biss b'rata elettronika, iżda kanali WDM multipli minn utenti finali differenti jistgħu jiġu multiplexed fuq l-istess fibra .
Hemm żewġ alternattivi għal netwerks tal-metro WDM: WDM dens (DWDM) u WDM oħxon (CWDM). F'ambjenti ta 'kapaċità għolja, DWDM jintuża. Fid-DWDM, is-separazzjoni tal-kanali tista 'tkun żgħira daqs 0.8 jew 0.4 nm, għal 80 kanal ottiku b'rati ta' linja sa 10 Gbps. It-teknoloġiji DWDM jiswew ħafna, u għalhekk l-applikazzjoni tagħha għal netwerks ta 'aċċess hija diffiċli. Minflok, CWDM qed tingħaqad bħala soluzzjoni robusta u ekonomika. Il-vantaġġ tat-teknoloġija CWDM jinsab fil-komponenti ottiċi tagħha bi prezz baxx. CWDM joffri soluzzjonijiet għal applikazzjonijiet ta '850, 1,300, u 1,500 nm f'10 u 40 Gbps fuq sa 15-il kanal ottiku spazjati bejn 20 nm' il bogħod minn xulxin. Kemm is-CWDM kif ukoll it-teknoloġija DWDM għandhom posthom fl-infrastruttura tan-netwerk tal-metro kurrenti u emerġenti. Meta dawn it-teknoloġiji jintużaw flimkien ma 'fibri ottiċi xierqa, il-benefiċċji ekonomiċi, li jgħinu biex inaqqsu l-ispejjeż tas-sistema, huma sinifikanti.
It-tħin tal-gwida tal-mewġ tal-mewġ (AWG) huwa wieħed mill-aktar apparati promettenti għal multi / demultiplexer fis-sistema WDM minħabba t-telf baxx ta 'inserzjoni, l-istabbiltà għolja u l-prezz baxx. Il-ħakk tal-gwidi tal-mewġ mifrux għall-ewwel ġie propost soluzzjoni għall-problema tad-WDM minn Smith fl-1988 u ġie żviluppat aktar fis-snin ta 'wara minn Takahashi [li rrapporta l-ewwel apparati li joperaw fit-tieqa tat-tul ta' mewġ twil. Dragonet.extended il-kunċett minn 1 x N demultiplexers għal N x N routers lengt wave li għandhom rwol importanti fl-applikazzjoni tan-netwerk multi-wavelength.
Il-vantaġġ ewlieni tal-AWG huwa li l-ispiża tiegħu ma tiddependix fuq l-għadd tat-tul tal-mewġ bħal fis-soluzzjoni tal-filtru dielettriku. Għalhekk huwa adattat għal applikazzjonijiet metropolitani li jirrikjedu kost-effettiv għal għadd kbir ta 'mewġ. Vantaġġ ieħor tal-AWG huwa l-flessibilità tal-għażla tan-numru tal-kanali u l-ispazjar tal-kanali tiegħu u, bħala riżultat, diversi tipi ta 'AWG's jistgħu jiġu fabbrikati b'mod simili.
Il-polimeri joffru potenzjal eċċellenti għar-realizzazzjoni ta 'komponenti ta' WDM bi prezz baxx minħabba li jistgħu jiġu fabbrikati faċilment f'temperatura baxxa fuq diversi tipi ta 'substrati. Il-polimeriċi AWG multi / demultiplexers ġibdu ħafna attenzjoni minħabba l-fabbrikazzjoni faċli tagħha, prezz baxx, u l-potenzjal ta 'integrazzjoni ma' apparati oħra bħall-swiċċijiet termo-ottiċi tal-polimeri għal applikazzjonijiet ta 'multiplexer add-drop.
Peress li l-benzoCylobutene (BCB4024-40) polimeru joffri xi vantaġġi bħal birefringence baxxa, stabbiltà termika tajba u dispersjoni ta 'wavelength baxxa, ġie magħżul bħala l-materjal ewlieni f'dan il-proġett. Polimeru BCB isir materjal attraenti u ntuża għall-fabbrikazzjoni ta 'diversi apparati ottiċi, per eżempju, swiċċ ottiku, gwida tal-mewġ ottiku polimeriku u splitter ottiku b'interferenza multimode.
F'din id-dokument, disinn propost ta '4 × 4 kanali AWG konvenzjonali li kapaċi jopera f'tul ta' mewġ ċentrali ta '1.55 μm bi spazjar tal-kanali ta' 100 GHz u 1200 GHz ibbażat fuq polimeru BCB-4024 b'indiċi refrattiv ta '1.5556.
2. operazzjoni bażika
Ġeneralment, apparat AWG iservi bħala multiplexers, demultiplexers, filtri u apparat add-drop f'applikazzjonijiet ottiċi WDM. Figura 1 turi tqassim skematiku ta 'demultiplexer AWG. L-apparat jikkonsisti fi tliet partijiet ewlenin li huma multipli għall-input u l-output gwidi tal-mewġ, żewġ slab wav eguide couplers stilla (jew reġjun ta 'propagazzjoni ħielsa (FPR)), konnessi minn firxa ta' gwida tal-mewġ dispersivi bid-differenza tal-tul ugwali bejn il-gwidi tal-mewġ li jmissu magħhom. Il-prinċipju tat-tħaddim tal-multiplexer / demultiplexer AWG huwa deskritt kif ġej.
Figura 1. L-istruttura tad-demultiplexer AWG
Sinjal DWDM / CWDM imniedi f'waħda mill-gwidi tal-mewġ tal-input se jinfirex fl-ewwel reġjun tal-blata u mqabbad fil-gwida tal-mewġ f'firxa mill-ewwel FPR. It-tul tal-gwidi tal-mewġ tal-firxa ġie ddisinjat b’tali mod li d-differenza fit-tul tal-passaġġ ottiku (ΔL) bejn il-gwidi tal-mewġ tal-firxa li jmissu hija daqs numru sħiħ (m) multiplu tat-tul ta ’mewġ ċentrali (λc) tad-demultiplexer. Bħala konsegwenza, id-distribuzzjoni tal-kamp fl-apertura tal-input għandha tiġi riprodotta fl-apertura tal-ħruġ. Għalhekk, f'dan iċ-ċentru tat-tul ta 'mewġ, id-dawl jiffoka fiċ-ċentru tal-pjan tal-immaġni (sakemm il-gwida tal-mewġ tal-input tkun iċċentrata fil-pjan tal-input).
Jekk it-tul ta 'mewġ tad-dħul ma jitneħħiex minn dan it-tul ta' mewġa ċentrali, il-fażijiet jibdlu fil-fergħat tal-firxa. Minħabba d-differenza kostanti fit-tul tal-passaġġ bejn il-gwidi tal-mewġ li jmissu magħhom, din il-bidla tal-fażi tiżdied b'mod lineari mill-gwidi tal-mewġ ta 'ġewwa għal barra, u dan jikkawża li l-mewġa ta' quddiem tiġi inklinata fl-apertura tal-ħruġ. Konsegwentement, il-punt fokali fil-pjan ta 'l-immaġni huwa mċaqlaq' il bogħod miċ-ċentru. Billi tpoġġi gwidi tal-mewġ tar-riċevitur f'pożizzjonijiet xierqa tul il-pjan tal-immaġni, tinkiseb separazzjoni spazjali tal-kanali tat-tul ta 'mewġ differenti.
3. DISINN
It-tqassim skematiku tal-kanal 4 × 4 AWG għad-DWDM b'tul ta 'mewġa ċentrali ta' 1.55 μm huwa muri fil-Figura 2. Il-pożizzjoni tal-port tal-input u tal-ħruġ hija ffurmata b'mod simetriku, li huma identiċi. L-għodda tad-disinn WDM_PHASAR minn Optiwave®, ġiet użata biex tiddisinja żewġ tipi ta '4 kanali AWG li joperaw f'tul ta' mewġ ċentrali ta '1.55 μm, bi spazjar ta' kanali ta '0.8 nm u 9.6 nm, għal applikazzjonijiet DWDM u CWDM, rispettivament.
L-indiċi refrattiv tal-qalba tal-polimeru BCB ta '1.55 μm huwa 1.5556. Il-kisi huwa ORMOCER li għandu indiċi ta' rifrazzjoni ta '1.537, filwaqt li s-sottostrat huwa silikon li intuża ħafna fiċ-ċirkwit mikroelettroniku u integrat. ORMOCER (CERramics MOdified ORganically) huwa kopolimeri inorganiċi organiċi fotopaternabbli b'imġieba ta 'reżistenza negattiva. Id-daqs tal-qalba huwa ta '3 μm x 4 μm b' tip ta 'waveguide midfun, kif jidher fil-Figura 3. Is-separazzjoni tal-port ta' input / output hija mfassla biex tkun ta '250 μm b'konnessjoni ta' 100 μm offset għal pigtailing ma 'żigarella tal-fibra.
Il-parametri tad-disinn kollha huma elenkati fit-Tabella 1 u fit-Tabella 2 għal AWG, tul ta ’mewġ ċentrali ta’ 1.55 μm bi spazjar tal-kanali ta ’100 GHz u 1200 GHz, rispettivament. Fid-disinn, il-kuntrast tal-indiċi refrattiv bejn il-qalba u l-kisi huwa pjuttost kbir (~ 1.2%), li jirriżulta f'raġġ żgħir tal-liwi u jikkontribwixxi għal daqs żgħir taċ-ċippa. Madankollu, it-telf tal-akkoppjar bejn il-gwida tal-mewġ u l-fibra li tirriżulta minn nuqqas ta 'qbil fil-qasam tal-modalità jiżdied. Id-daqs totali tal-apparat għal AWG bi spazjar ta '100 GHz huwa 21.5 x 10mm2 u 17.8 x 5 mm2 għal AWG bi spazjar ta' 1200 GHz. Din id-differenza hija dovuta għall-inkrement tat-tul tal-passaġġ f'AWG bi spazjar ta '100GHz li huwa akbar minn AWG bi spazjar ta' 1200GHz bl-istess angolu ta 'orjentazzjoni.
4. RIŻULTATI U DISKUSSJONI
Ir-riżultat ta 'simulazzjoni ta' AWG bi spazjar tal-kanali ta '0.8 nm huwa muri fil-Figura 4. Juri d-distribuzzjoni tal-ħruġ tal-linji tal-mewġ tal-ħruġ b'4 kanali. Il-kanali tal-ħruġ huma f'tul ta 'mewġ 1549.04 nm (λ1), 1549.872 nm (λ2), 1550.704 nm (λ3) u 1551.360 nm (λ4) rispettivament, li jindikaw l-ispazjar tal-kanali simulat ta' 0.832 nm. Għalhekk, it-tul tal-mewġ tal-ħruġ għal kull kanal segwa l-ispeċifikazzjoni tal-ITU, anke jekk huwa kemmxejn qalbu 0.032 nm li huwa żgħir wisq u jista 'jiġi traskurat. Madankollu, it-telf massimu ta 'l-inserzjoni ta' 5.04 dB huwa fil-kanal 4 u t-telf minimu ta 'l-inserzjoni ta' 3.88 dB huwa fil-kanal 2. Il-mixtrija hija inqas minn -32.77 dB.
It-Tabella 3 turi l-parametri tal-output ikkalkulati tal-AWG bi spazjar tal-kanali ta '0.8 nm. Dawn il-valuri ġew ikkalkulati fil-livell tal-faxxa tal-frekwenza ta ’-3 dB. Il-livell tal-bandwidth jintuża bħala referenza biex jiddefinixxi l-bandwidths.
Għal AWG bi spazjar tal-kanali ta '9.6 nm, ir-riżultat ta' simulazzjoni huwa muri fil-Figura 5. L-erba 'tulijiet ta' mewġ tal-ħruġ λ1, λ2, λ3 u λ4 huma f'1542 nm, 1552 nm, 1562 nm u 1572 nm, rispettivament. Ir-riżultat għall-ispazjar tal-kanali huwa 10 nm li huwa kemmxejn differenti mill-parametru tal-input tad-disinn, li huwa 9.6 nm. Sadanittant, it-telf massimu ta 'inserzjoni ta' 6.63 dB huwa fil-kanal 1 u t-telf minimu ta 'l-inserzjoni ta' 5.30 dB huwa fil-kanal 3. Il-mixtrija hija inqas minn -23 dB.
Figura 5. Ir-reazzjonijiet spettrali tal-ħruġ ta ’4 kanali AWG bi spazjar tal-kanali ta’ 1200 GHz
It-Tabella 4 turi l-parametri tal-output ikkalkulati tal-AWG bi spazjar tal-kanali 9.6 nm. Dawn il-valuri ġew ikkalkulati fil-livell tal-faxxa tal-frekwenza ta ’-3dB. Il-valur għall-ispazjar tal-kanali miksub huwa ta '10 nm li huwa fil-firxa ta' applikazzjonijiet CWDM .. Skont ir-riżultati tas-simulazzjoni, sibna li dawn l-AWGs jistgħu jaħdmu sew fis-sistema DWDM u CWDM.
5. TQABBIL TAL-PRESTAZZJONI
L-iżvilupp ta 'multiplexer tal-polimeri AWG sar interess għal ħafna riċerkaturi. L-ewwel polimeru AWG intwera minn Hida et al bl-applikazzjoni ta 'fluoro-methacrylate deuterated (d-PFMA) fuq substrat tas-silikon. Madankollu dan l-AWG jitħaddem biss f'tieqa ta '1300 nm b'xi dipendenza tal-polarizzazzjoni żgħira daqs 0.03 nm. Watanabe et al irrappurtaw 16-il kanal polimeriku AWG operati għal 1550 nm li kien realizzat bl-użu ta 'waveguide tar-reżina tas-silikon. Dan il-multiplexer AWG għandu telf ta 'inserzjoni fil-medda ta' 9 sa 13 dB, intersezzjoni inqas minn –20 dB u ċaqliq ta 'tul ta' mewġa dipendenti fuq polarizzazzjoni baxxa.
Leo [19] wera 2 x 8 polimeru AWG ibbażat fuq CWDM (20 nm) fit-tul ta ’mewġa ċentrali ta’ 1520 nm bid-daqs totali tal-apparat ta ’23 mm x 2.5 mm. It-telf ta 'l-inserzjoni u t-tiftix instab li huma madwar 7 dB u -30 dB, rispettivament. Min-naħa l-oħra, Razali [ippropona 4 x4 polimeru AWG bi spazju ta '0.8 nm (DWDM) operat f'ċentru ta' mewġ ta '1570 nm. L-apparat għandu telf ta 'inserzjoni ta' 3 dB u livell ta 'intersezzjoni inqas minn -30 dB. Id-daqs tal-istrument huwa 31 mm x 9 mm.
F'din id-dokument, id-disinji proposti huma 4 x 4 polimeri AWGs li jitħaddmu f'tul ta 'mewġ ċentrali ta' 1550 nm bi spazjar tal-kanali ta '0.8 nm u 9.6 nm. Huwa osservat li t-telf ta 'l-inserzjoni ta' l-ispazjar tal-kanal korrispondenti huma -5 dB u -6 dB, rispettivament u l-livell ta 'intersezzjoni huma -33 dB u -23 dB, rispettivament. Id-daqs totali tal-apparat huwa 21.5 mm x 10 mm għal spazjar 0.8 nm u 17.8 mm x 5 mm għal spazjar 9.6 nm. Inevitabbilment, dan juri li l-AWGs għall-applikazzjoni CWDM u DWDM jistgħu jiġu realizzati billi jintuża polimeru BCB 4024-40 bħala l-materjal ta 'gwida.
6. KONKLUŻJONI
Ġew ippreżentati AWGs ibbażati fuq polimeru BCB għal applikazzjonijiet f'DWDM / CWDM. Żewġ disinji ta 'erba' kanali AWG b'livell ta 'tgħaffiġ taħt-32 dB u-23 dB intwerew li jaħdmu fit-tieqa ta' komunikazzjoni ta '1550 nm għall-applikazzjoni DWDM u CWDM. Jista 'jiġi konkluż li l-polimeru BCB jista' jitqies bħala kandidat adatt għall-iżvilupp ta 'AWG peress li juri prestazzjoni tajba għall-applikazzjonijiet tad-DWDM u CWDM.