ДИЗАЈН АРИЈУИРАНОГ ВАВЕГУИДЕ ГРАТИНГ-а (АВГ) ЗА ДВДМ / ЦВДМ АПЛИКАЦИЈЕ НА ОСНОВУ БЦБ ПОЛИМЕР
1. ПРЕДСТАВЉАЊЕ
Мултиплексирање таласне дужине (ВДМ) је приступ који може искористити огромну опто-електроничку пропусност пропусности захтевајући да свака опрема крајњег корисника ради само електронским путем, али више ВДМ канала од различитих крајњих корисника може бити мултиплексирано на истом влакну .
Постоје две алтернативе за ВДМ мреже метроа: густи ВДМ (ДВДМ) и груби ВДМ (ЦВДМ). У окружењима великог капацитета користи се ДВДМ. У ДВДМ раздвајање канала може бити само 0,8 или 0,4 нм, за до 80 оптичких канала при брзини линије до 10 Гбпс. ДВДМ технологија је веома скупа, па је њена примена за приступ мрежама тешка. Умјесто тога, ЦВДМ се спаја као робусно и економично рјешење. Предност ЦВДМ технологије лежи у њеним јефтиним оптичким компонентама. ЦВДМ нуди решења за 850, 1.300 и 1.500 нм апликација при 10 и 40 Гбпс на до 15 оптичких канала удаљених 20 нм. И ЦВДМ и ДВДМ технологија имају своје место у тренутној и новонасталој метро-мрежној инфраструктури. Када се ове технологије користе у комбинацији са одговарајућим оптичким влакнима, економске користи, које помажу у смањењу трошкова система, су значајне.
Решетка за валове (АВГ) је један од најперспективнијих уређаја за мулти / демултиплексере у ВДМ систему због ниског губитка уметања, високе стабилности и ниске цене. Смитх је 1988. године први предложио решење проблема ВДМ-а, а следеће године га је даље развио Такахасхи [који је пријавио прве уређаје који раде у прозору дуге таласне дужине. Драгонет.еке проширио је концепт са 1 к Н демултиплексера на Н к Н таласне дужине рутера који играју важну улогу у мрежи са више таласних дужина.
Кључна предност АВГ је та што његова цена не зависи од броја таласних дужина као у раствору диелектричног филтера. Стога одговара градским апликацијама које захтевају исплативост великог броја таласних дужина. Друга предност АВГ-а је флексибилност избора броја канала и размака канала и, као резултат тога, различите врсте АВГ-а могу се произвести на сличан начин.
Полимери нуде одличан потенцијал за реализацију јефтиних ВДМ компоненти јер се могу лако израђивати на ниским температурама на различитим врстама подлога. Полимерни АВГ мулти / демултиплексери привукли су велику пажњу због једноставне израде, ниске цене и потенцијала интеграције са другим уређајима као што су полимерни термо-оптички прекидачи за апликације мултиплекса.
Будући да БензоЦилобутене (БЦБ4024-40) полимер нуди неке предности као што су мала бифребриција, добра термичка стабилност и мала дисперзија таласне дужине, у овом пројекту је изабран као основни материјал. БЦБ полимер постаје атрактиван материјал и користи се за производњу различитих оптичких уређаја, на примјер, оптичког пребацивања, полимерног оптичког водича и оптичког раздјелника за мултимоде.
У овом раду ће бити представљен предложени дизајн конвенционалног АВГ 4 × 4 канала који може да делује на таласној дужини од 1,55 µм са размаком канала од 100 ГХз и 1200 ГХз на основу БЦБ-4024 полимера са индексом лома 1,5556.
2. ОСНОВНО ПОСЛОВАЊЕ
Генерално, АВГ уређаји служе као мултиплексери, демултиплексери, филтери и додаци за оптичку ВДМ апликацију. Слика 1 приказује схематски изглед АВГ демултиплексера. Уређај се састоји од три главна дела који су вишеструки водилици улазног и излазног таласа, две звездене валне спојнице плоче (или слободно подручје ширења (ФПР)), повезане дисперзивном таласном водилицом с једнаком разликом дужине између суседних таласних водича. Принцип рада АВГ мултиплексера / демултиплексера је описан на следећи начин.
Слика 1. Структура АВГ демултиплексера
ДВДМ / ЦВДМ сигнал који се покреће у једном од водича улазних таласа ће се дифрактовати у првој плочи плоче и спајати у залеђени валовити водич помоћу првог ФПР. Дужина водилица таласних поља је дизајнирана тако да је оптичка разлика дужине пута (ΔЛ) између суседних водича арраи једнака целом броју (м) вишеструком дужини централне таласне вредности (λц) демултиплексера. Као посљедица тога, дистрибуција поља на улазном отвору ће се репродуцирати на излазном отвору. Због тога се у овој таласној дужини светла фокусира у средини равнине слике (под условом да је водич улазног таласа центриран у улазној равнини).
Ако се улазна таласна дужина смањује из ове централне таласне дужине, у гранама поља се дешавају фазне промјене. Због сталне разлике дужине пута између суседних таласних водича, ова промена фаза се линеарно повећава од унутрашњих до спољних водилица таласа, због чега се таласни фронт нагиње на излазном отвору. Сходно томе, фокусна тачка у равнини слике помера се од средине. Постављањем водича таласа пријемника у одговарајуће положаје дуж равнине слике, добија се просторно одвајање различитих канала таласних дужина.
3. ДИЗАЈН
Схематски распоред 4 × 4 канала АВГ за ДВДМ са централном таласном дужином од 1,55 µм приказан је на слици 2. Положај улазног и излазног прикључка је симетрично обликован, који су идентични. ВДМ_ПХАСАР алат за дизајн од Оптиваве®, коришћен је за дизајнирање две врсте 4-каналног АВГ-а који раде на централној таласној дужини од 1,55 µм, са размаком канала од 0,8 нм и 9,6 нм, за ДВДМ и ЦВДМ апликације, респективно.
Индекс лома БЦБ полимерне језгре на 1,55 µм је 1,5556. Облога је ОРМОЦЕР који има индекс лома 1,537, а супстрат је силикон који се широко користи у микроелектронским и интегрисаним круговима. ОРМОЦЕР (ОРГицалли Модифиед ЦЕРрамицс) је фотопаттернабилни неоргански органски кополимери са негативним отпорним понашањем. Величина језгре је 3 µм к 4 µм са валовитим укопаним типом, као што је приказано на слици 3. Одвајање улаза / излаза портова дизајнирано је да буде 250 µм са помичним одмаком од 100 µм за пигтаилинг на врпцу влакана.
Сви параметри дизајна наведени су у Табели 1 и Табели 2 за АВГ, централна таласна дужина 1,55 µм са размаком канала од 100 ГХз, односно 1200 ГХз. У дизајну, контраст индекса лома између језгре и облоге је прилично велик (~ 1,2%), што резултира малим полумјером савијања и доприноси малој величини струготине. Међутим, повећавају се губици спрега између таласа и влакана који настају због неусклађености поља поља. Укупна величина уређаја за АВГ са размаком од 100 ГХз је 21,5 к 10 мм2 и 17,8 к 5 мм2 за АВГ са размаком 1200 ГХз. Ова разлика је због повећања дужине путање у АВГ са размаком од 100 ГХз већа од АВГ са размаком 1200ГХз са истим оријентацијским углом.
4. РЕЗУЛТАТИ И ДИСКУСИЈА
Резултат симулације АВГ-а са размаком канала од 0,8 нм приказан је на слици 4. Приказује излазну дистрибуцију 4-каналних излазних таласа. Излазни канали су на таласним дужинама 1549,04 нм (λ1), 1549,872 нм (λ2), 1550,70 нм (λ3) и 1551,360 нм (λ4), што указује на симулирани размак канала 0,832 нм. Дакле, излазна таласна дужина за сваки канал уследила је по ИТУ спецификацији, чак је и благо помакнута 0,032 нм што је премало и може се занемарити. Међутим, максимални губитак уметања од 5,04 дБ је на каналу 4, а минимални губитак уметања од 3,88 дБ је на каналу 2. Укрштање је мање од -32,77 дБ.
Табела 3 приказује израчунате излазне параметре АВГ са размаком канала од 0,8 нм. Ове вредности су израчунате на нивоу опсега од -3 дБ. Разина пропусне ширине користи се као референца за дефинирање опсега ширине појаса.
За АВГ са размаком канала од 9,6 нм, резултат симулације приказан је на слици 5. Четири излазне таласне дужине λ1, λ2, λ3 и λ4 су на 1542 нм, 1552 нм, 1562 нм и 1572 нм, респективно. Резултат за размаке канала је 10 нм што је мало другачије од дизајнерског улазног параметра, а то је 9,6 нм. У међувремену, максимални губитак уметања од 6,63 дБ је на каналу 1, а минимални губитак уметања од 5,30 дБ је на каналу 3. Укрштање је мање од -23 дБ.
Слика 5. Излазни спектрални одзиви 4-каналног АВГ-а са размаком канала од 1200 ГХз
Табела 4 приказује израчунате излазне параметре АВГ са размаком од 9,6 нм. Ове вредности су израчунате на нивоу опсега -3дБ. Вредност добијеног размака канала је 10 нм што је у домету ЦВДМ апликација. Сходно резултатима симулације, открили смо да ови АВГ-ови могу правилно радити у ДВДМ и ЦВДМ систему.
5. упоређивање перформанси
Развој АВГ полимерног мултиплексера постао је занимљив за многе истраживаче. Први полимер АВГ демонстриран од стране Хида и др. Примењујући деутерирани флуоро-метакрилат (д-ПФМА) на силиконску подлогу. Међутим, овај АВГ је радио само на прозору од 1300 нм са неком поларизацијском зависношћу од само 0,03 нм. Ватанабе и остали су известили да је 16-канални полимерни АВГ опериран на 1550 нм реализован коришћењем таласа силиконске смоле. Овај АВГ мултиплексер има губитак уметања у опсегу од 9 до 13 дБ, преслушавање мање од –20 дБ и малобројни помак таласне дужине зависан од поларизације.
Лео [19] је демонстрирао 2 к 8 АВГ полимера на основу ЦВДМ (20 нм) на централној таласној дужини од 1520 нм са укупном величином уређаја од 23 мм к 2,5 мм. Откривено је да губитак уметања и унакрсни разговор износи око 7 дБ и -30 дБ, респективно. С друге стране, Разали [је предложио 4 к4 АВГ полимер са размаком 0,8 нм (ДВДМ) који ради на средњој таласној дужини од 1570 нм. Уређај има губитак уметања од 3 дБ и ниво преслушавања мањи од -30 дБ. Величина уређаја је 31 мм к 9 мм.
У овом раду, предложени дизајни су полимер 4 А4 групе АКС, који раде на централној таласној дужини од 1550 нм са размаком канала од 0,8 нм и 9,6 нм. Примећено је да су губици уметања одговарајућег размака канала -5 дБ и -6 дБ, а ниво укрштених разговора је -33 дБ, односно -23 дБ, респективно. Укупна величина уређаја је 21,5 мм к 10 мм за размаке 0,8 нм и 17,8 мм к 5 мм за размаке 9,6 нм. Ово неизбежно показује да се АВГ за примену ЦВДМ и ДВДМ могу реализовати коришћењем БЦБ 4024-40 полимера као водећег материјала.
6. ЗАКЉУЧАК
Представљени су АВГ-ови на бази БЦБ полимера за примену у ДВДМ / ЦВДМ. Показало се да су два дизајна четвероканалног АВГ-а са нивоом унакрсних разговора испод -32 дБ и-23 дБ која раде у комуникацијском прозору од 1550 нм за ДВДМ и ЦВДМ апликацију. Може се закључити да се БЦБ полимер може сматрати погодним кандидатом за развој АВГ-а, јер показује добре перформансе за ДВДМ и ЦВДМ апликације.
