Волноводные мультиплексоры на основе технологий интегральной оптики

Они основаны на использовании интерференции световых потоков с разными фазовыми сдвигами после прохождения волоконных световодов разной длины. Эти устройства чаще всего используются в качестве коммутаторов, когда необходимо перераспределить каналы с одной длиной волны в другие световоды или ввести в магистральное волокно дополнительные каналы. Схема такого коммутатора мультиплексора показана на рис. 14

Рис. 14

Входные сигналы с длинами волн , сгруппированные в пакеты, по разным волокнам попадают на входной разветвитель, где происходит расщепление каждого из них на N световых потоков. (В данном случае N = 6). Из разветвителя эти потоки попадают в планарные световоды, сформированные методами интегральной оптики на одной пластине. В каждом световоде распространяется излучение всех N длин волн. Длины световодов различны и выбраны таким образом, чтобы излучение различных каналов в результате интерференции на торце выходного разветвителя формировалось в другие, по сравнению с входными, группы. Естественно, все это так просто только на словах, а в действительности требуются сложные расчеты по выбору длин световодов матрицы и формы входного и выходного разветвителей, не говоря уже о собственно технологии изготовления. Такие мультиплексоры называют фазовыми матрицами или фазарами.

Рис. 15

В качестве мультиплексоров/демультиплексоров могут использоваться планарные световоды, изготовленные по схеме интерферометра Маха — Цандера. Цепочку соединенных последовательно таких световодов применяют для ввода — вывода сигналов отдельных каналов. Достоинство их в том, что матрица мультиплексора может быть изготовлена методом интегральной оптики на одной подложке.

О мультиплексорах, как, впрочем, и о любом другом компоненте системы DWDM, можно написать отдельную большую книгу. Поэтому здесь расскажем только о частотном плане современных систем, поскольку именно благодаря параметрам современных мультиплексоров удалось реализовать сам принцип плотного волнового уплотнения.

Мультиплексор 1х8 производства фирмы Har-monic показан на рис. 15.

Фотоприемники

Собственно, при создании фотоприемников систем DWDM не решались какие то особые, не присущие ВОЛС задачи. Уже сейчас в обычных одноканальных ВОЛС реализуются скорости до 10 Гбит/с. Дальнейшее увеличение скорости ограничивается скоростью рекомбинации носителей и толщиной p — n перехода собственно фотодетектора. При такой полосе сложно было обеспечить линейность АЧХ и достаточно высокий коэффициент усиления последетекторного усилителя. Однако применение МОП транзисторов и новой технологии интегральных микросхем позволило решить эту задачу. Но в принципе, изложение физики фотодетекторов и схемотехники линейных сверхширокополосных усилителей выходит за рамки этой статьи. Что в современных фотодетекторах используется внутренний фотоэффект, читатели представляют, а для рассказа о выборе веществ для формирования АIIIRV структур, обеспечивающих необходимое быстродействие и требуемый рабочий спектральный диапазон, здесь недостаточно места. Для любознательных читателей можем порекомендовать фундаментальный труд Ф.Капассо и др. "Техника оптической связи. Фотоприемники" /13/. С момента выхода в свет этой книги никаких принципиальных открытий в области фотодетекторов фотоприемников ВОСПИ сделано не было; знакомство с ней поможет полностью понять физику явлений в фотоприемниках ИК- диапазона.

Частотный план систем DWDM

Как уже отмечалось выше, попытки использовать спектральное уплотнение каналов для увеличения суммарной скорости передачи в волокне делались достаточно давно, более 15 лет назад. Вначале объединяли диапазоны 850 нм и 1310 нм, потом — 1310 и 1550 нм. Совместное использование этих диапазонов и сейчас предлагают многие стандартные системы SDH. Однако в дальнейшем, с развитием технологии производства лазеров, усилителей и мультиплексоров, открылись возможности формировать несколько десятков каналов в одном волокне, в диапазоне 1550 нм.

Чтобы обеспечить взаимную совместимость оборудования различных производителей было предложено стандартизировать номинальный ряд оптических несущих, т.е. создать канальный или частотный план. Эту задачу решил сектор стандартизации Международного союза электросвязи (МСЭ), разработав стандарт ITU — Rec. G.692. Первоначально в основу проекта стандарта был положен канальный план с равномерным расположением несущих частот каналов, с их разносом на 0,1 ТГц (100 ГГц). Выбранному спектральному диапазону длин волн, от 1528,77 нм до 1569,59 нм, соответствует область частот шириной 5,1 ТГц. При выборе постоянного шага равного 100 ГГц, в этом диапазоне можно максимально разместить 51 канал. При этом шаг по длине волны получается разным — от 0,78 нм до 0,821 нм (или в среднем 0,8 нм).

Однако в дальнейшем выяснилось, что целый ряд производителей разработал оборудование, способное формировать и выделять оптические несущие, отстоящие друг от друга на 50 ГГц (0,4 нм). В то же время, для многих приложений не требуется такого плотного заполнения рабочего диапазона и расстояние между каналами можно увеличить до 200 и даже 400 ГГц. Таким образом, окончательная версия стандарта ITU G.692 разрешает расстановку каналов с шагом 50, 100, 200 и 400 ГГц (соответственно 0,4; 0,8; 1,6 и 3,2 нм по длине волны).

При шаге в 0,4 нм в диапазоне 1529 — 1565 нм удается разместить до 102 каналов.

Многие компании уже сейчас думают над увеличением числа каналов в одном волокне, в первую очередь, за счет расширения рабочего диапазона "вправо" до 1612 нм. Это так называемое 4-ое окно прозрачности кварцевого волокна. Правда, при этом потребуются сверхширокополосные оптические усилители с полосой 10,2 ТГц (84 нм). Это могут быть усилители с использованием мощных источников накачки или тулиевые усилители (TDFFA), работающие в диапазоне 1460 нм и 1650 нм.