3.6.2. Волноводные диспергирующие элементы

На рис.3.17 представлена наиболее перспективная схема интегрально-оптического мультиплексора/демультиплексора.

Рассмотрим принципы работы демультиплексора. По входному одномодовому волокну распространяется свет с информационными каналами на различных длинах волн λ₁, λ₂… λ_п. Диаметр волокна составляет 8-9 мкм и толщина волноводного слоя должна быть такой же. Введенное в плоский волновод излучение расходится. На пути этого расходящегося пучка помещается планарный коллимирующий элемент (2) (геодезическая линза, выполненная дополнительным легированием в волноводе), причем расстояние между торцом волокна и центром линзы равно ее фокусному расстоянию f₁. В результате этого, после линзы пучок будет коллимированным , а его ширина W должна быть равной апертуре D дисперсионного элемента демультиплексора. Дисперсионный элементом является упорядоченная волноводная решетка AWG (Arrayed Waveguide Grating).

Пройдя дисперсионный элемент, оптический сигнал разделяется на N каналов, каждый из которых на выходе дисперсионного элемента имеет свое фазовое распределение и распространяется под определенным углом к выходной апертуре. Отметим, что эта и другие конструкции дисперсионных элементов (дифракционная решетка, отражательная дифракционная решетка, эшелон Майкельсона и волноводная дифракционная решетка) осуществляют угловое разделение каналов и являются наиболее перспективными с точки зрения обеспечения максимального числа каналов.

За выходной апертурой дисперсионного элемента располагается фокусирующий элемент (4) (геодезическая линза), который обеспечивает попадание каждого из N каналов на соответствующий элемент линейки фотодетекторов или один из канальных волноводов.

Рис. 3.17. Структурная схема интегрально-оптического мультиплексора/демультиплексора на основе волноводной решетки

Фаза волн на выходе волноводов: , гдеi=1, 2, …п.

Волноводная решетка эквивалентна перевернутой призме или эшелону Майкельсона.

На выходе волны одной длины волны интерферируют с одним максимумом и попадают в один из каналов.

Волны с другой длиной волны, вследствие материальной и волноводной дисперсии, приходят с другими фазами и дают максимум сигнала в другом канале.

Таким образом, на выходе сигналы распределяются по каналам.

На основе мультиплексоров (МП) и демультиплексоров (ДМП) строят многоканальные волоконно-оптические линии связи со спектральным уплотнением.

Малое число каналов (грубое разделение по длинам волн) на 8-16 каналов Coarse WDM, Δλ=10 нм.

Среднее число каналов 24-32 канала MWDM ,Δλ=1нм.

Плотное деление каналов 64-100 каналов DWDM .

Развязка между каналами не менее 20 дБ. Иногда требуется 30 дБ.

В· настоящее время получены мультиплексоры / демультиплексоры с числом каналов деления: n = 8, 16, 32, 64. Для диапазона длин волн 1450…1600 нм интервалы деления каналов по длинам волн достигают 0,5 нм. Теоретически это позволяет использовать одновременно до 150 оптических каналов разделенных по длинам волн.

Приведенные типы демультиплексоров могут быть выполнены как в планарном, так и в объемном виде.