Filtrační substráty WDM a materiály v nich použité

Zdroj obrázku: odstříknout

Substrát filtru wdm je základem filtru při multiplexování s dělením vlnové délky. Tato technologie umožňuje pohyb mnoha signálů prostřednictvím jedné optické sítě. Dělá to pomocí různých vlnových délek pro každý signál. Typ substrátu mění, jak dobře modul wdm funguje ve věcech, jako je optický add-drop multiplexer nebo malý modul wdm. Materiály v substrátu mění způsob, jakým filtr zachází se světlem. To může ovlivnit spektrální rozlišení a přeslechy.

• Materiály substrátu mění spektrální rozlišení, přeslechy, teplotní citlivost a jak snadné je vyrobit wdm filtry.

• Křemíkové fotonické vlnovody nemusí mít správný rozdíl indexu lomu pro úzkou vzdálenost kanálů.

• Přeslechy a změny teploty mohou způsobit problémy se signálem a vyžadují další ovládání.

• Rozdíly ve výrobě filtrů mohou ublížit tomu, jak dobře fungují, a mohou být dražší.

Jak se technologie TFF a AWG zlepšují, nové návrhy substrátů, dokonce i bez substrátu, pomáhají zlepšit fungování moderních optických systémů.

Klíčové věci

• Filtrační substráty WDM pomáhají řídit mnoho signálů v sítích z optických vláken. Výběr správného materiálu může zlepšit fungování a zastavit problémy, jako jsou přeslechy.

• Sklo je nejlepší materiál pro filtry WDM, protože je čiré, pevné a dobře snáší teplo. Funguje dobře i při změně teplot.

• Plastové substráty jsou ohebné a stojí méně, ale nemusí také propouštět světlo. Pracují pro věci, které potřebují být lehké.

• nové materiály a designy bez substrátů. Vyrábějí se Díky tomu jsou filtry menší a lépe fungují pro nové optické potřeby.

• Znalost různých substrátů pomáhá lidem vybrat ten nejlepší pro každé použití WDM. To zajišťuje, že síť funguje co nejlépe.

Multiplexování s vlnovou délkou a filtrační substráty

Zdroj obrázku: odstříknout

Co je multiplexování s vlnovou délkou?

Multiplexování vlnovou délkou je způsob, jak poslat mnoho signálů přes jedno vlákno. Každý signál používá svou vlastní vlnovou délku. To pomáhá přesunu více dat současně. WDM používá různé barvy laserového světla. Každá barva nese svůj vlastní datový tok. To umožňuje, aby několik optických nosných signálů cestovalo společně po jednom vláknu. Tato metoda umožňuje, aby signály šly oběma směry a síť je větší.

WDM umožňuje sítím posílat mnoho datových proudů přes jedno vlákno tím, že každému proudu dává vlastní barvu světla.

• WDM umístí mnoho optických nosných signálů na jedno vlákno.

• Používá různé barvy laserového světla.

• Multiplexování pomáhá odesílat data efektivněji.

• WDM umožňuje přenos signálů v obou směrech.

• Filtry mohou později oddělit každou barvu, aby získaly signály zpět.

Role filtračního substrátu WDM

Substrát filtru wdm je důležitou součástí optických pasivních součástek. Obsahuje filtr, který rozděluje nebo spojuje vlnové délky v modulu wdm. Materiál substrátu mění způsob, jakým filtr pracuje se světlem. Ovlivňuje, jak dobře filtr vybírá určité vlnové délky a blokuje jiné. V zařízeních jako je optický add-drop multiplexer , substrát pomáhá filtru vybrat některé vlnové délky a zbytek ponechat. Druh substrátu mění, jak dobře filtr funguje, jak dlouho vydrží a jak snadno se vyrábí. Některé materiály pomáhají filtru lépe vidět barvy a zastavit přeslechy mezi nimi. Jak se technologie wdm zlepšuje, nové substráty a dokonce i ty bez základny pomáhají sítím lépe fungovat a přenášet více signálů.

Materiály používané ve filtračních substrátech WDM

Zdroj obrázku: pexels

Skleněné a plastové substráty

Sklo se hodně používá v substrátech filtrů wdm. Drží filtr a pomáhá vést světlo. Mnoho filtrů používá speciální sklo, jako je křemenné nebo K9 sklo. Tyto typy skel jasně propouštějí světlo a jsou silné. Sklo se také příliš nemění, když je horké nebo studené. To je důležité pro systémy wdm. Níže uvedená tabulka vysvětluje, proč je sklo dobrou volbou:

Plast se někdy používá, když moduly wdm potřebují být lehké nebo ohebné. Plast se snadno tvaruje a stojí méně než sklo. Plast ale nepropouští světlo tak dobře jako sklo. Také není tak silný. Některé optické add-drop multiplexery používají plast, aby byly lehčí a snadněji se vkládaly.

Povlaky a vrstvené struktury

Nátěry jsou velmi důležité pro fungování filtrů wdm. Pomáhají filtru vypořádat se s různými barvami světla. Tenkovrstvé filtry používají mnoho vrstev vyrobených ze speciálních materiálů. Tyto vrstvy mohou odrážet nebo propouštět určité barvy. To pomáhá filtru rozdělit nebo spojit signály.

Některé běžné povlaky jsou:

• AR povlak: Díky tomu se méně odráží světlo a propouští více světla. Používá se v mnoha optické nástroje.

• Dielektrické povlaky: Jsou vyrobeny z vrstev, které způsobují zvláštní efekty se světlem. Pomáhají blokovat nebo odrážet některé barvy.

• Film selektivní pro vlnovou délku: Umožňuje procházet nebo odrážet pouze některé barvy. Je to důležité pro optická komunikace.

Tenké filmy se používají k výrobě filtrů, které propouštějí pouze malý rozsah barev. Křemíkové vlnovody na křemíku se také používají v konstrukcích wdm filtrů. Některé filtry, které lze vyladit, používají InGaAsP/InP nebo tekuté krystaly k výběru barev k filtrování.

Nátěry a vrstvy pomáhají filtrům wdm vybrat správné barvy a blokovat ostatní. Díky tomu je multiplexování lepší a snižuje se přeslechy.

Bezpodkladové a pokročilé materiály

Nová technologie filtrů wdm využívá konstrukce bez substrátu a speciální způsoby výroby filtrů. Díky těmto novým metodám jsou filtry menší a citlivější. Filtry bez substrátu nepotřebují základnu. To znamená, že mohou být malé a vejdou se do malých míst.

Metody obětního substrátu používají speciální kroky k vytvoření filtrů:

• Nejprve se pomocí epitaxe vytvoří vícevrstvá struktura.

• Suché leptání tvaruje strany filtru.

• Mokré chemické podleptání odstraní některé vrstvy a vytvoří vzduchové mezery.

• To vytváří tenké membránové struktury, které lze měnit pro různé barvy.

Tyto nové materiály a způsoby vytváření filtrů jim umožňují změnit způsob jejich fungování. Změnou toho, z čeho jsou vyrobeny, mohou inženýři ovládat, jaké barvy filtr vybírá. To je důležité pro multiplexování v nových optických sítích.

Pokročilé materiály a konstrukce bez substrátu pomáhají filtrům wdm být flexibilnější a přesnější. Pomáhají novému využití multiplexování s dělením vlnové délky a umožňují lepší fungování sítí.

Technologie WDM: Substráty TFF vs AWG

Technologie WDM využívá různé způsoby rozdělení a spojení vlnových délek optické sítě . Existují dva hlavní typy: tenkovrstvý filtr a uspořádaná vlnovodná mřížka. Každý z nich používá různé materiály a návrhy ke smíchání a oddělení signálů. Druh substrátu mění, jak dobře každý filtr funguje v modulu wdm.

Materiály substrátu pro tenký film (TFF).

Tenkovrstvá filtrační zařízení mají mnoho vrstev speciálních materiálů. Tyto vrstvy řídí, jak světlo prochází nebo se odráží. Sedí na silné základně zvané wdm filtrační substrát. Nejběžnějšími materiály pro tyto základny jsou sklo a keramika. Oxid křemičitý (SiO2) se používá hodně, protože je čirý a neztrácí mnoho světla. Používají se také další materiály jako fluorid hořečnatý (MgF2), oxid titaničitý (TiO2), oxid tantaličný (Ta2O5), oxid niobičný (Nb2O5) a oxid hlinitý (Al2O3). Každý z nich ohýbá světlo jiným způsobem, což pomáhá filtru rozdělit vlnové délky.

Tenkovrstvý filtr je vyroben z mnoha tenkých vrstev naskládaných na plochém podkladu. Tyto vrstvy způsobují interferenci, která pomáhá filtru vybrat některé vlnové délky a blokovat jiné. Tento způsob funguje dobře až pro 16 kanálů v modulu wdm. Nejlepší je pro multiplexování s hrubým dělením vlnových délek, kde není mnoho vlnových délek.

Důležitý je způsob, jakým substrát zvládá teplo a sílu. Pokud je filtr používán v horkých nebo studených místech, vrstvy se mohou zvětšit nebo zmenšit. To může změnit vlnovou délku filtru. Některé filtry používají speciální keramiku nebo sklo, které se s teplotou příliš nemění. To pomáhá filtru vydržet déle a lépe fungovat na náročných místech, jako jsou systémy lidar nebo vnější sítě.

• Tenkovrstvé filtrační substráty musí být pevné a stabilní.

• Dobrá tepelná stabilita znamená, že se filtr nemění, když se zahřeje nebo ochladí.

• Zakázková keramika může zajistit, že filtry budou fungovat lépe než běžné materiály.

Materiály substrátu mřížky uspořádaného vlnovodu (AWG).

Zařízení s uspořádanou vlnovodovou mřížkou používají jiný způsob míchání a dělení vlnových délek. Používají mnoho malých vlnovodů vyrobených na čipu. Nejběžnějším základem pro AWG je sklo plošného světelného okruhu (PLC) na bázi oxidu křemičitého. Tento materiál je velmi čirý a umožňuje pohyb světla s malými ztrátami. Vyrábí se speciálními způsoby, jako je depozice skla a fotolitografie. Tyto způsoby pomáhají vytvářet vlnovody, které mají stejnou velikost a tvar. To je důležité pro udržení vlnových délek od sebe.

Některá zařízení AWG používají niobát lithný na izolační destičce. Tento plátek má tenkou vrstvu niobátu lithného, ​​vnořenou vrstvu oxidu a silnou silikonovou základnu. Lithiumniobate pomáhá řídit fázi a směr světla. Díky tomu je filtr přesnější a stabilnější.

Filtry s uspořádanou vlnovodnou mřížkou mohou zpracovat 40 nebo více vlnových délek najednou. Díky tomu jsou vhodné pro husté multiplexování s dělením vlnových délek, kde mnoho signálů cestuje společně. Základní materiál mění, jak blízko mohou být kanály a jak moc mezi nimi dochází k přeslechům.

• Fázové chyby ve vlnovodech mohou způsobit přeslechy. Pokud základna není rovná, filtr nemusí dobře dělit vlnové délky.

• Pokud jsou vlnovody příliš těsné, může dojít ke ztrátám ohybem. Křemíkové a silikonové báze mohou ztratit 0,5–2 dB na ohyb, pokud je křivka příliš malá.

• Některé konstrukce AWG používají speciální polymery, které udržují filtr stabilní při změně teploty. To pomáhá filtru dobře fungovat od 20 °C do 80 °C bez dalšího ladění.

TFF vs AWG: Struktura, funkce a aplikace

Níže uvedená tabulka ukazuje, jak se liší technologie tenkovrstvého filtru a uspořádané vlnovodné mřížky:

• Tenkovrstvý filtr je jednoduchý a funguje dobře pro malý počet vlnových délek.

• AWG je lepší pro systémy, které potřebují smíchat a rozdělit mnoho vlnových délek.

• Druh Substrát a materiál filtru wdm mění, jak dobře každý filtr funguje v optických pasivních částech.

Správný materiál substrátu pomáhá každé technologii wdm fungovat co nejlépe. Může snížit přeslechy, učinit filtr stabilnější a pomoci mu vydržet déle. To je důležité pro budování silných sítí wdm.

Porovnání materiálů substrátu filtru WDM

Výkon a spolehlivost

Výkon je velmi důležitý při výběru substrátu filtru wdm. Filtry musí oddělit mnoho vlnových délek s velkou přesností. Q-faktor ukazuje, jak dobře filtr dělá tuto práci. Filtry wdm na čipu mohou dosáhnout Q-faktoru 5200. Mohou také snadno měnit vlnové délky díky elektrooptické laditelnosti. To pomáhá modulům wdm pracovat s různými signály. Vrstva filtru funguje lépe s vyšším předpětím brány. To udržuje Q-faktor stabilní. Filtry dokážou naladit mezi 1543 a 1548 nm téměř bez energie. Díky tomu jsou efektivní pro optické pasivní součástky.

Spolehlivost závisí na tom, jak substrát zvládá změny teploty a vlhkosti. Zařízení si musí zachovat svou spektrální stabilitu i při změně prostředí. Některé filtry potřebují ohřev, aby fungovaly nad pokojovou teplotu. Důležité jsou zkoušky vysoké teploty a vlhkosti. Zařízení musí přežít při 85º C a 85% vlhkosti s malými změnami v průběhu času. Udržování mřížky na stálé teplotě pomáhá udržovat střední vlnovou délku. To je velmi důležité pro technologii wdm v optických sítích.

Vhodnost aplikace

Různé substráty jsou dobré pro různá použití. Skleněné substráty jsou pevné a stabilní. Fungují dobře v optických add-drop multiplexerových systémech a dalších optických pasivních součástkách. Plastové substráty jsou lehčí a pružné. Jsou dobré pro moduly wdm, které se potřebují ohnout nebo vejít do malých prostor. Návrhy bez substrátu pomáhají zmenšit filtry pro kompaktní zařízení wdm. Některé filtry využívají pokročilé materiály k multiplexování a demultiplexování mnoha vlnových délek. Tyto materiály pomáhají v hustých wdm systémech, kde mnoho signálů cestuje společně.

Tip: Vyberte substrát, který se hodí k vašemu modulu wdm a místu, kde bude fungovat.

Náklady a výroba

Výroba mění náklady i kvalitu. Existují dva hlavní procesy: fotonický damascénský a subtraktivní. Fotonický damascénský proces poskytuje vysoký výnos a hladké vlnovody. Ale může způsobit nepředvídatelné změny v disperzi vlnových délek. Subtraktivní proces poskytuje přesnou kontrolu a rovnoměrnou tloušťku. Může však způsobit praskliny a omezit počet vyrobených.

Spojky Wdm vyrobené subtraktivním procesem vykazují konzistentní výsledky v celém waferu. Filtry vyrobené v Damašku se mohou lišit výkonem, což ovlivňuje velkosériovou výrobu. Náklady se zvyšují, když filtry potřebují speciální materiály nebo složité kroky. Výběr správného procesu pomáhá vyvážit náklady, výnos a výkon technologie wdm.

Filtrační substráty WDM jsou vyrobeny ze skla, plastu a speciálních povlaků. Tyto materiály mění způsob cestování světla v sítích. Každý z nich může zlepšit nebo zhoršit fungování sítě. Mění také, kolik síť stojí a jak dlouho vydrží. Výběr správného substrátu pomáhá síti zůstat silná a dobře fungovat po dlouhou dobu.

• Nové nanotechnologie a povlaky pomáhají filtrům lépe fungovat a být flexibilnější.

• Skleněné substráty jsou stále nejlepší pro sítě, které musí být velmi přesné a stabilní.

• Hybridní a polymerní designy se nyní používají ve více věcech, jako je elektronika a automobily.
  Než si vyberete substrát, přemýšlejte o tom, co vaše síť potřebuje, a podívejte se na nové materiály.

FAQ

Jaká je hlavní úloha substrátu filtru WDM?

Filtrační substrát WDM drží vrstvy filtru na místě. Podporuje filtr a pomáhá vést světlo. Materiál substrátu ovlivňuje, jak dobře funguje filtr v síti.

Proč se sklo často používá pro substráty filtrů WDM?

Sklo je čisté a pevné. Propouští světlo s malými ztrátami. Sklo také zůstává stabilní při změně teplot. Díky tomu je dobrou volbou pro optické sítě.

Mohou plastové substráty nahradit sklo ve filtrech WDM?

Plastové substráty jsou lehčí a levnější než sklo. Dobře fungují v zařízeních, která se potřebují ohýbat nebo se vejít do malých prostor. Plast však nevede světlo tak dobře jako sklo.

Co jsou to filtry WDM bez substrátu?

Filtry WDM bez substrátu nepoužívají pevnou základnu. Používají tenké membrány nebo speciální struktury. Díky tomu jsou filtry menší a flexibilnější pro nová optická zařízení.