Сети и системы связи

Рассмотрено несколько технологий регулируемых оптических делителей и некоторые их применения, включая некоторые предполагаемые схемы. Приведены примеры делителей, выполненных по таким технологиям, как перем. пропускание/отражение пленки; перем. длина связи волокон; акустооптическое/эл.-оптическое отклонение; интерференция Маха-Цендера. Показано, что эти технологии м.б. успешно использованы при реализации регулируемых оптических делителей, предназначенных для волоконно-оптических сетей передачи.

Исследованы многомодовые эффекты в разветвителе с многомодовой интерференцией, основанном на подложке, выполненной по технологии кремний-на-изоляторе. Многомодовая интерференция в вертикальном направлении в таких устройствах ухудшает качество самоотображения. Суженные структуры вводится на переходе между входными/выходными волноводами и многомодовой областью для подавления возбуждения нежелательных вертикальных мод. В качестве численного примера спроектирован 1*4 разветвитель с многомодовой интерференцией с низкими вносимыми потерями (0,101 дБ) и слабой неоднородностью (0,102 дБ).

Предложена структура крупномасштабного полностью волоконного звездообразного разветвителя. Такой разветвитель способен поддерживать не только большое число портов сверхбольшой двунаправленной волоконно-оптической сети связи со спектральным уплотнением каналов, но и позволяет построить звездообразную сеть с более высокой гибкостью к перестройке. Пропускная способность такой сети также м. б. повышена. Конструкция разветвителя м. б. адаптирована для использования в однонаправленных сетях со спектральным уплотнением, которые применяются в наст. время.

В оптических ИС требуются структуры связи, характеристики которых не зависят от состояния поляризации, при низких вносимых потерях между их портами доступа. Разветвители, основанные на многомодовой интерференции обладают этими свойствами. Вдобавок они просты в изготовлении, их характеристики устойчивы к отклонениям в процессе изготовления при пост. коэф. деления. Симметричное возбуждение множества портов играет важную роль, позволяя широко использовать эти структуры. Исследованы характеристики отражения назад у этих устройств.

Рассмотрены разветвители с многомодовой интерференцией (MMI) и большим поперечным сечением, которые обеспечивают низкое переходное затухание между устройством и волокном. При этом требуется большая площадь чипа. Реализован N*N конический MMI разветвитель, где N>2, в котором удалось существенно уменьшить геометрические размеры устройства. Представлен 4*4 параболический конический MMI разветвитель с большим поперечным сечением, который может согласовывать волокно со сдвинутой дисперсией в технологии кремний-на-изоляторе.

Разработан новый метод проектирования волноводов с Y-образным разветвлением и низкими потерями, который позволяет проектировать определенную геометрию разветвляющей структуры. Детально описаны параметры разработанной структуры (напр., расположение, размеры, показатель преломления микропризм и элементы вазовой подстройки). Результаты численного моделирования показали, что предложенный метод позволяет спроектировать оптические волноводы с Y-образным разветвлением, имеющие сверхнизкие потери.

Предложен широкополосный оптический разветвитель емкостью 3*3, основанный на принципе связи полей в бесконечно малой области между 3-мя параллельными идентичными длиннопериодными волоконными дифракционными решетками. В частности, продемонстрирована экспериментально ситуация, при которой оптической излучение вводится в 1 волокно и отводится одинаково в 2 др. волокна. Исследовано влияние различных факторов на передаточные характеристики разветвителя.

Предлагается схема волоконной петли малого размера. При простой реализации петли путем расположения волокна вдоль дуги окружности имеются ограничения на миним. радиус кривизны дуги. Миним. радиус кривизны может составлять несколько сантиметров, что препятствует миниатюризации волоконно-оптического устройства. Дальнейшее же уменьшение радиуса будет приводить к значительным потерям излучения на рассеяние. Предлагается след. конструкция поворотного узла. Концы пары волокон тесно располагают в муфте так, чтобы их торцы были направлены в одну сторону. К торцам прижимается один из торцов градиентной линзы. Др. торец линзы покрывается отражающим слоем. Параметры и размеры линзы выбираются такими, чтобы выходящее из одного волокна расходящееся излучение проходило линзу, отражалось зеркальным слоем, проходило линзу в обратном направлении и попадало на торец 2-го волокна; размер линзы д. б. таким, чтобы вышедшее из 1-го волокна расходящееся излучение фокусировалось бы именно в точке достижения им торца 2-го волокна.

Разработана и экспериментально исследована структура динамического делителя оптической мощности на сверхбольшой оптической ИС. Реконфигурируя фазовую голограмму отражающего процессора оптического луча на сверхбольшой оптической ИС, м. б. осуществлено произвольное деление оптической мощности в соотношении 1:N. Экспериментально исследован 1:3 оптический делитель, расположенный между оптическими волокнами с динамическим диапазоном на выходе >25 дБ. Приведена структура динамического оптического делителя и расположение в ней процессора на сверхбольшой оптической ИС.

Исследован эффект самоотображения в оптических волноводах с градиентным показателем преломления, выполненных методом протонного обмена с отжигом в волноводах на ниобате лития (LiNbO[3]). Исследования были проведены методом моделирования с помощью метода трехмерного распространения непараксиального луча в X-срезе LiNbO[3]. На основе полученных результатов изготовлен 1*8 делитель оптической мощности с многомодовой интерференцией. Представлены результаты испытаний опытного образца делителя.

Экспериментально и теоретически показано, что в поле излучения основного канала волоконно-оптического разветвителя формируется векторный топологический диполь, состоящий из двух поляризационных омбилик: “звезды” и “лимона” или “звезды” и “монстра”. Векторный диполь в процессе распространения излучения вдоль волокна остается структурно-устойчивым, т. е. его топологический индекс не изменяется. С помощью поляризационного фильтра можно выделить два одноименно заряженных оптических вихря, соответствующих поляризационным омбиликам.

Разработана конструкция рентабельного 1*7 разветвителя со смешивающим стержнем из пластмассового оптического волокна цилиндрической формы. В отличие от ранее предлагавшихся конструкций разветвителей, в которых использовался отрезок конусообразного пластмассового оптического волокна в качестве смешивающего стержня, предложенная конструкция использует цилиндрическое волокно, что существенно удешевляет производство. Для снижения перекрестных искажений разветвителя предлагается использовать поглотитель из U-образного оптического волокна в области рассогласования на переднем торце смешивающего стержня. Измеренные перекрестные искажения составили .

Предложен оптический распределительный элемент, собранный из нескольких оптических волноводов, каждый из которых составлен из 2-х светопропускающих отрезков. В собранном виде волноводы расположены рядом, а собранные из 2-х отрезков размещены так, что составные волноводы включены в состав сборки в виде последовательно составленной пары, состыкованной в середине элемента. Концы “половинок” скошены под углом 45°, благодаря чему м. б. обеспечена прямым углом. М. б. обеспечена передача из одного параллельного волновода в другой. В целом предлагаемый элемент обеспечивает большое число комбинаций передачи оптического сигнала, в т. ч. с суммированием и вычитанием.

На основе квантово-ограниченного эффекта Штарка построен новый многомодовый интерференционный 1*3 разветвитель со встроенными функциями эл.-абсорбционного модулятора. Детально проанализирован принцип работы устройства. На основе предварительно определенных параметров ребристого волновода, который имеет длину ЭКВИВ275 мкм, ширину 10 мкм и толщину 0,2 мкм, изготовлен многомодовый интерференционный 1*3 разветвитель на GaAs/AlGaAs квантово-размерной структуре. В качестве электродов применяется копланарная волноводная структура. Численно смоделированы характеристики распространения волны для разветвителя. Исследованы характеристики статической модуляции устройства.

Предложена новая концепция волноводного делителя луча 1*2, основанная на структуре с многомодовой интерференцией, выполненной путем Ag{+}-Na{+} ионного обмена в стекле. Делитель обладает произвольным коэф. деления мощности на выходе. Делитель луча, работающий в конфигурации Маха-Цендера, состоит из 2-х асимметричных секций с многомодовой интерференцией, функционирующих как 3 дБ ответвители, объединенные одномодовыми волноводами различной длины. Рабочие характеристики делителя луча были определены для различных геом. конфигураций волноводов, объединяющих секции с многомодовой интерференцией.

Деление и слияние мод реализовано с помощью 2-х симметрично направленных оптических ответвителей в интегрированном поляризационно независимом акустооптическом настраиваемом фильтре. Состояние поляризации мод преобразуется акустооптическим преобразователем мод, когда условие согласования фаз встречается на определенной длине волны оптического излучения. Оптическое излучение на определенной длине волны проходящее фильтр м. б. легко подстроено путем изменения частоты акустической волны. Технология Ti-диффузии адаптирована для изготовления устройства. Представлены результаты компьютерного моделирования условий диффузии. Для исследования и проектирования направленного ответвителя использовалась теория связанных мод.