11.1.6. Технологии и схемы реализации мультиплексных модулей wdm

Первые мультиплексоры класса WDM, как известно, использовались для мультиплексирования двух несущих 2-го и 3-го окон прозрачности - 1310 и 1550 нм, расстояние между которыми 240 нм было настолько большим, что при реализации не требовалось специальных фильтров для их раз­деления. Дальнейшие усилия, направленные на улучшение селективности (уменьшение разноса каналов) при использовании традиционной технологии оптических фильтров на базе дискретной оптики позволили достичь следующих результатов:

• разнос каналов - 20-30 нм;

• переходное затухание между каналами 20 дБ;

• уровень вносимых потерь - 2-4 дБ.

Это позволило формировать не более 4 каналов во 2-м окне прозрачности в 1987-1990 гг. [170]. В 1996-1999 гг. произошел существенный прорыв в технологии мультиплексирования, обу­словленный с одной стороны переходом к интегральным оптическим технологиям, с другой - ми­ниатюризацией и улучшением качества изготовления элементов традиционной дискретной опти-ки. появлением промышленной микрооптики.

Ниже кратко рассмотрены основные технологии мультиплексирования-демультиплек­сирования. Учитывая, что процедуры мультиплексирования и демультиплексирования взаимно

обратные и мультиплексор выполняет те же функции, что и демультиплексор, если заменить вход на выход, поэтому мы будем рассматривать только демультиплексоры.

Все демультиплексоры можно разделить на два больших класса: демультиплексоры на микрооптических устройствах и на оптоволоконных направленныхразветвителях [341].

Первый класс устройств использует микрооптику для реализации двух основных техно-лоОгий мультиплексирования, основанных на разделении несущих с помощью фильтрации на ос­нове:

• интерференционных фильтров;

• явления угловой дисперсии.

11.1.6.1. Технология мультиплексирования на основе интерференционных фильтров

Технология на основе интерференционные фильтры наиболее старая и известная, так как исполь­зует известные принципы работы резонатора Фабри-Перо, рассмотренные в разд. 10.5.3.

Так как один интерференционный фильтр разделяет поток Х\, ... , К_п на два по­тока: т.е. способен выделить только одну несущую из многоволнового потока, то для демультиплексирования п не­сущих необходимо установить п фильтров. Схема такого демультиплексора на 4 длины волны приведена на рис. 11-4. Из него вид­но, что эти фильтры сформированы (напы­лены) по обе стороны стеклянного блока (плоскопараллельной пластины, служащей для отражения непроходящего через фильтр потока) и снабжены специальными линзами для коллимации* и фокусировки светового потока. В данной конструкции для этой цели используются так называемые оптоволо­конные GRIN-линзы*.

Нужно учитывать, что затухание та­ких фильтров на центральной частоте поло­сы пропускантя достаточно велико, что де­лает целесообразным их использование в WDM с 4-8 каналами.

Рис. 11-4. Схема демультиплексора WDM на интерференционных фильтрах

11.1.6.2. Технология мультиплексирования на основе явления угловой дисперсии

Эта технология использует совершенно другие физические принципы: входной коллимированный пучок, падающий на диспергирующий элемент, разделяется им на несколько пучков, в зависимо­сти от длины волны несущих. Эти пучки, расходящиеся под различными углами, фокусируются и собираются отдельными оптическими элементами. На выходе (в фокальной плоскости) этих эле­ментов формируются изображения входного пучка, размеры которых юстируются так, чтобы они соответствовали диаметру сердцевины выходного ОВ. Существует ряд проблем в получении нуж­ного четкого изображения выходного пучка, обсуждение которых можно найти в [341]. В качестве диспергирующих элементов могут быть использованы:

- призмы, как проходные, так и отражательные {схема Литтроу* - Littrow - более предпочти­ тельна, так как позволяет использовать один комплект линз и уменьшить габариты устройств);

- дифракционные решетки (плоская, отражательного типа), как с разделением входного и вы­ ходного пучков, так и с их совмещением (схема Литтроу).

Дифракционные решетки нашли наиболее широкое применение в качестве демультиплек-соров WDM. Устройства, основанные на них можно разделить по конструкции на две категории:

• плоские линейные решетки с отдельными фокусирующими элементами;

• самофокусирующиеся системы с решетками.

Наиболее удачной конструкцией первого типа можно считать цилиндрическую GRIN-линзу с наклонной плоской дифракционной решеткой (на стороне противоположной входу) [341]. Среди конструкций второго типа можно отметить ряд удачных (все используют схему Литтроу) [341]:

• схема, использующая для коллимирования и самофокусировки вогнутое зеркало с плоской дифракционной решеткой (см. ниже схему 3DO),

• схема, использующая для самофокусировки двояковогнутую дифракционную решетку;

• схема, использующая для самофокусировки вогнутую цилиндрическую дифракционную ре­ шетку и планарный волновод.