מצעי מסנן WDM והחומרים המשמשים בהם

מקור תמונה: unsplash

מצע מסנן wdm הוא הבסיס של מסנן בריבוי חלוקת אורך גל. טכנולוגיה זו מאפשרת לאותות רבים לעבור דרך רשת סיבים אופטיים אחת. הוא עושה זאת על ידי שימוש באורכי גל שונים עבור כל אות. סוג המצע משנה את מידת העבודה של מודול wdm בדברים כמו מרבבי הוספה-דרופ אופטי או מודול wdm קטן. החומרים במצע משנים את האופן שבו המסנן מתמודד עם אור. זה יכול להשפיע על הרזולוציה הספקטרלית והצלבה.

• חומרי מצע משנים את הרזולוציה הספקטרלית, הצלבה, רגישות לטמפרטורה, וכמה קל לייצר מסנני wdm.

• ייתכן שלמוליכי גל פוטוניים של סיליקון אין את ההבדל המתאים לאינדקס השבירה עבור מרווח ערוצים צר.

• דיבור צולב ושינויי טמפרטורה יכולים לגרום לבעיות באות ולהזדקק לפקדים נוספים.

• הבדלים בייצור המסננים יכולים לפגוע ביעילותם ולגרום להם לעלות יותר.

ככל שטכנולוגיות TFF ו-AWG משתפרות, עיצובי מצע חדשים, גם כאלה ללא מצע, עוזרים לגרום למערכות אופטיות מודרניות לעבוד טוב יותר.

טייק אווי מפתח

• מצעי מסנן WDM עוזרים לשלוט על אותות רבים ברשתות סיבים אופטיים. בחירת החומר הנכון יכולה לגרום לדברים לעבוד טוב יותר ולעצור בעיות כמו דיבור צולבות.

• זכוכית היא החומר הטוב ביותר עבור מסנני WDM מכיוון שהיא צלולה, חזקה ומטפלת היטב בחום. זה עובד היטב גם כאשר הטמפרטורות משתנות.

• מצעי פלסטיק הם מכופפים ועולים פחות אך עשויים שלא לאפשר לאור לעבור גם כן. הם עובדים בשביל דברים שצריכים להיות קלים.

• חומרים ועיצובים חדשים ללא מצעים. נוצרים אלה מאפשרים למסננים להיות קטנים יותר ולעבוד טוב יותר עבור צרכים אופטיים חדשים.

• הידיעה על מצעים שונים עוזרת לאנשים לבחור את הטוב ביותר עבור כל שימוש ב-WDM. זה מוודא שהרשת פועלת בצורה הטובה ביותר.

ריבוי חלוקת אורך גל ומצעי סינון

מקור תמונה: unsplash

מהי ריבוי חלוקת אורך גל?

ריבוי חלוקת אורך גל הוא דרך לשלוח אותות רבים דרך סיב אחד. כל אות משתמש באורך הגל שלו. זה עוזר ליותר נתונים להעביר בו זמנית. WDM משתמש בצבעים שונים של אור לייזר. כל צבע נושא את זרם הנתונים שלו. זה מאפשר למספר אותות נושא אופטיים לעבור יחד על סיב אחד. השיטה מאפשרת לאותות לעבור לשני הכיוונים והופכת את הרשת לגדולה יותר.

WDM מאפשר לרשתות לשלוח זרמי נתונים רבים על סיב אחד על ידי מתן צבע אור משלו לכל זרם.

• WDM שם אותות נושא אופטיים רבים על סיב אחד.

• הוא משתמש בצבעים שונים של אור לייזר.

• ריבוי מסייע לשלוח נתונים בצורה יעילה יותר.

• WDM מאפשר לאותות לעבור בשני הכיוונים.

• מסננים יכולים מאוחר יותר להפריד כל צבע כדי להחזיר את האותות.

תפקיד מצע מסנן WDM

מצע מסנן wdm הוא חלק חשוב ברכיבים פסיביים אופטיים. הוא מחזיק את הפילטר שמפצל או מצטרף אורכי גל במודול wdm. החומר של המצע משנה את אופן פעולת המסנן עם האור. זה משפיע על כמה טוב המסנן בוחר אורכי גל מסוימים וחוסם אחרים. במכשירים כמו א מרבב אופטי Add-Drop , המצע עוזר לפילטר לבחור כמה אורכי גל ולהשאיר את השאר. סוג המצע משנה כמה טוב המסנן עובד, כמה זמן הוא מחזיק מעמד וכמה קל להכין אותו. חומרים מסוימים עוזרים למסנן לראות צבעים טוב יותר ולהפסיק את השיח ביניהם. ככל שטכנולוגיית wdm משתפרת, מצעים חדשים ואפילו כאלה ללא בסיס עוזרים לרשתות לעבוד טוב יותר ולשאת יותר אותות.

חומרים המשמשים בתשתיות מסנן WDM

מקור תמונה: פקסלים

מצע זכוכית ופלסטיק

נעשה שימוש רב בזכוכית במצעי מסנן wdm. הוא מחזיק את המסנן ועוזר להנחות את האור. מסננים רבים משתמשים בזכוכית מיוחדת כמו זכוכית קוורץ או K9. סוגי זכוכית אלה מאפשרים לאור לעבור בבירור והם חזקים. זכוכית גם לא משתנה הרבה כשהיא מתחממת או קרה. זה חשוב עבור מערכות wdm. הטבלה שלהלן מסבירה מדוע זכוכית היא בחירה טובה:

לפעמים נעשה שימוש בפלסטיק כאשר מודולי wdm צריכים להיות קלים או מכופפים. פלסטיק קל לעיצוב ועולה פחות מזכוכית. אבל פלסטיק לא מכניס אור כמו זכוכית. זה גם לא כל כך חזק. חלק ממרבבי התוספת-דרופ האופטיים משתמשים בפלסטיק כדי להפוך אותם לקלים יותר וקלים יותר להכנסתם.

ציפויים ומבנים שכבות

ציפויים חשובים מאוד לאופן פעולתם של מסנני wdm. הם עוזרים למסנן להתמודד עם צבעי אור שונים. מסנני סרט דק משתמשים בשכבות רבות העשויות מחומרים מיוחדים. שכבות אלה יכולות לשקף או להחדיר צבעים מסוימים. זה עוזר למסנן לפצל או לצרף אותות.

כמה ציפויים נפוצים הם:

• ציפוי AR: זה מחזיר פחות אור ומאפשר ליותר אור לעבור. הוא משמש בהרבה כלים אופטיים.

• ציפויים דיאלקטריים: אלו עשויים משכבות הגורמות לאפקטים מיוחדים עם אור. הם עוזרים לחסום או לשקף כמה צבעים.

• סרט סלקטיבי באורך גל: זה מאפשר רק לחלק מהצבעים לעבור או לשקף. זה חשוב עבור תקשורת אופטית.

סרטים דקים משמשים לייצור מסננים המאפשרים רק מגוון קטן של צבעים לעבור. מוליכי גל סיליקה על סיליקון משמשים גם בעיצובי מסנני wdm. מסננים מסוימים שניתן לכוונן משתמשים ב-InGaAsP/InP או בקריסטלים נוזליים כדי לבחור אילו צבעים לסנן.

ציפויים ושכבות עוזרים למסנני wdm לבחור את הצבעים הנכונים ולחסום אחרים. זה הופך את הריבוי לטוב יותר ומוריד את ההצלבה.

חומרים נטולי מצע ומתקדמים

טכנולוגיית מסנן wdm חדשה משתמשת בעיצובים נטולי מצע ובדרכים מיוחדות לבניית מסננים. שיטות חדשות אלו עוזרות להפוך את המסננים לקטנים ורגישים יותר. מסננים ללא מצע אינם זקוקים לבסיס. זה אומר שהם יכולים להיות זעירים ולהתאים במקומות קטנים.

שיטות מצע להקרבה משתמשות בצעדים מיוחדים לבניית מסננים:

• ראשית, מבנה רב שכבתי נעשה באמצעות אפיטקסיה.

• תחריט יבש מעצב את דפנות המסנן.

• תחריט רטוב-כימי מסיר כמה שכבות כדי ליצור פערי אוויר.

• זה יוצר מבני ממברנה דקים שניתן לשנות לצבעים שונים.

החומרים והדרכים החדשות הללו לבניית מסננים מאפשרים להם לשנות את אופן פעולתם. על ידי שינוי ממה הם עשויים, מהנדסים יכולים לשלוט באילו צבעים הפילטר בוחר. זה חשוב לריבוי ברשתות אופטיות חדשות.

חומרים מתקדמים ועיצובים נטולי מצע עוזרים למסנני wdm להיות גמישים ומדויקים יותר. הם עוזרים לשימושים חדשים לריבוי חלוקת אורכי גל וגורמים לרשתות לעבוד טוב יותר.

טכנולוגיית WDM: TFF לעומת AWG Substrates

טכנולוגיית WDM משתמשת בדרכים שונות לפצל ולצרף אורכי גל פנימה רשתות אופטיות . ישנם שני סוגים עיקריים: מסנן סרט דק וסורג מוליך גל ערוך. כל אחד מהם משתמש בחומרים ועיצובים שונים כדי לערבב ולהפריד בין אותות. סוג המצע משנה כמה טוב כל מסנן עובד במודול wdm.

חומרי מצע למסנן סרט דק (TFF).

למכשירי סינון סרט דק יש שכבות רבות של חומרים מיוחדים. שכבות אלו שולטות כיצד האור עובר או קופץ. הם יושבים על בסיס חזק הנקרא מצע מסנן wdm. החומרים הנפוצים ביותר לבסיסים אלו הם זכוכית וקרמיקה. סיליקה (SiO2) משמשת הרבה כי היא צלולה ואינה מאבדת הרבה אור. חומרים אחרים כמו מגנזיום פלואוריד (MgF2), טיטניום דו חמצני (TiO2), טנטלום פנטאוקסיד (Ta2O5), ניוביום פנטאוקסיד (Nb2O5), ותחמוצת אלומיניום (Al2O3) משמשים גם הם. כל אחד מכופף את האור בצורה שונה, מה שעוזר לפילטר לפצל את אורכי הגל.

מסנן סרט דק עשוי משכבות דקות רבות המוערמות על בסיס שטוח. שכבות אלו מייצרות הפרעות, מה שעוזר למסנן לבחור אורכי גל מסוימים ולחסום אחרים. דרך זו פועלת היטב עבור עד 16 ערוצים במודול wdm. הוא הטוב ביותר עבור ריבוי חלוקה באורך גל גס, שבו אין הרבה אורכי גל.

הדרך שבה המצע מתמודד עם חום וכוח חשובה. אם משתמשים בפילטר במקומות חמים או קרים, השכבות יכולות להיות גדולות או קטנות יותר. זה יכול לשנות את אורך הגל שהמסנן בוחר. חלק מהמסננים משתמשים בקרמיקה או זכוכית מיוחדים שאינם משתנים הרבה עם הטמפרטורה. זה עוזר למסנן להחזיק מעמד זמן רב יותר ולעבוד טוב יותר במקומות קשים, כמו מערכות lidar או רשתות חיצוניות.

• מצעי מסנן סרט דק צריכים להיות חזקים ויציבים.

• יציבות תרמית טובה פירושה שהמסנן אינו משתנה כאשר הוא מתחמם או קר.

• קרמיקה מותאמת אישית יכולה לגרום למסננים לעבוד טוב יותר מחומרים רגילים.

חומרי מצע של מצע עם מוליך גל ערוך (AWG).

מכשירי סורג של מולי גל ערוכים משתמשים בדרך שונה לערבב ולפצל אורכי גל. הם משתמשים במובילי גל זעירים רבים שנעשו על שבב. הבסיס הנפוץ ביותר עבור AWG הוא זכוכית במעגל אור מישורי (PLC) מבוסס סיליקה. חומר זה ברור מאוד ומאפשר לאור לנוע עם מעט אובדן. זה נעשה באמצעות דרכים מיוחדות כמו תצהיר זכוכית ופוטוליתוגרפיה. דרכים אלו עוזרות ליצור מוליכי גל שכולם באותו גודל וצורה. זה חשוב לשמירה על אורכי הגל בנפרד.

חלק מהתקני AWG משתמשים בליתיום ניובאט על פרוסת בידוד. לפרוסה זו יש שכבה דקה של ליתיום ניובאט, שכבת תחמוצת קבורה ובסיס סיליקון עבה. ליתיום ניובאט עוזר לשלוט על שלב וכיוון האור. זה הופך את המסנן ליותר מדויק ויציב.

מסנני סורג של מולי גל ערוכים יכולים להתמודד עם 40 אורכי גל או יותר בבת אחת. זה עושה אותם טובים עבור ריבוי חלוקת אורכי גל צפוף, שבו אותות רבים נעים יחד. חומר הבסיס משנה כמה קרובים הערוצים יכולים להיות וכמה דיבור מתרחש ביניהם.

• שגיאות פאזה במוליכי הגל עלולות לגרום לדיבור צולב. אם הבסיס אינו אחיד, ייתכן שהמסנן לא יפצל היטב את אורכי הגל.

• הפסדי כיפוף יכולים לקרות אם מובילי הגלים הדוקים מדי. בסיסי סיליקה וסיליקון יכולים לאבד 0.5-2 dB לכל עיקול אם העקומה קטנה מדי.

• עיצובים מסוימים של AWG משתמשים בפולימרים מיוחדים כדי לשמור על יציבות המסנן כאשר הטמפרטורה משתנה. זה עוזר לפילטר לעבוד היטב מ-20°C עד 80°C ללא כוונון נוסף.

TFF לעומת AWG: מבנה, פונקציה ויישום

הטבלה שלהלן מראה כיצד מסנן סרט דק וטכנולוגיות סורג מולי גלים שונות שונות:

• מסנן סרט דק הוא פשוט ועובד היטב עבור מספר קטן של אורכי גל.

• AWG עדיף למערכות שצריכות לערבב ולפצל אורכי גל רבים.

• מהסוג של מצע וחומר מסנן wdm משנים את מידת העבודה של כל מסנן בחלקים פסיביים אופטיים.

חומר המצע הנכון עוזר לכל טכנולוגיית wdm לעבוד בצורה הטובה ביותר. זה יכול להפחית את ההצלבה, להפוך את המסנן ליציב יותר ולעזור לו להחזיק מעמד זמן רב יותר. זה חשוב לבניית רשתות wdm חזקות.

השוואת חומרי מצע מסנן WDM

ביצועים ואמינות

ביצועים חשובים מאוד בעת בחירת מצע מסנן wdm. מסננים חייבים להפריד בין אורכי גל רבים בדיוק רב. ה-Q-factor מראה עד כמה מסנן עושה את העבודה הזו. מסנני wdm על-שבב יכולים להגיע ל-Q-factor של 5200. הם יכולים גם לשנות אורכי גל בקלות עם כוונון אלקטרו-אופטי. זה עוזר למודולי wdm לעבוד עם אותות שונים. שכבת המסנן פועלת טוב יותר עם הטיית שער גבוה יותר. זה שומר על גורם Q יציב. מסננים יכולים לכוונן בין 1543 ל-1548 ננומטר כמעט ללא כוח. זה הופך אותם ליעילים עבור רכיבים פסיביים אופטיים.

האמינות תלויה באופן שבו המצע מתמודד עם שינויי טמפרטורה ולחות. התקנים חייבים לשמור על יציבותם הספקטרלית גם אם הסביבה משתנה. חלק מהמסננים זקוקים לחימום כדי לעבוד מעל טמפרטורת החדר. בדיקות טמפרטורה ולחות גבוהות חשובות. התקנים חייבים לשרוד ב-85 מעלות צלזיוס ולחות של 85% עם מעט שינוי לאורך זמן. שמירה על הסורג בטמפרטורה קבועה עוזרת לשמור על אורך הגל המרכזי. זה חשוב מאוד עבור טכנולוגיית wdm ברשתות אופטיות.

התאמה ליישום

מצעים שונים טובים לשימושים שונים. מצעי זכוכית חזקים ויציבים. הם פועלים היטב במערכות מרבבי תוספת-דרופ אופטיות ורכיבים פסיביים אופטיים אחרים. מצעי פלסטיק קלים וגמישים יותר. הם טובים עבור מודולי wdm שצריכים להתכופף או להתאים בחללים קטנים. עיצובים ללא מצע עוזרים להקטין את המסננים עבור התקני wdm קומפקטיים. חלק מהמסננים משתמשים בחומרים מתקדמים לריבוי וריבוי אורכי גל רבים. חומרים אלו עוזרים במערכות wdm צפופות שבהן עוברים אותות רבים יחד.

טיפ: בחר מצע שמתאים למודול wdm שלך ולמקום שבו הוא יעבוד.

עלות וייצור

הייצור משנה את העלות והאיכות כאחד. ישנם שני תהליכים עיקריים: דמשקאי פוטוניים וחיסור. תהליך הדמשק הפוטוני נותן תפוקה גבוהה ומוליכי גל חלקים. אבל זה יכול לגרום לשינויים בלתי צפויים בפיזור אורך הגל. תהליך החיסור נותן שליטה מדויקת ועובי אחיד. אבל זה עלול לגרום לסדקים ולהגביל כמה שניתן לעשות.

מחברי Wdm שנעשו בתהליך החיסור מראים תוצאות עקביות על פני הרקיק. פילטרים מתוצרת Damascene יכולים להשתנות בביצועים, מה שמשפיע על ייצור בקנה מידה גדול. העלות עולה כאשר מסננים זקוקים לחומרים מיוחדים או שלבים מורכבים. בחירת התהליך הנכון עוזרת לאזן עלות, תשואה וביצועים עבור טכנולוגיית wdm.

מצעי מסנן WDM עשויים מזכוכית, פלסטיק וציפויים מיוחדים. חומרים אלה משנים את האופן שבו האור נע ברשתות. כל אחד מהם יכול לגרום לרשת לעבוד טוב יותר או גרוע יותר. הם גם משנים כמה עולה הרשת וכמה זמן היא נמשכת. בחירת המצע הנכון עוזרת לרשת להישאר חזקה ולעבוד היטב לאורך זמן.

• ננוטכנולוגיה וציפויים חדשים עוזרים למסננים לעבוד טוב יותר ולהיות גמישים יותר.

• מצעי זכוכית הם עדיין הטובים ביותר עבור רשתות שצריכות להיות מאוד מדויקות ויציבות.

• עיצובים היברידיים ופולימריים נמצאים כעת בשימוש בעוד דברים, כמו אלקטרוניקה ומכוניות.
  חשבו מה הרשת שלכם צריכה והסתכלו על חומרים חדשים לפני שאתם בוחרים מצע.

שאלות נפוצות

מהי העבודה העיקרית של מצע מסנן WDM?

מצע מסנן WDM מחזיק את שכבות המסנן במקומן. הוא תומך בפילטר ועוזר להנחות את האור. חומר המצע משפיע על מידת העבודה של המסנן ברשת.

מדוע זכוכית משמשת לעתים קרובות עבור מצעי מסנן WDM?

זכוכית שקופה וחזקה. זה נותן לאור לעבור עם מעט אובדן. זכוכית גם נשארת יציבה כאשר הטמפרטורות משתנות. זה הופך אותו לבחירה טובה עבור רשתות אופטיות.

האם מצעי פלסטיק יכולים להחליף זכוכית במסנני WDM?

מצעי פלסטיק קלים וזולים יותר מזכוכית. הם עובדים היטב במכשירים שצריכים להתכופף או להתאים בחללים קטנים. עם זאת, פלסטיק אינו מנחה אור כמו זכוכית.

מהם מסנני WDM נטולי מצע?

מסנני WDM נטולי מצע אינם משתמשים בבסיס מוצק. הם משתמשים בממברנות דקות או במבנים מיוחדים. זה הופך את המסננים לקטנים יותר וגמישים יותר עבור התקנים אופטיים חדשים.