UDFORMNING AF OPRETTET WAVEGUIDE-RISNING (AWG) TIL DWDM / CWDM-ANVENDELSER BASERET PÅ BCB POLYMER
1. INTRODUKTION
Bølgelængde-divisionsmultiplexering (WDM) er en tilgang, der kan udnytte den enorme opto-elektroniske båndbreddefejlpasning ved at kræve, at hver slutbruger's udstyr kun fungerer med elektronisk hastighed, men flere WDM-kanaler fra forskellige slutbrugere kan multiplexeres på samme fiber .
Der er to alternativer til WDM-metronetværk: tæt WDM (DWDM) og groft WDM (CWDM). I miljøer med høj kapacitet bruges DWDM. I DWDM kanalseparation være så lille som 0,8 eller 0,4 nm for op til 80 optiske kanaler ved liniehastigheder op til 10 Gbps. DWDM-teknologier er meget dyre, så dens anvendelse til adgang til netværk er vanskelig. I stedet fusionerer CWDM som en robust og økonomisk løsning. Fordelen ved CWDM-teknologi ligger i dens lave omkostninger til optiske komponenter. CWDM tilbyder løsninger til 850, 1.300 og 1.500 nm applikationer ved 10 og 40 Gbps på op til 15 optiske kanaler med afstand fra 20 nm fra hinanden. Både CWDM og DWDM teknologi har deres plads i den nuværende og nye metro-netværksinfrastruktur. Når disse teknologier bruges i kombination med passende optiske fibre, er de økonomiske fordele, som medvirker til at sænke systemomkostningerne, betydelige.
Arrayed wave guide gitter (AWG) er en af de mest lovende enheder til multi / demultiplexer i WDM-system på grund af dets lave indsættelsestab, høje stabilitet og lave omkostninger. Det arrayede bølgeledergitter blev først foreslået en løsning på WDM-problemet af Smith i 1988 og blev videreudviklet i de følgende år af Takahashi [som rapporterede de første enheder, der opererede i vinduet med lang bølgelængde. Dragonet.extended konceptet fra 1 x N demultiplexere til N x N bølgelængde routere, der spiller en vigtig rolle i multi-bølgelængde netværksapplikation.
Den vigtigste fordel ved AWG er, at dens omkostninger ikke er afhængige af bølgelængdetælling som i den dielektriske filteropløsning. Derfor passer det til storbyapplikationer, der kræver omkostningseffektivitet for store bølgelængdetællinger. En anden fordel ved AWG er fleksibiliteten ved at vælge dets kanalnummer og kanalafstand, og som et resultat kan forskellige slags AWG'er fremstilles på en lignende måde.
Polymerer tilbyder et fremragende potentiale for realisering af WDM-komponenter til lave omkostninger, fordi de let kan fremstilles ved lav temperatur på forskellige typer underlag. Polymer AWG multi / demultiplexers har tiltrukket sig meget opmærksomhed på grund af dets lette fremstilling, lave omkostninger og potentialet for integration med andre enheder, såsom polymer-termo-optiske afbrydere til add-drop multiplexer applikationer.
Da BenzoCylobutene (BCB4024-40) -polymer tilbyder nogle fordele, såsom lav birefringence, god termisk stabilitet og lav bølgelængdedispersion, er den valgt som kernemateriale i dette projekt. BCB-polymer bliver et attraktivt materiale og er blevet brugt til fremstilling af forskellige optiske indretninger, for eksempel optisk switching, polymere optiske bølgeleder og optisk splitter til interim interferens.
I dette papir præsenteres et foreslået design af 4 × 4-kanalers konventionel AWG, der er i stand til at arbejde med en central bølgelængde på 1,55 um med kanalafstand på 100 GHz og 1200 GHz baseret på BCB-4024-polymer med brydningsindeks på 1.5556.
2. GRUNDLÆGGENDE BETJENING
Generelt fungerer AWG-enhed som multiplexere, demultiplexere, filtre og add-drop-enheder i optiske WDM-applikationer. Figur 1 viser et skematisk layout af en AWG-demultiplexer. Indretningen består af tre hoveddele, der er flere indgangs- og udgangsbølgeledere, to plade wav eguide stjernekoblere (eller fri udbredelsesregion (FPR)), forbundet med en dispersiv bølgeledergruppe med den samme længdeforskel mellem tilstødende bølgeleder. Driftsprincippet for AWG-multiplekseren / demultiplexeren er beskrevet som følger.
Figur 1. Strukturen af AWG demultiplexer
Et DWDM / CWDM-signal, der er lanceret i en af indgangsbølgelederne, vil blive diffraheret i det første pladeområde og koblet ind i den arrayede bølgeleder af den første FPR. Længden af array-bølgeledere er blevet udformet således, at den optiske sti-længdeforskel (ΔL) mellem tilstødende array-bølgeledere er lig med et heltal (m) multiple af den centrale bølgelængde (Xc) af demultipleksen. Som en konsekvens vil feltfordelingen ved indgangsåbningen blive gengivet ved udgangsåbningen. Derfor fokuserer lyset i denne midterste bølgelængde i midten af billedplanet (forudsat at indgangsbølgeføreren er centreret i inputplanet).
Hvis indgangsbølgelængden afstemmes fra denne centrale bølgelængde, forekommer faseændringer i arraygrenene. På grund af den konstante sti-længdeforskel mellem tilstødende bølgeledere forøges denne faseændring lineært fra den indre til den ydre matrix bølgeledere, hvilket får bølgefronten til at vippes ved udgangsåbningen. Følgelig forskydes fokuspunktet i billedplanet væk fra midten. Ved at placere modtagerbølgeledere i korrekte positioner langs billedplanet opnås rumlig adskillelse af de forskellige bølgelængdekanaler.
3. DESIGN
Det skematiske layout af 4 × 4-kanalens AWG for DWDM med central bølgelængde på 1,55 μm er vist i figur 2. Placeringen af inputport og output port er symmetrisk dannet, som er identiske. WDM_PHASAR designværktøj fra Optiwave®, er blevet brugt til at designe to typer af 4 kanaler AWG, der opererer ved en central bølgelængde på 1,55 μm med kanalafstand på 0,8 nm og 9,6 nm til henholdsvis DWDM og CWDM applikationer.
Brydningsindekset for BCB-polymerkerne ved 1,55 um er 1,5556. Beklædningen er ORMOCER, som har et brydningsindeks på 1,537, mens underlaget er silicium, som er blevet vidt brugt i mikroelektronisk og integreret kredsløb. ORMOCER (ORganically MOdified CERramics) er fotopatternerbare uorganiske organiske copolymerer med negativ resist-opførsel. Kernestørrelsen er 3 μm x 4 μm med nedgravet bølgeleder, som afbildet i figur 3. Havneseparationen af input / output er designet til at være 250 μm med 100 μm forbindelsesforskydning til pigtailing til fiberbånd.
Alle designparametre er anført i tabel 1 og tabel 2 for AWG, en central bølgelængde på henholdsvis 1,55 um med kanalafstand på henholdsvis 100 GHz og 1200 GHz. I designet er brytningsindekskontrasten mellem kerne og beklædning ret stor (~ 1,2%), hvilket resulterer i lille bøjningsradius og bidrager til lille spånstørrelse. Imidlertid øges koblingstabet mellem bølgeleder og fiber, der skyldes misforhold mellem tilstand og felt. Den samlede enhedsstørrelse for AWG med 100 GHz-afstand er 21,5 x 10 mm2 og 17,8 x 5 mm2 for AWG med 1200 GHz-afstand. Denne forskel skyldes stigning af sti-længde i AWG med 100 GHz afstand er større end AWG med 1200 GHz afstand med samme orienteringsvinkel.
4. RESULTATER OG Diskussion
Simuleringsresultatet af AWG med kanalafstand på 0,8 nm er vist i figur 4. Det viser outputdistributionen af de 4 kanals udgangsbølgeledere. Udgangskanalerne har henholdsvis bølgelængder 1549,04 nm (X1), 1549,872 nm (X2), 1550,704 nm (X3) og 1551,360 nm (X4), hvilket indikerer den simulerede kanalafstand på 0,832 nm. Således fulgte udgangsbølgelængden for hver kanal ITU-specifikationen, selv den forskydes lidt 0,032 nm, som er for lille og kan overses. Imidlertid er det maksimale indsættelsestab på 5,04 dB ved kanal 4, og det mindste indsættelsestab på 3,88 dB er ved kanal 2. Krydsetalen er mindre end -32,77 dB.
Tabel 3 viser de beregnede outputparametre for AWG med 0,8 nm kanalafstand. Disse værdier er beregnet ved båndbreddenniveau på -3 dB. Båndbreddeniveauet bruges som reference til at definere båndbredderne.
For AWG med kanalafstand på 9,6 nm er simuleringsresultatet vist i figur 5. De fire udgangsbølgelængder λ1, λ2, λ3 og λ4 er henholdsvis 1542 nm, 1552 nm, 1562 nm og 1572 nm. Resultatet for kanalafstand er 10 nm, hvilket er lidt anderledes end designinputparameteren, som er 9,6 nm. I mellemtiden er det maksimale indsættelsestab på 6,63 dB ved kanal 1, og det mindste indsættelsestab på 5,30 dB er ved kanal 3. Krydsetalen er mindre end -23 dB.
Figur 5. Output spektrale reaktioner på 4-kanals AWG med 1200 GHz kanalafstand
Tabel 4 viser de beregnede outputparametre for AWG med 9,6 nm kanalafstand. Disse værdier er beregnet ved båndbredde på -3dB. Værdien for opnået kanalafstand er 10 nm, som er inden for intervallet af CWDM-applikationer .. I henhold til simuleringsresultaterne fandt vi ud af, at disse AWG'er kan fungere korrekt i DWDM og CWDM-system.
5. PRESTANDS Sammenligning
Udvikling af AWG-polymermultiplexer er blevet interesse for mange forskere. Den første polymer AWG demonstreret af Hida et al påføring af deutereret fluor-methacrylat (d-PFMA) på silikonsubstrat. Denne AWG fungerede dog kun ved 1300 nm vindue med en vis polarisationsafhængighed så lille som 0,03 nm. Watanabe et al rapporterede, at 16 kanalers polymer AWG, der drives ved 1550 nm, blev realiseret ved anvendelse af silikoneharpiksbølgeleder. Denne AWG-multiplexer har et indsættelsestab i området fra 9 til 13 dB, et krydstale mindre end –20 dB og en lav polarisationsafhængig bølgelængdeskift.
Leo [19] demonstrerede 2 x 8 AWG-polymer baseret på CWDM (20 nm) ved centerbølgelængden på 1520 nm med en samlet enhedsstørrelse på 23 mm x 2,5 mm. Indsættelsestab og krydstale viser sig at være henholdsvis ca. 7 dB og -30 dB. På den anden side foreslog Razali [foreslået 4 x 4 AWG-polymer med 0,8 nm (DWDM) -afstand ved centerbølgelængden på 1570 nm. Enheden har indsættelsestab på 3 dB og krydstalniveau mindre end -30 dB. Enhedens størrelse er 31 mm x 9 mm.
I dette papir er de foreslåede udformninger 4 x 4 AWGs-polymer, der drives ved en central bølgelængde på 1550 nm med kanalafstand på 0,8 nm og 9,6 nm. Det observeres, at indsættelsestabene for den tilsvarende kanalafstand er henholdsvis -5 dB og -6 dB, og krydstalniveauet er henholdsvis -33 dB og -23 dB. Den samlede enhedsstørrelse er 21,5 mm x 10 mm for 0,8 nm afstand og 17,8 mm x 5 mm for 9,6 nm afstand. Dette viser uundgåeligt, at AWG'erne til CWDM- og DWDM-anvendelse kan realiseres ved at anvende BCB 4024-40-polymer som styringsmateriale.
6. KONKLUSION
AWG'er baseret på BCB-polymer til applikationer i DWDM / CWDM er blevet præsenteret. To design af fire kanaler AWG med krydstalniveau under-32 dB og-23 dB har vist sig at fungere i 1550 nm kommunikationsvindue til DWDM og CWDM applikation. Det kan konkluderes, at BCB-polymeren kan betragtes som en passende kandidat til udvikling af AWG, da den viser god ydeevne for DWDM- og CWDM-applikationer.
