DYLUNIO GRATIO WAVEGUIDE ARRAYED (AWG) AR GYFER CEISIADAU DWDM / CWDM YN SEILIEDIG AR BCB POLYMER
1. CYFLWYNIAD
Mae amlblecsio rhannu tonfedd (WDM) yn ddull a all ecsbloetio'r camgymhariad lled band opto-electronig enfawr trwy fynnu bod offer pob defnyddiwr terfynol yn gweithredu ar gyfradd electronig yn unig, ond gellir amlblecsio sianeli WDM lluosog o wahanol ddefnyddwyr terfynol ar yr un ffibr. .
Mae dau ddewis arall ar gyfer rhwydweithiau metro WDM: WDM trwchus (DWDM) a WDM bras (CWDM). Mewn amgylcheddau capasiti uchel, defnyddir DWDM. Yn DWDM, gall gwahaniad y sianel fod mor fach â 0.8 neu 0.4 nm, ar gyfer hyd at 80 o sianeli optegol ar gyfraddau llinell hyd at 10 Gbps. Mae technolegau DWDM yn ddrud iawn, felly mae'n anodd ei gymhwyso i rwydweithiau mynediad. Yn lle, mae CWDM yn uno fel datrysiad cadarn ac economaidd. Mae mantais technoleg CWDM yn gorwedd yn ei gydrannau optegol cost isel. Mae CWDM yn cynnig atebion ar gyfer cymwysiadau 850, 1,300, a 1,500 nm ar 10 a 40 Gbps ar hyd at 15 o sianeli optegol wedi'u rhychwantu 20 nm oddi wrth ei gilydd. Mae gan dechnoleg CWDM a DWDM eu lle yn y seilwaith metro-rwydwaith cyfredol ac sy'n dod i'r amlwg. Pan ddefnyddir y technolegau hyn mewn cyfuniad â ffibrau optegol priodol, mae'r buddion economaidd, sy'n helpu i ostwng costau system, yn sylweddol.
Mae gratio canllaw tonnau wedi'i arafu (AWG) yn un o'r dyfeisiau mwyaf addawol ar gyfer aml / demultiplexer yn system WDM oherwydd ei golled mewnosod isel, sefydlogrwydd uchel a chost isel. Cynigiwyd datrysiad i'r broblem WDM yn gyntaf gan Smith ym 1988, a chafodd ei ddatblygu ymhellach yn y blynyddoedd canlynol gan Takahashi [a nododd y dyfeisiau cyntaf sy'n gweithredu yn y ffenestr tonfedd hir. Fe wnaeth Dragonet.extended the cysyniad o 1 x N demultiplexers i N x N llwybryddion lengt tonnau sy'n chwarae rhan bwysig wrth gymhwyso rhwydwaith aml-donfedd.
Mantais allweddol yr AWG yw nad yw ei gost yn dibynnu ar gyfrif tonfedd fel yn yr hydoddiant hidlo dielectrig. Felly mae'n gweddu i gymwysiadau metropolitan sy'n gofyn am gost-effeithiol cyfrif tonfedd fawr. Mantais arall yr AWG yw'r hyblygrwydd o ddewis rhif ei sianel a bylchau ei sianel ac, o ganlyniad, gellir llunio gwahanol fathau o AWG mewn modd tebyg.
Mae polymerau yn cynnig potensial rhagorol ar gyfer gwireddu cydrannau WDM cost isel oherwydd gellir eu saernïo'n hawdd ar dymheredd isel ar wahanol fathau o swbstradau. Mae aml / demultiplexers AWG polymerig wedi denu llawer o sylw oherwydd ei wneuthuriad hawdd, cost isel, a photensial integreiddio â dyfeisiau eraill fel switshis thermo-optig polymer ar gyfer cymwysiadau amlblecsydd ychwanegu-gollwng.
Gan fod polymer BenzoCylobutene (BCB4024-40) yn cynnig rhai manteision megis birefringence isel, sefydlogrwydd thermol da a gwasgariad tonfedd isel, fe'i dewiswyd fel deunydd craidd yn y prosiect hwn. Mae polymer BCB yn dod yn ddeunydd deniadol ac fe'i defnyddiwyd ar gyfer saernïo amrywiol ddyfeisiau optegol, er enghraifft, newid optegol, canllaw tonnau optegol polymerig a holltwr optegol ymyrraeth amlfodd.
Yn y papur hwn, cyflwynir dyluniad arfaethedig o AWG confensiynol 4 × 4 sianel sy'n gallu gweithredu ar donfedd ganolog o 1.55 μm gyda bylchau sianel o 100 GHz a 1200 GHz yn seiliedig ar bolymer BCB-4024 gyda mynegai plygiannol o 1.5556.
2. GWEITHREDIAD SYLFAENOL
Yn gyffredinol, mae dyfais AWG yn gwasanaethu fel amlblecswyr, demultiplexers, hidlwyr a dyfeisiau ychwanegu mewn cymwysiadau WDM optegol. Mae Ffigur 1 yn dangos cynllun sgematig o demultiplexer AWG. Mae'r ddyfais yn cynnwys tair prif ran sy'n ganllawiau tonnau mewnbwn ac allbwn lluosog, dau gwplwr seren slab wav eguide (neu ranbarth lluosogi am ddim (FPR)), wedi'u cysylltu gan arae canllaw tonnau gwasgarog gyda'r gwahaniaeth hyd cyfartal rhwng canllawiau tonnau cyfagos. Disgrifir egwyddor gweithrediad amlblecsydd / demultiplexer AWG fel a ganlyn.
Ffigur 1. Strwythur demultiplexer AWG
Bydd signal DWDM / CWDM a lansir yn un o'r canllawiau tonnau mewnbwn yn cael ei wahaniaethu yn y rhanbarth slabiau cyntaf a'i gyplysu i'r tonnau tonnau arae gan y FPR cyntaf. Dyluniwyd hyd y canllawiau tonnau arae fel bod y gwahaniaeth hyd llwybr optegol (ΔL) rhwng canllawiau tonnau arae cyfagos yn hafal i luosrif (m) lluosrif tonfedd ganolog (λc) y demultiplexer. O ganlyniad, bydd dosbarthiad y cae yn yr agorfa fewnbwn yn cael ei atgynhyrchu yn yr agorfa allbwn. Felly, ar y donfedd ganol hon, mae'r golau'n canolbwyntio yng nghanol yr awyren ddelwedd (ar yr amod bod y canllaw tonnau mewnbwn wedi'i ganoli yn yr awyren fewnbwn).
Os yw'r donfedd fewnbwn yn cael ei thynnu o'r donfedd ganolog hon, mae newidiadau cyfnod yn digwydd yn y canghennau arae. Oherwydd y gwahaniaeth cyson rhwng hyd y llwybr rhwng canllawiau tonnau cyfagos, mae'r newid cam hwn yn cynyddu'n llinol o'r canllawiau tonnau arae mewnol i allanol, sy'n achosi i flaen y don gael ei gogwyddo yn yr agorfa allbwn. O ganlyniad, mae'r canolbwynt yn yr awyren ddelwedd yn cael ei symud i ffwrdd o'r canol. Trwy osod canllawiau tonnau derbynnydd mewn safleoedd cywir ar hyd yr awyren ddelwedd, ceir gwahaniad gofodol y gwahanol sianeli tonfedd.
3. DYLUNIO
Dangosir cynllun sgematig yr AWG sianel 4 × 4 ar gyfer DWDM gyda thonfedd ganolog o 1.55 μm yn Ffigur 2. Mae lleoliad porthladd mewnbwn a phorthladd allbwn wedi'i ffurfio'n gymesur, sy'n union yr un fath. Defnyddiwyd offeryn dylunio WDM_PHASAR o Optiwave®, i ddylunio dau fath o 4 sianel AWG sy'n gweithredu ar donfedd ganolog o 1.55 μm, gyda bylchau sianel o 0.8 nm a 9.6 nm, ar gyfer cymwysiadau DWDM a CWDM, yn y drefn honno.
Mynegai plygiannol craidd polymer BCB ar 1.55 μm yw 1.5556. Mae'r cladin yn ORMOCER sy'n cael mynegai plygiannol o 1.537, tra bod y swbstrad yn silicon sydd wedi'i ddefnyddio'n helaeth mewn cylched microelectroneg ac integredig. Mae ORMOCER (CERramics MOganedig ORganically) yn gopolymerau anorganig anorganig y gellir eu ffotopatternable gydag ymddygiad gwrthsefyll negyddol. Y maint craidd yw 3 μm x 4 μm gyda thonguide claddedig, fel y dangosir yn Ffigur 3. Dyluniwyd gwahaniad porthladd mewnbwn / allbwn i fod yn 250 μm gyda chysylltiad 100 μm wedi'i wrthbwyso ar gyfer pigtailing i ruban ffibr.
Rhestrir yr holl baramedrau dylunio yn Nhabl 1 a Thabl 2 ar gyfer AWG, tonfedd ganolog o 1.55 μm gyda bylchau sianel o 100 GHz a 1200 GHz, yn y drefn honno. Yn y dyluniad, mae'r cyferbyniad mynegai plygiannol rhwng craidd a chladin yn eithaf mawr (~ 1.2%), sy'n arwain at radiws plygu bach ac yn cyfrannu at faint sglodion bach. Fodd bynnag, mae'r golled gyplu rhwng tonnau tonnau a ffibr sy'n deillio o gamgymhariad maes modd yn cynyddu. Cyfanswm maint y ddyfais ar gyfer AWG gyda bylchau 100 GHz yw 21.5 x 10mm2 a 17.8 x 5 mm2 ar gyfer AWG gyda bylchau 1200 GHz. Mae'r gwahaniaeth hwn oherwydd cynyddiad hyd llwybr yn AWG gyda bylchau 100GHz yn fwy nag AWG gyda bylchau 1200GHz gyda'r un ongl cyfeiriadedd.
4. CANLYNIADAU A THRAFODAETH
Dangosir canlyniad efelychu AWG gyda bylchau sianel o 0.8 nm yn Ffigur 4. Mae'n dangos dosbarthiad allbwn y tonnau tonnau allbwn 4 sianel. Mae'r sianeli allbwn ar donfeddi 1549.04 nm (λ1), 1549.872 nm (λ2), 1550.704 nm (λ3) a 1551.360 nm (λ4) yn y drefn honno, sy'n dynodi bylchau efelychiedig y sianel o 0.832 nm. Felly, roedd tonfedd allbwn pob sianel yn dilyn manyleb ITU, hyd yn oed mae'n cael ei symud ychydig 0.032 nm sy'n rhy fach ac y gellir ei esgeuluso. Fodd bynnag, mae'r golled fewnosod uchaf o 5.04 dB yn sianel 4 ac mae'r golled fewnosod leiaf o 3.88 dB yn sianel 2. Mae'r crosstalk yn llai na -32.77 dB.
Mae Tabl 3 yn dangos paramedrau allbwn cyfrifedig AWG gyda bylchau sianel 0.8 nm. Mae'r gwerthoedd hyn wedi'u cyfrifo ar lefel lled band o -3 dB. Defnyddir y lefel lled band fel y cyfeiriad i ddiffinio'r lled band.
Ar gyfer AWG gyda bylchau sianel o 9.6 nm, dangosir canlyniad yr efelychiad yn Ffigur 5. Mae'r pedair tonfedd allbwn λ1, λ2, λ3 a λ4 ar 1542 nm, 1552 nm, 1562 nm a 1572 nm, yn y drefn honno. Y canlyniad ar gyfer bylchau sianel yw 10 nm sydd ychydig yn wahanol i'r paramedr mewnbwn dylunio, sef 9.6 nm. Yn y cyfamser, mae'r golled fewnosod uchaf o 6.63 dB yn sianel 1 ac mae'r golled fewnosod leiaf o 5.30 dB yn sianel 3. Mae'r crosstalk yn llai na -23 dB.
Ffigur 5. Ymatebion sbectrol allbwn AWG 4 sianel gyda bylchau sianel 1200 GHz
Mae Tabl 4 yn dangos paramedrau allbwn cyfrifedig AWG gyda bylchau sianel 9.6 nm. Mae'r gwerthoedd hyn wedi'u cyfrifo ar lefel lled band o -3dB. Y gwerth ar gyfer bylchau sianel a gafwyd yw 10 nm sydd yn yr ystod o gymwysiadau CWDM. Gan gadw at y canlyniadau efelychu, gwelsom y gall yr AWGs hyn weithio'n iawn yn system DWDM a CWDM.
5. CYMHARIAETH PERFFORMIAD
Mae datblygu amlblecsydd polymer AWG wedi dod yn ddiddordeb i lawer o ymchwilwyr. Yr AWG polymer cyntaf a ddangoswyd gan Hida et al yn cymhwyso fflworo-methacrylate deuterated (d-PFMA) ar swbstrad silicon. Fodd bynnag, dim ond ar ffenestr 1300 nm yr oedd yr AWG hwn yn gweithredu gyda rhywfaint o ddibyniaeth polareiddio mor fach â 0.03 nm. Adroddodd Watanabe et al bod 16 o sianeli polymerig AWG a weithredwyd ar 1550 nm wedi'u gwireddu gan ddefnyddio tonnau tonnau resin silicon. Mae gan yr amlblecsydd AWG hwn golled mewnosodiad yn yr ystod o 9 i 13 dB, crosstalk llai na –20 dB a shifft tonfedd ddibynnol polareiddio isel.
Dangosodd Leo [19] bolymer 2 x 8 AWG yn seiliedig ar CWDM (20 nm) ar donfedd ganol 1520 nm gyda chyfanswm maint y ddyfais o 23 mm x 2.5 mm. Gwelir bod y golled mewnosod a'r crosstalk oddeutu 7 dB a -30 dB, yn y drefn honno. Ar y llaw arall, gweithredodd Razali [polymer AWG 4 x4 arfaethedig gyda bylchau 0.8 nm (DWDM) ar donfedd canol o 1570 nm. Mae gan y ddyfais golled fewnosod o 3 dB a lefel crosstalk llai na -30 dB.Mae maint y ddyfais yn 31 mm x 9 mm.
Yn y papur hwn, y dyluniadau arfaethedig yw polymer 4 x 4 AWG a weithredir ar donfedd ganolog o 1550 nm gyda bylchau sianel o 0.8 nm a 9.6 nm. Sylwir mai colledion mewnosod y bylchau sianel cyfatebol yw -5 dB a -6 dB, yn y drefn honno a lefel y crosstalk yw -33 dB a -23 dB, yn y drefn honno. Cyfanswm maint y ddyfais yw 21.5 mm x 10 mm ar gyfer bylchau 0.8 nm a 17.8 mm x 5 mm ar gyfer bylchau 9.6 nm. Yn anochel, mae hyn yn dangos y gellir gwireddu'r AWGs ar gyfer cymhwysiad CWDM a DWDM trwy ddefnyddio polymer BCB 4024-40 fel y deunydd arweiniol.
6. CASGLIAD
Mae AWGs yn seiliedig ar bolymer BCB ar gyfer cymwysiadau yn DWDM / CWDM wedi'u cyflwyno. Dangoswyd bod dau ddyluniad o bedair sianel AWG gyda lefel crosstalk islaw-32 dB a-23 dB yn gweithredu mewn ffenestr gyfathrebu 1550 nm ar gyfer cymhwysiad DWDM a CWDM. Gellir dod i'r casgliad y gellir ystyried polymer BCB fel ymgeisydd addas ar gyfer datblygu AWG gan ei fod yn dangos perfformiad da ar gyfer cymwysiadau DWDM a CWDM.
