32. Хвильові конвертори. Призначення і пристрій.

В рамках концепції оптичних мереж хвилевий конвертор (транспондер) здійснює чисто оптичне перетворення довжини хвилі сигналу в іншу довжину хвилі. Принцип дії такого перетворення, також відомого як λ-конверсія, заснований на ефектах нелінійної взаємодії початкового оптичного сигналу із спеціальним сигналом від лазера накачування, внаслідок чого утворюється випромінювання нової довжини хвилі [30]. Перетворення повністю прозоре по відношенню до частоти модуляції і у відмінності від оптоелектронних перетворень не вносить затримки і здатне працювати аж до дуже високих частот модуляції (10 Гбіт/с і вище). У перспективі очікується поява хвилевих конвертерів, що здійснюють одночасне перетворення довжин хвиль відразу декількох вхідних сигналів, причому в межах широкого хвилевого діапазону і з малими шумами, що вносяться.

Один з методів хвилевої λ-конверсії засновано на використанні фероелектричного кристала, усередині якого створюються умови для нелінійної оптичної взаємодії (рис.9.2,а). Періодична структура із зміною напрямів поляризацій, що повторюється по черзі, збільшує ефективність хвилевого перетворення. При одночасному поширенні вхідного сигналу і сигналу від лазера накачування відбувається генерація світла на частоті, рівній різниці частоти хвилі накачування і частоти вхідного сигналу, тобто виконується закон збереження енергії:

,

де λ_S – довжина хвилі первинного сигналу; λ_р – довжина хвилі накачування; λ_С – перетворена довжина хвилі.

На рис. 9.2,б показано приклад експериментальних профілів потужності вхідного () і вихідного () сигналів при довжині хвилі накачування, отриманих з використанням такої структури. Основні технічні параметри системи: потужність лазера 10 мВт; діапазон довжин хвиль лазера накачування – 100 нм; повна довжина кристалічної структури 10 мм.

В якості нелінійного середовища в іншому випадку використовується волокно з нульовою зміщеною диспересією DSF завдовжки 2 км. Нелінійний ефект, що призводить до генерування нової довжини хвилі, отримується шляхом хвилевого змішування, причому закон збереження енергії записується у вигляді: (використовуютьсяпопередні позначення).

а) б)

Рисунок 9.2 – Схема і профілі потужності хвилевого конвертора:

а) схема хвилевого конвертора з періодичною фероелектричною структурою; б) профілі потужності вхідного і вихідного сигналів (по матеріалах фірми OKI Electric Industry)

Зрозуміло, найбільша ефективність досягається в околиці точки нульової дисперсії, де значно зростає перетин доменів хвилевого змішування. У зв’язку з цим довжину хвилі лазера накачування слід вибирати якомога ближче до довжини хвилі нульової дисперсії волокна DSF.

33. Фільтри. Призначення і пристрій. Оптичні фільтри

Оптичні фільтри, інакше хвилеві селектори, призначені для цілеспрямованої передачі даних або відхилення оптичних сигналів окремих діапазонів довжин хвиль, тобто, для їх оптичного розділення [23]. Залежно від того, які довжини хвиль передаються у вікні прозорості фільтра, розрізняють короткохвилеві, довгохвилеві і смугові фільтри. Ці пристрої використовуються в будь-яких волоконно-оптичних системах з більшою, ніж одна, кількістю довжин хвиль, наприклад, у WDMмережах, волоконно-оптичних підсилювачах і системах активного контролю оптичних волокон.

Оптичні спектральні фільтри функціонують подібно до електронних або пасивних RLC фільтрів. Оптичні фільтри основані на явищах дифракції та поглинання.

В основному використовуються наступні фільтри:

• інтерферометр Фабрі –Перо;

• відбивач Брега;

• тонка діелектрична плівка на ефекті інтерференції;

• акусто-оптичний тунельний фільтр;

• фільтр поглинання;

• гібридний фільтр.

Фільтр Фабрі-Перо оснований на взаємодії багаторазових відбиттів світлового променя від двох поверхонь тонкої пластини. Він складається з двох багатошарових пластин з високою відбивною здатністю з просторовим рознесенням шарів на відстань у півхвилі і є фактично оптичним резонатором. В результаті амплітудно-частотна характеристика його подібна до відповідної характеристики гребінчастого фільтра.

Брегівська решітка – це сукупність напівпрозорих паралельних пластин, від кожної з яких світло частково відбивається, а частково проходить до наступної пластини. При цьому відбувається інтерференція променів між собою, завдяки чому окремі хвилі ослаблюються.

Дифракційна решітка працює як відбивне дзеркало для вузької смуги пропускання. При цьому коефіцієнт відбиття і смугу пропускання можна регулювати. Якщо довжина хвилі сигналу, який поширюється вздовж волокна, дорівнює довжині хвилі решітки, то тоді прохідний сигнал суміщується з відбитим, що поширюється в зворотньому напрямку. Принцип дії брегівської решітки демонструє рис. 9.3. Довжина хвилі решітки визначається кроком періодичної структури . Довжина відбитої хвилі дорівнює добутку подвоєної довжини хвилі решітки (у нанометрах) і ефективного коефіцієнта заломлення.

Волоконна брегівська решітка (ВБР) складається із сегментів оптичного волокна зі змінюваним періодично вздовж волокна коефіцієнтом заломлення.

Рисунок 9.3 - Принцип дії брегівської решітки

Періодичне змінювання коефіцієнта заломлення відбувається завдяки змінюванню неоднорідності структури решітки під дією ультрафіолетового випромінювання на германо-силікатне осердя оптичного волокна. Таким способом створюється брегівська структура. Можна створювати також періодичну решітку під дією механічного або термічного тиску.

38