Дидактичний матеріал до лекції 6 дисципліни ПП ТТМ-10 сем.
“ТЕХНОЛОГІЇ МУЛЬТИПЛЕКСУВАННЯ ДЛЯ ПОБУДОВИ ТЕРМІНАЛЬНИХ ОПТИЧНИХ МУЛЬТИПЛЕКСОРІВ/ДЕМУЛЬТИПЛЕКСОРІВ (OMX/ODMX)”
-
Сравнительный анализ технологий оптического мультиплексирования
-
Технология AWG первой ступени оптического мультиплексирования
-
Найпростіший двохступеневий оптичний термінальний мультиплексом
-
Оптичний термінальний мультиплексор для PTS D WDM на 32 ОТр.
OMX – оптический мультиплексор
ODMX – оптический демультиплексор
ООВ – одномодовое оптическое волокно
PTS ВМ (Photon Transport System) фотонная транспортная система технологии волнового мультиплексирования
PLT (Photon Line Terminal) – фотонный линейный терминал
AWG (Arrayed Waveguide Gratings) – дифракционные фазовые решетки на массиве волноводов
CG (Concave Gratings) – дифракционные вогнутые решетки
Визначення 1. Технологии построения ОМХ/ODMX
Первая основана на применении интегральных оптических схем, где для мультиплексирования сигналов в них используются дифракционные фазовые решетки на массиве волноводов AWG (Arrayed Waveguide Gratings)
|
Вторая основана на применении интегральных оптических схем, где для мультиплексирования сигналов в них используются дифракционные вогнутые решетки CG (Concave Gratings)
|
Третья базируется на миниатюрной дискретной оптике, в которой в качестве коллимирующих элементов применяются трехмерные интегральные линзы, и называется трехмерное оптическое мультиплексирование 3-DO
|
, мкм или нм (, ГГЦ или ТГц) длины волн (частоты) оптических колебаний
ОТр. – оптические тракты
АВХ – амплитудно-волновая характеристика ВОУ
MUX – мультиплексор
DMUX – демультиплексор
Визначення 2. Параметры OMX/ODMX
-
минимальное затухание оптических сигналов при их мультиплексировании/демультиплексировании
| -
максимальное число мультиплексируемых λ, т. е. число образуемых ОТр.
| -
допустимая неравномерность АЧХ совокупного тракта «MUX тракта передачи – DMUX тракта приема любого ОТр.» во всем рабочем диапазоне λ (f) и в пределах полосы частот одного ОТр.
| -
минимальный допустимый уровень переходных помех между ОТр.
| -
независимость проходящих оптических сигналов от поляризации
| -
стоимость устройства OMX/ODMX
|
Табл. 1. Параметры характеризующие технологии AWG, CG и 3-DO
Техно-логия
|
Разнос между ОТр., нм
|
Максимальное чис-ло образуемых ОТр.
|
Вносимое затухание, дБ
|
Уровень переходных помех, дБ
|
AWG
|
0,1 ... 15
|
64
|
6 ... 8
|
от минус 5 до минус 29
|
CG
|
1,0 ... 4,0
|
78
|
10 ... 16
|
от минус 7 до минус 30
|
3-DO
|
0,4 ... 25
|
262
|
2 ... 6
|
от минус 30 до минус 55
|
Вывод: трехмерное оптическое мультиплексирование (3-DO) имеет преимущества перед другими технологиями и может использоваться в PTSs ВМ до уровня HDWDM включительно с разносом ОТр. не менее 0,4 нм (50 ГГц)”
|
НЕДОСТАТОК !!!: 3-DO не может применяться в технологии NWDM, где разнос между ОТр. составляет 0,2 нм (25 ГГц), 0,1 нм (12,5 ГГц), 0,04 нм (5 ГГц) и менее
|
PTSs ВМ технологий DWDM, HDWDM и NWDM – высокоскоростные (и высокоемкостне) PTSs ВМ
Табл. 2. Технологии оптических MUX/DMUX – фильтров
Технология
|
Достоинства
|
Недостатки
|
Тонкопленочные диэлектрические фильтры
|
1. Зрелая технология.
2. Высокая температурная стабильность.
3. Хорошая избирательность по длине волны.
|
1. Сложность производства.
2. Применяется только для фиксированной длины волны.
|
Планарные решетчатые волноводы
|
1. Малые размеры.
2. Возможно наращивание числа образуемых ОТр.
3. Интегрирование различных функций на одном чипе.
|
1. Сложность волоконно-оптических интерфейсов.
2. Большая инфраструктура.
3. Высокая стоимость.
|
Волоконные решетки Брегга
|
1. Зрелая технология.
2. Легко интегрируется с волоконно-оптическими устройствами.
|
1. Проблемы механической стабильности.
2. Высокая интенсивность обратного отражения.
3. Требует применения оптических изоляторов.
|
Плавко-волоконные интерферометры Маха-Цендера
|
1 Малые вносимые потери и низкие поляризационные потери.
2. Весьма узкополосные.
3. Легко соединяются с волокном
|
1. Возможность образования небольшого числа ОТр.
2. Требует каскадного соеди-нения устройств, что при-водит к увеличению размеров изделия.
|
Дифракционные решетки
|
1. Малые вносимые потери.
2. Высокая температурная стабильность.
|
1. Громоздкость оборудования.
2. Используется в вакууме.
3. Требует острожного обращения.
|
PTNs Metro/Access – PTNs ВМ для местных (городских) оптических сетей доступа
Выводы из табл.2
1) Ни одна из представленных технологий не может быть основной, базовой
|
2) Ни по одной из представленных технологий невозможно построить OMX/ODMX, обеспечивающий получение постоянно растущего числа ОТр. в заданном диапазоне λ с уменьшающимся разносом между ними
|
3) Существующие PTS DWDM, HDWDM, NWDM и др. для PTNs различных уровней (от Metro/Access до межконтинентальных), д. б. гибкими, обеспечивать получение заданных параметров, иметь низкую стоимость и высокую надежность
|
4) Для выполнения таких требований при построении OMX/ODMX используются две или три различные технологии ВМ, т. е. смешанный (гибридный) подход
|
5) Поэтому используемые OMX/ODMX является многоступенчатыми
|
1+2+3+…N – групповой мультиплексный оптическмй сигнал
AWG (Arrayed Waveguide Gratings) – дифракционные фазовые решетки на массиве волноводов
Визначення 3. Технология AWG
Технология AWG (Arrayed Waveguide Gratings) основана на использовании дифракционных фазовых решеток на массиве волноводов
|
В качестве такой решетки, на практике, применяется ее разновидность – объемный анализатор спектра типа эшелона Майкельсона со следующими названиями
-
волноводный спектральный анализатор
-
волноводный спектральный мультиплексор/демультиплексор
спектральный мультиплексор на основе матрицы сфазированных волноводов или фазар и т. д.
|
Это фазовая решетка со сравнительно небольшим числом интерферирующих оптических лучей и большой постоянной разностью фаз между соседними лучами
|
Визначення 4. Основа OMX/ODMX
Это звездный соединитель рис. 1, а и 1 б формируемый из:
|
1) волновода-пластины (планарного волновода) с волноводами (волокнами) ввода/вывода оптических сигналов
|
2) волноводной (волоконной) матрицы или дифракционной структуры (решетки) на массиве волноводов
|
Указанные на рис. 1 элементы имеют следующие размеры:
-
толщина планарного волновода b = 0,5 мкм
-
высота и ширина волноводов решетки равны h = 4 мкм и s = 7 мкм
-
расстояние между осями (центрами) волноводов равно u = 9 мкм
|
SiO2 – окись кремния
SiO2/Si – волноводный слой из окиси кремния SiO2, нанесенный на кремниевую подложку Si
λ1, λ2, …, λN – отдельные оптические сигналы
Визначення 5. Два способа реализации звездного соединителя
1) Использование волноводного слоя из окиси кремния SiO2, нанесенного на кремниевую подложку Si (обозначение – SiO2/Si)
|
Пример OMX / ODMX технологии AWG: рис. 2 в составе звездного соединителя и зеркального отражательного элемента
|
2) Построение OMX/ODMX базируется на двух звездных соединителях, которые образуют составную волноводную решетку (рис. 3)
|
Пример OMX / ODMX технологии AWG: рис. 3 в составе двух звездных соединителей, образующих составную волноводную решетку
|
InGaAsP/InP – волноводные структуры из четверного соединения InGaAsP на подложке из фосфида индия InP
Пример 1. Применение волноводных решёток AWG
Волноводные решётки AWG повсеместно применяются в PTSs WDM, объединяя 8-мь оптических сигналов с разносом 200 ГГц (1,61 нм)
|
Они же используются на 1-ой ступени мультиплексирования в высокоскоростных PTSs ВМ, объединяя 10-ть оптических сигналов с разносом 100 ГГц (0,8 нм)
|
В высокоскоростных PTSs ВМ дальнейшее формирование ПЧЛТ производится с применением других технологий
|
Вывод: Формирование ПЧЛТ в высокоскоростных PTSs ВМявляется многоступенчатым
|
λ1, λ3, …, λ15 – восемь нечетных сигналов формируются в ОМХ1 из исходных сигналов (рис. 5, а)
λ2, λ4, …, λ16 – восемь чётных сигналов формируются в ОМХ2 из исходных сигналов (рис. 5, а и 5, б)
1546,51… 1559,38 нм – верхняя часть С-диапазона -длин волн
ОF-I 2×1 – фильтр-чередователь или оптический уплотняющий фильтр, построенный по технологии I (Interleaving)
λ1+2+3+…+16 – результирующий мультиплексный сигнал (рис. 5, в)
PTS TransXpress Infinity WL-16 – PTS DWDM компании Siemens на 16 ОТр. с разносом между ними 100 ГГц (0,8 нм)
ОПФ – оптические полосовые фильтры
Табл. 3. Характеристика ступенів перетворення ОМХ PTS D WDM на 32 ОТр.
Ступені
|
Пристрої/
сигнали
|
Шляхи перетворення
|
І
|
Вхідні сигнали
|
Непарні
|
Парні
|
λ1, λ3, …, λ31
|
λ2, λ4, …, λ32
|
Рис. 6
|
MUX
|
1 AWG-8
|
3 AWG-8
|
2 AWG-8
|
4 AWG-8
|
Груповий сигнал
|
λ1 + 3+ … + 15
|
λ17 + 19 +… + 31
|
λ2 + 4 + … + 16
|
λ18 + 20 + … + 32
|
Рис. 7, а)
|
Рис. 7, б)
|
ІІ
|
Чергувателі
|
1 OF-I 2×1
|
2 OF-I 2×1
|
Рис. 6
|
Груповий сигнал
|
λ1 + 2 + 3+ … + 16
|
λ17 + 18 + … + 32
|
Рис. 7, в)
|
ІІІ
|
Фільтри
|
ОПФ 1
|
ОПФ 2
|
Рис. 6
|
Об’еднувач
|
О
|
Груповий сигнал
|
λ1 + 2 + 3+ … + 16 + 17 + 18 + … + 32
|
Рис. 7, в)
|
Табл. 4. Характеристика сигналов красного (Red) и голубого (Blue) поддиапазонов λ–длин волн
Группа сигналов из λ
|
λ1+2+3+4+…+16
|
λ17+18+19+20+…+32
|
Диапазон
|
Цвет
|
голубой (Blue)
|
красный (Red)
|
¦, ТГц
|
193,9 … 195,6
|
191,9 … 193,6
|
λ, нм
|
1546,12 … 1532,68
|
1562,23 … 1548,51
|
Единый линейный сигнал
|
λ1+2+3+…+32
|
Табл. А. Робочі діапазони довжин хвиль ООВ за Рекомендациями ITU–T
№№
з/п
|
Найменування діапазонів
|
Позначення
діапазонів
|
Діапазон довжин хвиль / ∆λ, нм
|
Діапазон частот, / ∆f ТГц
|
Номер вікна
прозорості
|
1
|
Основній
(Original)
|
O-діапазон
|
1260…1360 / 100
|
238…220 / 18
|
2 ВП
|
2
|
Розширений
(Extended)
|
E- діапазон
|
1360…1460 / 100
|
220…205 / 15
|
4 ВП
|
3
| Короткохвильовий
(Shortwavelength)
|
S- діапазон
|
1460…1530 / 70
|
205…196 / 11
|
5 ВП
|
4
|
Стандартний
(Conventional)
|
C- діапазон
|
1530…1570 / 40
|
196…192 / 4
|
3 ВП
|
5
|
Довгохвильовий
(Longwavelength)
|
L- діапазон
|
1570…1625 / 55
|
192…185 / 7
|
6 ВП
|
6
|
Понаддовгохвильовий
(Ultra-Longwavelength)
|
UL- діапазон
|
1625…1675 / 50
|
185…179 / 6
|
7 ВП
|
Дидактичні матеріали до лекції 6 / ПП ТТМ –10 cем. “Технології мультиплексування для побудови OMX/ODMX”
|