DĖL DWDM / CWDM PRIEMONIŲ, PAGAL BCB POLIMERĄ, ARVYTINŲ WAVEGUIDE GRATYMŲ (AWG)
1. ĮVADAS
Bangos ilgio dalijimasis (WDM) yra metodas, kuriuo galima išnaudoti didžiulį optoelektroninio pralaidumo nesutapimą reikalaujant, kad kiekvieno galutinio vartotojo įranga veiktų tik elektroniniu greičiu, tačiau keli WDM kanalai iš skirtingų galutinių vartotojų gali būti multipleksuojami tuo pačiu pluoštu. .
Yra dvi WDM metro tinklų alternatyvos: tankus WDM (DWDM) ir šiurkštus WDM (CWDM). Didelės talpos aplinkoje naudojamas DWDM. DWDM, kanalų atskyrimas gali būti toks mažas kaip 0,8 arba 0,4 nm, iki 80 optinių kanalų, esant linijų greičiui iki 10 Gbps. DWDM technologijos yra labai brangios, todėl jas sunku pritaikyti prieigos tinkluose. Vietoj to, CWDM susijungia kaip tvirtas ir ekonomiškas sprendimas. CWDM technologijos pranašumas yra pigūs optiniai komponentai. CWDM siūlo sprendimus 850, 1300 ir 1 500 nm taikymui 10 ir 40 Gbps greičiu iki 15 optinių kanalų, esančių 20 nm atstumu. Ir CWDM, ir DWDM technologijos turi savo vietą dabartinėje ir besiformuojančioje metro tinklo infrastruktūroje. Kai šios technologijos naudojamos kartu su atitinkamais optiniais pluoštais, ekonominė nauda, padedanti sumažinti sistemos sąnaudas, yra didžiulė.
Masyviosios bangos kreipiamosios grotelės (AWG) yra vienas iš perspektyviausių daugialypės / demultiplekserio įtaisų WDM sistemoje dėl mažo įterpimo praradimo, aukšto stabilumo ir mažų sąnaudų. Pirmą kartą 1988 m. Smithas pasiūlė masyvų bangų kreipiamąjį grotelį kaip WDM problemos sprendimą, o vėlesniais metais jį išplėtė Takahashi [kuris pranešė apie pirmuosius prietaisus, veikiančius ilgio bangos ilgio lange. „Dragonet.ex“ išplėtė koncepciją nuo 1 x N demultiplekserių iki N x N bangos ilgio maršrutizatorių, kurie vaidina svarbų vaidmenį taikant daugelio bangų ilgio tinklą.
Pagrindinis AWG pranašumas yra tas, kad jo kaina nepriklauso nuo bangos ilgio skaičiaus, kaip dielektrinio filtro tirpale. Todėl jis tinka didmiesčių programoms, kurioms reikalingas ekonomiškas didelių bangų ilgių skaičiavimas. Kitas AWG pranašumas yra lankstumas renkantis kanalo numerį ir kanalų tarpus, todėl panašiu būdu gali būti gaminamos ir įvairios AWG rūšys.
Polimerai suteikia puikų potencialą pigių WDM komponentų gamybai, nes juos galima lengvai gaminti žemoje temperatūroje ant įvairių rūšių pagrindų. Polimeriniai AWG multi / demultiplekseriai sulaukė daug dėmesio dėl jo lengvo pagaminimo, mažų sąnaudų ir galimybės integruotis su kitais prietaisais, tokiais kaip polimeriniai termooptiniai jungikliai, skirti papildomam multiplekseriui pritaikyti.
Kadangi benzoCilbuteno (BCB4024-40) polimeras turi keletą privalumų, tokių kaip mažas dvigubo suskaidymo laipsnis, geras šiluminis stabilumas ir maža bangų ilgio dispersija, jis buvo pasirinktas kaip pagrindinė medžiaga šiame projekte. BCB polimeras tampa patrauklia medžiaga ir buvo naudojamas gaminant įvairius optinius įtaisus, pavyzdžiui, optinius perjungimus, polimerinius optinius bangų kreipiklius ir daugiamodelius optinius skirstytuvus.
Šiame darbe bus pateiktas siūlomas 4 × 4 kanalų įprastų AWG, galinčių veikti esant centriniam bangos ilgiui 1,55 μm, kai kanalų atstumas yra 100 GHz ir 1200 GHz, pagrindu polimeras BCB-4024, kurio lūžio rodiklis yra 1,5556.
2. PAGRINDINIS VEIKIMAS
Paprastai AWG įrenginys tarnauja kaip multiplekseriai, demultipleksoriai, filtrai ir papildomi įrenginiai optinėse WDM programose. 1 paveiksle parodytas AWG demultiplekserio scheminis schema. Prietaisą sudaro trys pagrindinės dalys, kurios yra daugybė įvesties ir išvesties bangų kreiptuvų, du plokštuminiai banguotosios eguido žvaigždžių jungtys (arba laisvojo sklidimo sritis (FPR)), sujungtos dispersine bangų kreipiamąja masyve, vienodo ilgio skirtumu tarp gretimų bangų kreiptuvų. AWG multiplekserio / demultiplekserio veikimo principas aprašytas taip.
1 pav. AWG demultiplekserio struktūra
DWDM / CWDM signalas, paleistas į vieną iš įėjimo bangos kreiptuvų, bus difrakcionuotas pirmoje plokštės srityje ir sujungtas su masyviu bango vadovu pirmuoju FPR. Masyvo bangų kreiptuvų ilgis suprojektuotas taip, kad optinio kelio ilgio skirtumas (ΔL) tarp gretimų matricos bangų kreiptuvų būtų lygus sveikam skaičiui (m) iš demultiplekserio centrinės bangos ilgio (λc). Dėl to lauko pasiskirstymas įvesties angoje bus atkuriamas išėjimo angoje. Todėl, esant šio bangos ilgiui, šviesa sufokusuojama vaizdo plokštumos centre (su sąlyga, kad įvesties bangos kreiptuvas yra įvesties plokštumos centre).
Jei įvesties bangos ilgis atitrūksta nuo šio centrinio bangos ilgio, masyvo šakose įvyksta fazių pokyčiai. Dėl nuolatinio kelio ilgio skirtumo tarp gretimų bangų kreiptuvų šis fazės pokytis tiesiškai padidėja nuo vidinio iki išorinio bangos kreipiamųjų, todėl bangos frontas pasislenka ties išėjimo anga. Taigi židinio taškas vaizdo plokštumoje pasislenka nuo centro. Padėjus imtuvo bangos kreipiklius tinkamose vietose išilgai vaizdo plokštumos, gaunamas skirtingų bangos ilgio kanalų erdvinis atskyrimas.
3. DIZAINAS
DWDM, kurio centrinis bangos ilgis yra 1,55 μm, 4 × 4 kanalų AWG schema parodyta 2 paveiksle. Įvesties ir išvesties prievadų padėtis yra simetriškai suformuotos, kurios yra tapačios. Projektavimo įrankis „WDM_PHASAR“ iš „Optiwave®“ buvo naudojamas projektuojant dviejų tipų 4 kanalų AWG, veikiančius esant 1,55 μm centriniam bangos ilgiui, o kanalų atstumas yra 0,8 nm ir 9,6 nm, atitinkamai DWDM ir CWDM.
BCB polimero šerdies lūžio rodiklis esant 1,55 μm yra 1,5556. Apvalkalas yra ORMOCER, kurio lūžio rodiklis yra 1,537, o pagrindas yra silicis, plačiai naudojamas mikroelektronikoje ir integruotoje grandinėje. ORMOCER (ORganically MOdified CERramics) yra fotopatvirti neorganinių ir neorganinių kopolimerų, pasižyminčių neigiama pasipriešinimo savybėmis. Šerdies dydis yra 3 μm x 4 μm su palaidotu tipo bangolaidžiu, kaip pavaizduota 3 paveiksle. Suprojektuotas įėjimo / išėjimo angų atskyrimas yra 250 μm su 100 μm jungties poslinkiu, kad būtų galima pigmentacijai prie pluošto juostos.
Visi AWG projektiniai parametrai yra išvardyti 1 ir 2 lentelėse, kai centrinis bangos ilgis yra 1,55 μm, o kanalų atstumas yra atitinkamai 100 GHz ir 1200 GHz. Projektuojant lūžio rodiklio kontrastas tarp šerdies ir apvalkalo yra gana didelis (~ 1,2%), dėl kurio susidaro mažas lenkimo spindulys ir tai daro įtaką mažam drožlių dydžiui. Tačiau padidėja jungties nuostoliai tarp bangolaidžio ir pluošto, atsirandantys dėl režimo ir lauko neatitikimo. Bendras AWG su 100 GHz tarpais įrenginio dydis yra 21,5 x 10 mm2, o AWG - su 1200 GHz tarpais - 17,8 x 5 mm2. Šis skirtumas yra dėl to, kad kelio ilgio padidėjimas AWG su 100GHz tarpais yra didesnis nei AWG su 1200GHz tarpais tuo pačiu orientacijos kampu.
4. REZULTATAI IR Diskusijos
AWG modeliavimo rezultatas, kai kanalų atstumas yra 0,8 nm, parodytas 4 paveiksle. Tai rodo 4 kanalų išėjimo bangolaidžių išėjimo pasiskirstymą. Išvesties kanalai yra atitinkamai 1549,04 nm (λ1), 1549,872 nm (λ2), 1549,872 nm (λ3) ir 1550,704 nm (λ3) bei 1551,360 nm (λ4) bangų ilgiuose, kurie rodo imituojamą kanalo atstumą 0,832 nm. Taigi kiekvieno kanalo išėjimo bangos ilgis atitiko ITU specifikacijas, net ir šiek tiek pasislinkus 0,032 nm, kuris yra per mažas ir kurio galima nepaisyti. Tačiau maksimalus 5,04 dB įterpimo nuostolis yra 4 kanale, o mažiausias - 3,88 dB. Įterpimo nuostolis yra 2 kanale. Šaldymo kliūtis yra mažesnė kaip –32,77 dB.
3 lentelėje pateikti apskaičiuoti AWG išėjimo parametrai su 0,8 nm kanalų atstumu. Šios vertės buvo apskaičiuotos, kai dažnių juostos plotis yra -3 dB. Pralaidumo lygis naudojamas kaip nuoroda juostos pločiui apibrėžti.
AWG, kurio atstumas tarp kanalų yra 9,6 nm, modeliavimo rezultatas parodytas 5 paveiksle. Keturių išėjimo bangų ilgis λ1, λ2, λ3 ir λ4 yra atitinkamai 1542 nm, 1552 nm, 1562 nm ir 1572 nm. Tarpas tarp kanalų yra 10 nm, tai šiek tiek skiriasi nuo projektinio įvesties parametro, kuris yra 9,6 nm. Tuo tarpu maksimalus 6,63 dB įterpimo nuostolis yra 1 kanale, o mažiausias 5,30 dB įterpimo nuostolis yra 3 kanale. Viršutinė dalis yra mažesnė nei -23 dB.
5 pav. 4 kanalų AWG išvesties spektriniai atsakai su 1200 GHz kanalų atstumu
4 lentelėje pateikiami apskaičiuoti AWG išėjimo parametrai su 9,6 nm kanalų atstumu. Šios vertės buvo apskaičiuotos, kai dažnių juostos plotis yra -3dB. Gauta atstumo tarp kanalų vertė yra 10 nm, kuri yra CWDM taikymo diapazone. Remiantis modeliavimo rezultatais, mes sužinojome, kad šie AWG gali tinkamai veikti DWDM ir CWDM sistemose.
5. VEIKLOS PALYGINIMAS
AWG polimerinio multiplekserio sukūrimas sudomino daugelį tyrėjų. Pirmasis AWG polimeras, parodytas Hida ir kt., Ant silikono pagrindo deuterizuotą fluoro metakrilatą (d-PFMA). Tačiau šis AWG veikė tik esant 1300 nm langui, kai tik šiek tiek 0,03 nm poliarizacijos priklausomybė. Watanabe et al. Pranešė, kad 16 kanalų polimerinis AWG, veikiantis 1550 nm bangos ilgiu, buvo realizuotas naudojant silikono dervos bangolaidį. Šio AWG multiplekserio įterpimo nuostoliai yra nuo 9 iki 13 dB, skerspjūvis mažesnis nei –20 dB ir mažas poliarizacijos laipsnis priklauso nuo bangos ilgio poslinkio.
Liūtas [19] pademonstravo 2 x 8 AWG polimerą, pagrįstą CWDM (20 nm), kurio centro bangos ilgis yra 1520 nm, o bendras prietaiso dydis yra 23 mm x 2,5 mm. Nustatyta, kad įterpimo nuostoliai ir pertraukimas yra atitinkamai apie 7 dB ir -30 dB. Kita vertus, Razali [pasiūlė 4 x 4 AWG polimerą, kurio atstumas buvo 0,8 nm (DWDM), veikiantį 1570 nm centro bangos ilgį. Įtaiso įterpimo nuostoliai yra 3 dB, o skerspjūvio lygis mažesnis kaip -30 dB. Įrenginio dydis yra 31 mm x 9 mm.
Šiame darbe siūlomi 4 x 4 AWG polimerai, veikiantys esant 1550 nm centriniam bangos ilgiui, kai kanalų atstumas yra 0,8 nm ir 9,6 nm. Pastebėta, kad atitinkamo atstumo tarp kanalų įterpimo nuostoliai yra atitinkamai –5 dB ir –6 dB, o pertraukimo laipsnis yra atitinkamai –33 dB ir –23 dB. Bendras prietaiso dydis yra 21,5 mm x 10 mm, kai atstumas yra 0,8 nm, ir 17,8 mm x 5 mm, jei atstumas yra 9,6 nm. Neišvengiamai tai rodo, kad CWDM ir DWDM taikymo AWG gali būti realizuojami naudojant pagrindinę medžiagą BCB 4024-40 polimerą.
6. IŠVADA
Pateikti AWG, pagrįsti BCB polimeru, pritaikymui DWDM / CWDM. Įrodyta, kad du keturių kanalų AWG projektai, kurių skerspjūvio lygis yra mažesnis nei -32 dB ir-23 dB, veikia 1550 nm ryšio lange, naudojant DWDM ir CWDM. Galima daryti išvadą, kad BCB polimeras gali būti laikomas tinkamu kandidatu plėtoti AWG, nes jis rodo gerus DWDM ir CWDM taikymo rezultatus.
