WDM-suodatinsubstraatit ja niissä käytetyt materiaalit

Kuvan lähde: irrottaa roiskeet

Wdm-suodatinsubstraatti on suodattimen perusta aallonpituusjakomultipleksoinnissa. Tämä tekniikka mahdollistaa useiden signaalien liikkumisen yhden valokuituverkon kautta. Se tekee tämän käyttämällä eri aallonpituuksia jokaiselle signaalille. Substraatin tyyppi muuttaa wdm-moduulin toimivuutta esimerkiksi optisessa add-drop-multiplekserissä tai pienessä wdm-moduulissa. Substraatin materiaalit muuttavat suodattimen tapaa käsitellä valoa. Tämä voi vaikuttaa spektriresoluutioon ja ylikuulumiseen.

• Substraattimateriaalit muuttavat spektrin resoluutiota, ylikuulumista, lämpötilaherkkyyttä ja wdm-suodattimien valmistamista.

• Pii-fotonisilla aaltoputkilla ei ehkä ole oikeaa taitekerroineroa kapealle kanavavälille.

• Ylikuuluminen ja lämpötilan muutokset voivat aiheuttaa signaaliongelmia ja vaatia lisäsäätöjä.

• Erot suodattimien valmistuksessa voivat vahingoittaa niiden toimintaa ja tehdä niistä kalliimpia.

Kun TFF- ja AWG-teknologiat paranevat, uudet alustamallit, jopa ilman substraattia, auttavat saamaan nykyaikaiset optiset järjestelmät toimimaan paremmin.

Key Takeaways

• WDM-suodatinsubstraatit auttavat hallitsemaan monia signaaleja valokuituverkoissa. Oikean materiaalin valitseminen voi parantaa asioita ja estää ylikuulumisen kaltaiset ongelmat.

• Lasi on paras materiaali WDM-suodattimille, koska se on kirkasta, vahvaa ja kestää hyvin lämpöä. Se toimii hyvin, vaikka lämpötila muuttuu.

• Muovialustat ovat taipuisia ja maksavat vähemmän, mutta ne eivät välttämättä päästä valoa läpi. Ne toimivat asioissa, joiden on oltava kevyitä.

• uusia materiaaleja ja malleja ilman substraatteja. Valmistetaan Näiden ansiosta suodattimet ovat pienempiä ja toimivat paremmin uusissa optisissa tarpeissa.

• Eri substraattien tunteminen auttaa ihmisiä valitsemaan parhaan jokaiseen WDM-käyttöön. Tämä varmistaa, että verkko toimii parhaiten.

Aallonpituusjakoinen multipleksointi ja suodatinsubstraatit

Kuvan lähde: irrottaa roiskeet

Mikä on aallonpituusjakoinen multipleksointi?

Aallonpituusjakoinen multipleksointi on tapa lähettää useita signaaleja yhden kuidun kautta. Jokainen signaali käyttää omaa aallonpituuttaan. Tämä auttaa enemmän dataa liikkumaan samanaikaisesti. WDM käyttää erivärisiä laservaloja. Jokainen väri kuljettaa oman tietovirtansa. Tämä mahdollistaa useiden optisten kantoaaltosignaalien kulkemisen yhdessä kuidussa. Menetelmä sallii signaalien kulkea molempiin suuntiin ja tekee verkosta suuremman.

WDM antaa verkoille mahdollisuuden lähettää useita tietovirtoja yhden kuidun kautta antamalla jokaiselle virralle oman värinsä.

• WDM asettaa useita optisia kantoaaltosignaaleja yhdelle kuidulle.

• Se käyttää erivärisiä laservaloja.

• Multipleksointi auttaa lähettämään dataa tehokkaammin.

• WDM antaa signaalien kulkea molempiin suuntiin.

• Suodattimet voivat myöhemmin erottaa jokaisen värin saadakseen signaalit takaisin.

WDM-suodatinalustan rooli

Wdm-suodattimen substraatti on tärkeä osa optisia passiivisia komponentteja. Se pitää suodattimen, joka jakaa tai yhdistää aallonpituuksia wdm-moduulissa. Substraatin materiaali muuttaa suodattimen toimintaa valon kanssa. Se vaikuttaa siihen, kuinka hyvin suodatin poimii tietyt aallonpituudet ja estää toiset. Laitteissa, kuten an optinen add-drop multiplekseri , substraatti auttaa suodatinta valitsemaan joitain aallonpituuksia ja jättämään loput. Substraatin tyyppi muuttaa suodattimen toimivuutta, kestoa ja sen valmistusta. Jotkut materiaalit auttavat suodatinta näkemään värit paremmin ja estämään niiden välisen ylikuulumisen. Kun wdm-tekniikka paranee, uudet ja jopa ilman alustaa olevat alustat auttavat verkkoja toimimaan paremmin ja kuljettamaan enemmän signaaleja.

WDM-suodatinsubstraateissa käytetyt materiaalit

Kuvan lähde: pekselit

Lasi ja muovi alustat

Lasia käytetään paljon wdm-suodatinsubstraateissa. Se pitää suodattimen ja auttaa ohjaamaan valoa. Monet suodattimet käyttävät erikoislasia, kuten kvartsia tai K9-lasia. Tämäntyyppiset lasit päästävät valon läpi selvästi ja ovat vahvoja. Lasi ei myöskään muutu paljoa kuumana tai kylmänä. Tämä on tärkeää wdm-järjestelmille. Alla oleva taulukko selittää, miksi lasi on hyvä valinta:

Muovia käytetään joskus, kun wdm-moduulien on oltava kevyitä tai taipuisia. Muovi on helppo muotoilla ja maksaa vähemmän kuin lasi. Mutta muovi ei päästä valoa niin hyvin läpi lasin. Se ei myöskään ole yhtä vahva. Jotkut optiset add-drop-multiplekserit käyttävät muovia, jotta ne olisivat kevyempiä ja helpompia asentaa.

Pinnoitteet ja kerrosrakenteet

Pinnoitteet ovat erittäin tärkeitä wdm-suodattimien toiminnan kannalta. Ne auttavat suodatinta käsittelemään eri värisiä valoja. Ohutkalvosuodattimet käyttävät monia erikoismateriaaleista valmistettuja kerroksia. Nämä kerrokset voivat heijastaa tai päästää läpi tiettyjä värejä. Tämä auttaa suodatinta jakamaan tai yhdistämään signaaleja.

Joitakin yleisiä pinnoitteita ovat:

• AR-pinnoite: Tämä saa vähemmän valoa pois ja päästää enemmän valoa läpi. Sitä käytetään monissa optiset työkalut.

• Dielektriset pinnoitteet: Nämä on valmistettu kerroksista, jotka aiheuttavat erikoistehosteita valolla. Ne auttavat estämään tai heijastamaan joitain värejä.

• Aallonpituusselektiivinen kalvo: Tämä sallii vain joidenkin värien kulkemisen tai heijastuksen. Se on tärkeää optinen viestintä.

Ohuista kalvoista valmistetaan suodattimia, jotka päästävät läpi vain pienen valikoiman värejä. Pii-aaltoputkia käytetään myös wdm-suodattimissa. Jotkut viritettävät suodattimet käyttävät InGaAsP/InP:tä tai nestekiteitä suodatettavien värien valitsemiseen.

Pinnoitteet ja kerrokset auttavat wdm-suodattimia valitsemaan oikeat värit ja estämään muut. Tämä tekee multipleksoinnista paremman ja vähentää ylikuulumista.

Substraattivapaat ja edistykselliset materiaalit

Uusi wdm-suodatintekniikka käyttää substraattivapaita malleja ja erityisiä tapoja rakentaa suodattimia. Nämä uudet menetelmät auttavat tekemään suodattimista pienempiä ja herkempiä. Substraattittomat suodattimet eivät tarvitse pohjaa. Tämä tarkoittaa, että ne voivat olla pieniä ja mahtua pieniin paikkoihin.

Uhrautuvat substraattimenetelmät käyttävät erityisiä vaiheita suodattimien rakentamiseen:

• Ensin tehdään monikerroksinen rakenne käyttämällä epitaksia.

• Kuivaetsaus muotoilee suodattimen sivut.

• Märkäkemiallinen alussyövytys poistaa joitakin kerroksia ilmarakojen muodostamiseksi.

• Tämä tekee ohuita kalvorakenteita, jotka voidaan vaihtaa eri väreiksi.

Nämä uudet materiaalit ja tavat rakentaa suodattimia antavat niiden muuttaa toimintatapaansa. Muuttamalla niiden valmistusta insinöörit voivat hallita, mitkä värit suodatin valitsee. Tämä on tärkeää uusien optisten verkkojen multipleksoinnissa.

Kehittyneet materiaalit ja substraattivapaat mallit auttavat wdm-suodattimia olemaan joustavampia ja tarkempia. Ne auttavat uusia käyttötapoja aallonpituusjakoisessa multipleksoinnissa ja parantavat verkkojen toimintaa.

WDM-tekniikka: TFF vs AWG-substraatit

WDM-teknologia käyttää erilaisia ​​tapoja jakaa ja yhdistää aallonpituuksia optiset verkot . Niitä on kahta päätyyppiä: ohutkalvosuodatin ja aaltoputkihila. Jokainen käyttää eri materiaaleja ja malleja signaalien sekoittamiseen ja erottamiseen. Substraattityyppi muuttaa kunkin suodattimen toimivuuden wdm-moduulissa.

Ohutkalvosuodatin (TFF) substraattimateriaalit

Ohutkalvosuodatinlaitteissa on useita kerroksia erikoismateriaaleja. Nämä kerrokset säätelevät, miten valo kulkee läpi tai pomppii pois. Ne istuvat vahvalla alustalla, jota kutsutaan wdm-suodatinsubstraatiksi. Yleisimmät materiaalit näissä jalustoissa ovat lasi ja keramiikka. Piidioksidia (SiO2) käytetään paljon, koska se on kirkasta eikä menetä paljon valoa. Käytetään myös muita materiaaleja, kuten magnesiumfluoridia (MgF2), titaanidioksidia (TiO2), tantaalipentoksidia (Ta2O5), niobiumpentoksidia (Nb2O5) ja alumiinioksidia (Al2O3). Jokainen taivuttaa valoa eri tavalla, mikä auttaa suodatinta jakamaan aallonpituuksia.

Ohutkalvosuodatin koostuu useista ohuista kerroksista, jotka on pinottu tasaiselle alustalle. Nämä kerrokset aiheuttavat häiriöitä, mikä auttaa suodatinta valitsemaan joitain aallonpituuksia ja estämään toiset. Tämä tapa toimii hyvin jopa 16 kanavalla wdm-moduulissa. Se sopii parhaiten karkeaan aallonpituusjakoiseen multipleksointiin, jossa aallonpituuksia ei ole paljon.

Tapa, jolla alusta käsittelee lämpöä ja voimaa, on tärkeää. Jos suodatinta käytetään kuumissa tai kylmissä paikoissa, kerrokset voivat kasvaa tai pienentyä. Tämä voi muuttaa suodattimen valitsemaa aallonpituutta. Joissakin suodattimissa käytetään erityistä keramiikkaa tai lasia, jotka eivät muutu paljon lämpötilan mukaan. Tämä auttaa suodatinta kestämään pidempään ja toimimaan paremmin vaikeissa paikoissa, kuten lidar-järjestelmissä tai verkkojen ulkopuolella.

• Ohutkalvosuodattimen substraattien on oltava luja ja vakaa.

• Hyvä lämmönkestävyys tarkoittaa, että suodatin ei muutu kuumana tai kylmänä.

• Mukautettu keramiikka voi saada suodattimet toimimaan paremmin kuin tavalliset materiaalit.

Arrayed Waveguide Grating (AWG) alustamateriaalit

Järjestellyt aaltoputkihilalaitteet käyttävät eri tapaa sekoittaa ja jakaa aallonpituuksia. He käyttävät monia pieniä aaltoputkia, jotka on tehty sirulle. AWG:n yleisin pohja on piidioksidipohjainen planar lightwave circuit (PLC) -lasi. Tämä materiaali on erittäin kirkasta ja antaa valon liikkua pienellä häviöllä. Se on valmistettu erityisillä tavoilla, kuten lasipinnoitus ja fotolitografia. Nämä keinot auttavat tekemään aaltoputkia, jotka ovat kaikki samankokoisia ja -muotoisia. Tämä on tärkeää aallonpituuksien pitämiseksi erillään.

Jotkut AWG-laitteet käyttävät litiumniobaattia eristelevyssä. Tässä kiekossa on ohut kerros litiumniobaattia, haudattu oksidikerros ja paksu piipohja. Litiumniobaatti auttaa säätelemään valon vaihetta ja suuntaa. Tämä tekee suodattimesta tarkemman ja vakaamman.

Järjestellyt aaltoputkihilasuodattimet voivat käsitellä 40 tai useampaa aallonpituutta kerralla. Tämä tekee niistä hyviä tiheään aallonpituusjakoiseen multipleksointiin, jossa monet signaalit kulkevat yhdessä. Pohjamateriaali muuttaa sitä, kuinka lähellä kanavat voivat olla ja kuinka paljon niiden välillä tapahtuu ylikuulumista.

• Aaltoputkien vaihevirheet voivat aiheuttaa ylikuulumista. Jos kanta ei ole tasainen, suodatin ei ehkä jaa aallonpituuksia hyvin.

• Taivutushäviöitä voi tapahtua, jos aaltoputket ovat liian tiukkoja. Piidioksidi- ja piiemäkset voivat menettää 0,5–2 dB taivutusta kohti, jos käyrä on liian pieni.

• Joissakin AWG-malleissa käytetään erityisiä polymeerejä pitämään suodatin vakaana lämpötilan muuttuessa. Tämä auttaa suodatinta toimimaan hyvin 20 °C - 80 °C ilman ylimääräistä viritystä.

TFF vs AWG: rakenne, funktio ja sovellus

Alla oleva taulukko näyttää, kuinka ohutkalvosuodatin ja aaltoputkihilatekniikat eroavat toisistaan:

• Ohutkalvosuodatin on yksinkertainen ja toimii hyvin pienellä määrällä aallonpituuksia.

• AWG on parempi järjestelmille, joiden on sekoitettava ja jaettava useita aallonpituuksia.

• Sellainen wdm-suodattimen substraatti ja materiaali muuttavat, kuinka hyvin kukin suodatin toimii optisissa passiivisissa osissa.

Oikea substraattimateriaali auttaa jokaista wdm-tekniikkaa toimimaan parhaiten. Se voi vähentää ylikuulumista, tehdä suodattimesta vakaamman ja auttaa sitä kestämään pidempään. Tämä on tärkeää vahvojen wdm-verkkojen rakentamiselle.

WDM-suodattimen alustamateriaalien vertailu

Suorituskyky ja luotettavuus

Suorituskyky on erittäin tärkeä wdm-suodattimen substraattia valittaessa. Suodattimien on erotettava useita aallonpituuksia erittäin tarkasti. Q-kerroin osoittaa, kuinka hyvin suodatin tekee tämän työn. On-chip wdm-suodattimet voivat saavuttaa Q-kertoimen 5200. Ne voivat myös muuttaa aallonpituuksia helposti sähköoptisella viritettävyydellä. Tämä auttaa wdm-moduuleja toimimaan erilaisten signaalien kanssa. Suodattimen kerros toimii paremmin suuremmalla portin esijännityksellä. Tämä pitää Q-tekijän vakaana. Suodattimet voivat virittää välillä 1543-1548 nm lähes ilman tehoa. Tämä tekee niistä tehokkaita optiset passiiviset komponentit.

Luotettavuus riippuu siitä, kuinka alusta kestää lämpötilan ja kosteuden muutoksia. Laitteiden on säilytettävä spektrin stabiilius, vaikka ympäristö muuttuu. Jotkut suodattimet tarvitsevat lämmitystä toimiakseen huoneenlämpötilan yläpuolella. Korkean lämpötilan ja kosteuden testit ovat tärkeitä. Laitteiden on säilyttävä 85 ºC:ssa ja 85 % kosteudessa ilman, että ne muuttuvat ajan myötä. Ritilän pitäminen tasaisessa lämpötilassa auttaa pitämään keskiaallonpituuden. Tämä on erittäin tärkeää wdm-tekniikalle optisissa verkoissa.

Sovelluksen soveltuvuus

Erilaiset alustat sopivat erilaisiin käyttötarkoituksiin. Lasisubstraatit ovat vahvoja ja vakaita. Ne toimivat hyvin optisissa add-drop-multiplekserijärjestelmissä ja muissa passiivisissa optisissa komponenteissa. Muovialustat ovat kevyempiä ja taipuisempia. Ne sopivat wdm-moduuleille, joiden täytyy taipua tai mahtua pieniin tiloihin. Substraattivapaat mallit auttavat pienentämään suodattimia pienikokoisille wdm-laitteille. Jotkut suodattimet käyttävät kehittyneitä materiaaleja monien aallonpituuksien multipleksoimiseen ja demultipleksoimiseen. Nämä materiaalit auttavat tiheissä wdm-järjestelmissä, joissa monet signaalit kulkevat yhdessä.

Vinkki: Valitse substraatti, joka sopii wdm-moduuliisi ja paikkaan, jossa se toimii.

Kustannukset ja valmistus

Valmistus muuttaa sekä kustannuksia että laatua. On olemassa kaksi pääprosessia: fotoninen Damaskene ja subtraktiivinen. Fotoninen Damascene-prosessi antaa korkean tuoton ja sileät aaltoputket. Mutta se voi aiheuttaa arvaamattomia muutoksia aallonpituusdispersiossa. Vähennysprosessi antaa tarkan ohjauksen ja tasaisen paksuuden. Mutta se voi aiheuttaa halkeamia ja rajoittaa niiden valmistusmäärää.

Vähennysprosessilla tehdyt Wdm-kytkimet näyttävät johdonmukaisia ​​tuloksia koko kiekolla. Damaskeenista valmistettujen suodattimien suorituskyky voi vaihdella, mikä vaikuttaa laajamittaiseen tuotantoon. Kustannukset nousevat, kun suodattimet tarvitsevat erikoismateriaaleja tai monimutkaisia ​​vaiheita. Oikean prosessin valitseminen auttaa tasapainottamaan wdm-tekniikan kustannuksia, tuottoa ja suorituskykyä.

WDM-suodatinsubstraatit valmistetaan lasista, muovista ja erikoispinnoitteista. Nämä materiaalit muuttavat valon kulkua verkoissa. Jokainen voi parantaa tai huonontaa verkon toimintaa. Ne myös muuttavat verkon kustannuksia ja kestoa. Oikean alustan valitseminen auttaa verkkoa pysymään vahvana ja toimimaan hyvin pitkään.

• Uusi nanoteknologia ja pinnoitteet auttavat suodattimia toimimaan paremmin ja olemaan joustavampia.

• Lasisubstraatit ovat edelleen parhaita verkkoihin, joiden on oltava erittäin tarkkoja ja vakaita.

• Hybridi- ja polymeerimalleja käytetään nyt useammissa asioissa, kuten elektroniikassa ja autoissa.
  Mieti, mitä verkostosi tarvitsee, ja katso uusia materiaaleja ennen kuin valitset alustan.

FAQ

Mikä on WDM-suodatinsubstraatin päätehtävä?

WDM-suodatinsubstraatti pitää suodatinkerrokset paikoillaan. Se tukee suodatinta ja auttaa ohjaamaan valoa. Substraattimateriaali vaikuttaa siihen, kuinka hyvin suodatin toimii verkossa.

Miksi lasia käytetään usein WDM-suodatinalustoina?

Lasi on kirkasta ja vahvaa. Se päästää valon läpi pienellä häviöllä. Lasi pysyy vakaana myös lämpötilan muuttuessa. Tämä tekee siitä hyvän valinnan optisiin verkkoihin.

Voivatko muovipinnat korvata lasin WDM-suodattimissa?

Muovialustat ovat kevyempiä ja halvempia kuin lasi. Ne toimivat hyvin laitteissa, joiden täytyy taipua tai mahtua pieniin tiloihin. Muovi ei kuitenkaan johda valoa yhtä hyvin kuin lasi.

Mitä ovat substraatittomat WDM-suodattimet?

Substraattivapaat WDM-suodattimet eivät käytä kiinteää pohjaa. Ne käyttävät ohuita kalvoja tai erikoisrakenteita. Tämä tekee suodattimista pienempiä ja joustavampia uusille optisille laitteille.