шпоры Шарангович1

арные разветвители изготавливаются путем скручивания волоконNLDC (нелинейный направленный		ответвитель)	в отличие от
одной точке и нагревания их в точке скрутки. Стекло плавитсявышеи упомянутых разветвителей,		в которых	интенсивность
разует однородную массу, при этом свет из любого волокнаоптического,	канала на выходе линейно зависит от интенсивности

оходя через точку сварки, выходит через другие концы всехна входе, поведение этой специальной составляющей нелинейно тавшихся волокон. Передающий разветвитель типа звездависит от интенсивности оптического сигнала на входе; в лучается в том случае, когда концы каждого волокна находятсядействительности устройство при большой интенсивности на входе

лько по одну сторону от сварной секции.	Разветвитель	типанходится примерно в состоянии передачи на «прямой порт», а при
езда с отражением имеет петлеобразные	участки, при	этоммалой - в состоянии на «ответвительный порт» Следовательно,

ждое волокно сваривается в центральной точке дважды. Оба типакой ответвитель может быть использован для оптической

зветвителей представлены на рисунке. 1.2.	коммутации (переключения).
	Разветвитель является многопортовым устройством. Портом
	называется входная или выходная точка для света. С
	использованием разветвителей связано несколько видов потерь. На
	рисунке 1.3 представлена схема четырехпортового разветвителя.

сунок 1.2 – Сварные разветвители «звезда» зависимости от того, как сварены волокна, оптическая мощность

жет распределяться однородно или неоднородно между

	локнами. Сварные разветвители имеют очень малые размеры
		Рисунок 1.3 – Четырехпортовый двунаправленный разветвитель
	оло десятых долей дюйма. Они также характеризуются высокой
	нородностью.	Стрелками показаны направления возможных потоков света внутри
		разветвителя. Свет, вошедший через порт 1, может выходить через
	азветвители 2×2 (которые отличаются от звездообразного
	зветвителя 2×2). Существует несколько типов таких устройств: порты 2 и 3. В идеале данный источник света не может проявлять
	Одномодовые разделители	себя через порт 4. Аналогично свет, инжектируемый через порт 4,
		мощности и направленные
		может выходить через порты 2 и 3, но не через порт 1.
	ветвители. В первой группе можно рассматривать, как правило,
		Изображенный	разветвитель	является	пассивным	и
	е элементы с идентичными одномодовыми волокнами в качестве
	одных и выходных портов, в	двунаправленным. Порты 1 и 4 могут служить в качестве входных,
		которых оптическая мощность,

а порты 2 и 3- выходных. еденная во входное волокно (1 или 2), разделяется на два

ходных порта (3- прямой порт и 4- ответвленный порт) в ответствии с различными коэффициентами деления; они могут ботать на конкретной длине волны без каких-либо конкретных ебований в отношении характеристик поляризации сигнала или, оборот, они могут быть специально сконструированы для зависящих от длин волны коэффициентов передачи либо быть зависимыми от поляризации.

Во вторую группу могут быть включены все разветвители 2×2, в торых только небольшая часть мощности, передаваемая по одному волокну, попадает в порт - «ответвленный порт». Они гут быть либо одномодовыми, либо многомодовыми или бридными (т.е. выполненными как из многомодового, так и из номодового волокна).

DM (мультиплексор с разделением каналов по длине волны): эти ециальные разветвители обладают селективной характеристикой зависимости от длины волны оптического сигнала на входе. ществует длина волны, которая приводит к состоянию «прямой рт», и другая длина волны, которая приводит к состоянию тветвленный порт». Следовательно, если два сигнала, имеющие нкретные и разные длины волны, поступают в одно и то же одное волокно разветвителя, то они будут разделяться на выходе, е. устройство действует как разделитель по длине волны. Между налами может быть последовательно включено несколько таких тройств.

DC (разветвитель с разделением каналов по поляризации). здействие этих конкретных устройств на сигналы с линейной ляризацией по двум конкретным ортогональным осям на входе алогично воздействию WDM на поступающие сигналы, имеющие нкретные и разные длины волны, они работают как разделитель чей с линейной поляризацией.

азветвители с разделением по модам. Они изготавливаются из ух разных волокон: одно является одномодовым, а другое, как авило, обеспечивает передачу небольшого количества мод бычно всего лишь две моды). Оптическая мощность, редаваемая одномодовым волокном на входе, полностью (или стично) преобразуется на выходе в одну (или в две при пользовании двух-модового волокна) моду более высокого рядка в квази-одномодовом волокне.

Волоконно-оптические, оптические интерференционные фильтры -односторонние фильтры ( фильтры коротких и длинных длин волн).

В настоящее время ведутся интенсивные исследования с целью создания единой технологии выполнения чувствительных к длине волны элементов, позволяющих решать весь спектр задач фильтрации оптических сигналов. Одно из таких перспективных направлений заключается в реализации многослойного покрытия тонкой интерференционной пленкой диэлектрика и известно как технология интерференционных покрытий. Хотя технология напыления тонких пленок используется давно, создание интерференционных покрытий в ближнем инфракрасном диапазоне, то есть на 1.3 мкм и 1.5 мкм, стало возможным благодаря исследованиям температурной стабильности пленок, возможности управления толщиной слоя в процессе нанесения покрытия и разработанных методов создания сверхузких полос. Такое покрытие состоит из чередующихся тонких слоев материалов с высокой и низкой диэлектрической постоянной. При этом напыление тонких пленок диэлектрика наносится на подложки, в качестве которых могут использоваться стеклянные пластины, линзы или волокна.

Эта технология позволяет создавать различные устройства, позволяющие передавать или отклонять оптические сигналы в зависимости от длины волны, которые носят название волоконно-оптических интерференционных фильтров.

Благодаря возможности решения практически всех задач оптической фильтрации, заложенной в интерференционной гибкости такой технологии, волоконно-оптические интерференционные фильтры имеют ряд преимуществ над перечисленными выше объемными фильтрами. В частности, интерференционные фильтры могут использоваться как односторонние фильтры, т. е. фильтры коротких и длинных длин волн, избирательные режекторные и полосовые фильтры, фильтры с регулируемой полосой пропускания, сглаживающие фильтры, фильтры, обеспечивающие необходимую амплитудно-частотную характеристику волоконно-оптических усилителей и WDM. Другое преимущество данной технологии заключается в ее технологичности и, как следствие, низкой стоимости, поскольку она использует волоконные компоненты, а покрытия фильтра выполняются в пакетном режиме.

Как известно, одномодовый режим передачи имеет реальную ширину диапазона, равную приблизительно 30.000 ГГц в 1.3 мкм и 1.5 мкм окнах прозрачности оптического волокна. Эти два окна достаточно широки и позволяют разместить разделенные по длине волны каналы, обеспечивая новую степень свободы для выполнения требований к увеличению пропускной способности оптических сетей. Типичное разделение плотно расположенных длин волн в этом случае

осуществляется в мультиплексирующих сетях с разнесением длин волн от 1 до 5 нм, что позволяет упаковать десятки каналов в указанные окна прозрачности оптического диапазона. WDM сети часто используют комбинацию мультиплексоров и фильтров, осуществляющих соответственно разделение длин волн каналов и увеличение развязки между ними на приемном конце (рис. 1.44). С этой же целью, а также для разделения сигнала накачки используются WDM и волоконно-оптические фильтры в волоконно-оптических усилителях. Другое применение волоконно-оптических фильтров имеет место в системах контроля активного волокна, в которых тестирующий сигнал OTDR распространяется по тому же самому волокну, что и передаваемый трафик. Поэтому, чтобы изолировать сигнал OTDR от трафика, эти системы используют односторонние, полосовые или широкополосные фильтры и

WDM.

Волоконно-оптические -оптические интерференционные фильтры - избирательные режекторные и полосовые фильтры, , характеристики фиксированного оптического фильтра компании DiCon

Фильтры с фиксированной областью передачи длин волн могут осуществлять ограничение либо с одной стороны, либо с двух сторон диапазона волн. В последнем случае полоса пропускания составляет от 1 нм (узкая полоса пропускания) до 60 нм (широкая полоса пропускания). При этом центральная длина волны и форма полосы могут управляться очень точно в течение процесса нанесения покрытия, обеспечивая резкий и хорошо определенный переход на границах полосы фильтрации.

На рис. 1.45 показаны три способа возможной реализации волоконно-оптических фильтров, из которых лучшими характеристиками обладают те, в которых интерференционное покрытие наносится на стеклянную подложку, установленную под углом к паре волокон коллиматоров. Коллимирующие линзы используются того, чтобы обеспечить широкополосность фильтра 1310 нм и 1550 нм окнах. В качестве альтернативы, хотя более трудновыполнимой, нанесение покрытия может осуществляться на поверхность коллимирующей линзы специальной втулки или торца волокна. При этом снижения обратного отражения сигнала в системе юстировки используются антиотражательные покрытия Так как односторонние фильтры характеризуются значительной полосой пропускания рабочих длин волн они носят название широкополосных фильтров и, правило, используются в одноименных WDM системах передачи. Кроме этого, они могут быть использованы изоляции сигналовоптического рефлектометра сигналов передачи в системах активного тестирования оптических волокон.

Общий вид и характеристики фиксированного оптического фильтра компании DiCon представлены рис. 1.46 а,б, а его параметры сведены в табл. 1 Данный фильтр представляет собой двухчастотное уст-

ройство, которое использует коротковолновый или длинноволновый широкополосный фильтрующий элемент, обеспечивающий прохождение или подавление в широких спектральных окнах, как, например, окне 1310, 1480, 1550 и 1625 нм. Данное устройство основано на стабильных

тонкопленочных фильтрующих элементах, расположенных между двумя волоконно-оптическими коллиматорами, и размещается в миниатюрном корпусе, обеспечивающем высокую стабильность к изменению условий окружающей среды. Данный фильтр подходит для установки как в непрерывных линиях, так и в монтажных платах или в корпусе.

В отличие от широкополосных фильтров узкополосные фильтры пропускают длины волн одного диапазона, отвергая соседние. Они используются для изоляции сигнала в системах передачи WDM и для исключения на выходе волоконно-оптических усилителей и лазеров сигналов нежелательных длин волн.

Таким образом, узкополосный фильтр передает оптический сигнал в предварительно определенной узкой полосе длин волн. Изготовленный

аналогично рассмотренному выше широкополосному фильтру, узкополосный фильтр имеет характеристики, приведенные в таблице 1.8.

Использование в современных системах передачи волоконно-оптических усилителей, характеризующихся наличием рассматриваемой впоследствии усиленной спонтанной эмиссии, требует минимизации создаваемых ею шумов, что достигается введением на выходе усилителей соответствующих фильтров.

Одним из таких фильтров может служить ASE фильтр компании DiCon, основанный на широкополосном фильтре пропускания сигналов WDM в окне 1550 нм с одновременным блокированием ASE шума, пик которого приходится на длину волны 1532 нм. Параметры базового ASE фильтра приведены в табл. 1.9

Настраиваемые волоконно-оптические фильтры

Интерференционные фильтры могут также использоваться в качестве дешевых узкополосных настраиваемых волоконно-оптических фильтров. Выбор длины волны в таких фильтрах может осуществляться с изменением угла наклона плоскости фильтра, его линейным перемещением или вращением (рис. 1.47). При этом настройка фильтра выполняется или вручную посредством микропозиционирующего устройства, или с помощью электрического привода.

При настройке длины волны угловым перемещением центральная длина волны фильтра может быть определена как где Лц и Лф — центральная длина волны при

нормальном падении и при падении под углом <р; к — коэффициент.

Здесь следует отметить, что при такой настройке имеют место зависимые от поляризации потери, которые увеличиваются с увеличением угла падения световой волны на фильтр, так как ортогонально поляризованные моды фильтруются по-разному. Однако некоторые методы нанесения покрытия могут уменьшать этот эффект. Переменный фильтр с линейным

перемещением, так же как и с угловым перемещением,

интерференционным покрытием обеспечивают гибкость

обеспечивает низкие вносимые потери, низкий PDL и

в регулировании полосы фильтра от 1 до 10 нм, имеют

узкую полосу в области более коротких длин волн [3].

низкие потери, не превышающие 2-3 дБ в диапазоне

Помимо этого, данные фильтры позволяют осуществлять

настройки,

равном

30

нм,

и

обеспечивают

регулирование полосы пропускания. Так, на рис. 1.48

температурную стабильность выше 0.01 нм/ °С. Кроме

представлен фильтр, который позволяет осуществлять

того,

они

значительно

дешевле

наиболее

ручное регулирование в пределах от 0.8 до 3.0 нм на

распространенных

акустооптических

фильтров

и

заданной центральной длине волны, например 1560 нм.

резонаторных фильтров Фабри-Перо.

Данный фильтр отличается малыми габаритами и

Волоконно-оптические интерференционные WDM

предназначен для пропускания определенной полосы

На основе рассмотренных выше двухполюсных

длин волн с выхода широкополосных источников

интерференционных полосовых волоконно-оптических

излучения в тестируемую WDM систему. Он может

фильтров недавно создан ряд много-входовых

применяться также для настройки центральной длины

селекторов,

которые

уже

применяются

для

волны и

мультиплексирования

и

демультиплексирования

устранения шумов на входе приемника системы передачи

световых волн в ближней инфракрасной области

с большим количеством используемых длин волн.

оптического диапазона. Они строятся на основе

Приведенный фильтр используется для ручной

трехполюсного

делителя

(непоглощающего

настройки центральной длины волны с узкой полосой

интерференционного фильтра), работающего при углах

пропускания в диапазоне около 20 нм в окне 1310 нм и в

падения луча до 45°, с тем чтобы можно было

диапазоне 25 нм в окне 1550 нм. В нем также

использовать как передаваемый, так и отраженный свет.

применяется

тонкопленочный

интерференционный

При таких значениях угла пропускание и отражение

фильтр с твердым покрытием, установленный между

сигнала обычно превышает 85% и 98% соответственно

двумя расположенными под углом волоконно-

что достаточно для обеспечения низких потерь WDM и

оптическими коллиматорами. Посредством поворота

сохранения

присущих

интерференционному

фильтру

ручки точной настройки центральная длина волны может

высоких характеристик на границе разделения длин волн.

быть установлена в пределах 0.05 нм. При этом его

основные параметры (табл. 1.10) практически не

уступают

рассмотренным выше фиксированным

фильтрам.

Очевидно, что введение электрического привода позволяет автоматизировать процесс настройки, однако скорость установки параметров фильтра в этом случае не будет лучше нескольких миллисекунд.

По сравнению с другими перестраиваемыми полосовыми фильтрами настраиваемые фильтры с

На рис. 1.49 показаны два варианта WDM, один из которых представляет собой односторонний фильтр, а

другой — двухсторонний. Поэтому первый передает широкий диапазон волн одному волоконному порту, подавляя смежный диапазон волн второго волоконного порта, причем отношение пропускание/отражение полосы длин волн в данном случае выше, чем может быть достигнуто в стандартных WDM ответви-телях. Второй вариант соответствует классическому WDM, который передает или подавляет оптический сигнал в узкой полосе длин волн и часто используется для выбора одного канала.

Волоконно-оптические -оптические фильтры на основе дифракционных решеток. Типовые параметры

Периодическая волноводная решетка AWG, Принцип действия AWG и параметры.

Интегральная оптика успешно применяется для создания решеток на основе массива планарных волноводов различной длины между двумя планарными линзами смесителями AWG (Arrayed Waveguide Gratings).

Решетки на основе массива волноводов AWG используются для того, чтобы перераспределять сигналы различных длин волн (каналы) между двумя наборами волокон или выделить (демультиплексировать) отдельные каналы составного сигнала в отдельные волокна.

Устройство спектрального разделения на основе AWG состоит из следующих составных элементов: входного магистрального световода, входной фокусирующей системы (объединитель каналов), фазированной (упорядоченной) волноводной решетки, выходной фокусирующей системы (пространственного делителя каналов), отводящих волноводов спектрально разделенных каналов, выходных волноводов.

Волновод

Вход	Входной	Выходной	λn
λ1, λ2, λ3, λ4...λn	звездообразный	звездообразный
	разветвитель пучка	разветвитель пучка	λ1

Рис. 1- Структура AWG демультиплексора

Устройство работает следующим образом. Если на вход планарной структуры подсоединить одномодовый световод и подавать по нему оптические сигналы с несколькими спектральными составляющими (на длинах волн λ1, λ2, λ3,… λn) в магистральный канал, то в первом фокусирующем элементе, выполняющем роль коллиматора, свет равномерно разделится и будет распространяться по канальным волноводам с разными длинами пробега, отличающимися постоянным интервалом. За счет материальной и волноводной дисперсии разные длины волн достигнут второго фокусирующего элемента с разными фазами. В зависимости от фаз световые пучки разных спектральных составляющих, выходящие из этого фокусирующего элемента, будут интерферировать, и создавать равномерное угловое спектральное распределение, направляя различные спектральные составляющие в разные выходящие каналы. К выходным каналам на торцевом конце планарного устройства может быть подсоединена линейка фотодиодов или линейка с встроенными стандартными одномодовыми волокнами для транспортировки оптических сигналов на различных длинах волн к оптоэлектронным блокам.

x0	x1	x2	x3
i –й порт	Массив волноводов		j –й порт

	dw	dout
din

F

T1

T2

T3

Входной, выходной и волноводы массива характеризуют

Всемодовогоустройствополявыполненоbi(x), b0(x)пои bg(x)планарнойсоответственно.

инт грально-оптической					технологии			на
основные конструктивные параметры устройства:
кремниевой			подложке			и	снабжено
- рабочую длину волны λ0;
устройством			стыковки		с
- расстояние между волноводамиотводящимимассиве dw;
волоконными			свет			или	линейкой
- число волноводововодамимассиве K;
фот приемников.				Особенностью			такого
- фокусное		расстояние Lf;
уст	йства		спектрального			разуплотнения
- пространственно				частотный фактор α;
каналов является его работа						в одномодовом
- дифракционный порядок m;
режиме, т.е. все				канальные волноводы
- разница длин волноводов ∆l;
до жны		поддерживать				только		одну
Для	оценки основных конструктивных параметров

продольную оптическую моду.

устройства необходимо знать:

-число каналов N;

-канальный интервал ∆λ;

-эффективные показатели преломления сердцевины и оболочки nc и n0 подложки, и материала линзы ns.

-радиусы модовых полей входных, выходных и

волноводов массива ωi, ω0 и ωg соответственно.

Канальный интервал и число портов

Канальный интервал длины волны ∆λ и число каналов длины волны N - наиболее важные параметры для проектирования AWG мультиплексора. Обычно канальный интервал длины волны ∆λ выбирается согласно ITU - сетки 50 GHz, 100 GHz,

или 200 GHz.

Свободный спектральный диапазон и дифракционный порядок

После получения сведений о величине канального интервала ∆λ и числа каналов длин волн N, можно рассчитать

свободный

спектральный

диапазон

∆λFSR:

FSR N и дифракционный порядок m:

		0
m nc 0	nc N , m floor
		FSR

Различие длины ∆l волноводов массива

Различие длины ∆l между соседними волноводами массива

рассчитывается: l m 0

nc

Фокусное расстояние Lf

Фокусное расстояние линзы Lf можно определить по

следующей формуле: Lf D d

0 C

где С = (0,8…1,2) – коэффициент, учитывающий то, что сигнал имеет распределение Гаусса; (рек C = 1)

D – диаметр выходного пучка (за линзой); D = Kdw d – диаметр входного пучка (перед линзой); d = 2ωi λ – длина волны входного сигнала

Число волноводов в массиве

Число волноводов массива K - не доминирующий параметр устройства AWG, потому что ∆λ и N не зависит от него. Величина K выбирается из условия, чтобы свет, дифрагированный в свободную спектральную область, был собран апертурой массива. Как правило, это число должно быть больше, чем в 2-3 раза дифракционного порядка.

K 2 3 m (рек. K 2.3 m )

Фильтры с регулируемой полосой пропускания, настраиваемые фильтры с интерференционным покрытием. и основные характеристики перестраиваемого оптического фильтра компании DiCon

Интерференционные фильтры могут также использоваться в качестве дешевых узкополосных настраиваемых волоконнооптических фильтров. Выбор длины волны в таких фильтрах может осуществляться с изменением угла наклона плоскости фильтра, его линейным перемещением или вращением (рис. 1.47). При этом настройка фильтра выполняется или вручную посредством микропозиционирующего устройства, или с помощью электрического привода.

При настройке длины волны угловым перемещением центральная длина волны фильтра может быть определена как

где Лц и Лф — центральная длина волны при нормальном падении и при падении под углом <р; к — коэффициент. Здесь следует отметить, что при такой настройке имеют место зависимые от поляризации потери, которые увеличиваются с увеличением угла падения световой волны на фильтр, так как ортогонально поляризованные моды фильтруются по-разному. Однако некоторые методы нанесения покрытия могут уменьшать этот эффект. Переменный фильтр с линейным

перемещением, так же как и с угловым перемещением, обеспечивает низкие вносимые потери, низкий PDL и узкую полосу в области более коротких длин волн [3].

Помимо этого, данные фильтры позволяют осуществлять регулирование полосы пропускания. Так, на рис. 1.48 представлен фильтр, который позволяет осуществлять ручное регулирование в пределах от 0.8 до 3.0 нм на заданной центральной длине волны, например 1560 нм. Данный фильтр отличается малыми габаритами и предназначен для пропускания определенной полосы длин волн с выхода широкополосных источников излучения в тестируемую WDM систему. Он может применяться также для настройки центральной длины волны и

устранения шумов на входе приемника системы передачи с большим количеством используемых длин волн. Приведенный фильтр используется для ручной настройки центральной длины волны с узкой полосой пропускания в диапазоне около 20 нм в окне 1310 нм и в диапазоне 25 нм в окне 1550 нм. В нем также применяется тонкопленочный интерференционный фильтр с твердым покрытием, установленный между двумя расположенными под углом волоконно-оптическими коллиматорами. Посредством поворота ручки точной настройки центральная длина волны может быть установлена в пределах 0.05 нм. При этом его основные параметры (табл. 1.10) практически не уступают рассмотренным выше фиксированным фильтрам.

Очевидно, что введение электрического привода позволяет автоматизировать процесс настройки, однако скорость установки параметров фильтра в этом случае не будет лучше нескольких миллисекунд.

По сравнению с другими перестраиваемыми полосовыми фильтрами настраиваемые фильтры с интерференционным покрытием обеспечивают гибкость в регулировании полосы фильтра от 1 до 10 нм, имеют низкие потери, не превышающие 2-3 дБ в диапазоне настройки, равном 30 нм, и

обеспечивают температурную стабильность выше 0.01 нм/ °С. Кроме того, они значительно дешевле наиболее распространенных акустооптических фильтров и резонаторных фильтров Фабри-Перо.

Акустооптические фильтры, а также резонаторы ФабриПеро как Волоконно-оптические -оптические фильтры.