WDM-filtersubstraten en de daarin gebruikte materialen

Afbeeldingsbron: ontspullen

Een wdm-filtersubstraat is de basis van een filter bij multiplexing met golflengteverdeling. Deze technologie laat veel signalen door één glasvezelnetwerk bewegen. Dit gebeurt door voor elk signaal verschillende golflengten te gebruiken. Het type substraat verandert hoe goed de wdm-module werkt, bijvoorbeeld in een optische add-drop multiplexer of een kleine wdm-module. De materialen in het substraat veranderen de manier waarop het filter met licht omgaat. Dit kan de spectrale resolutie en overspraak beïnvloeden.

• Substraatmaterialen veranderen de spectrale resolutie, overspraak, temperatuurgevoeligheid en hoe gemakkelijk het is om wdm-filters te maken.

• Silicium-fotonische golfgeleiders hebben mogelijk niet het juiste brekingsindexverschil voor smalle kanaalafstanden.

• Overspraak en temperatuurveranderingen kunnen signaalproblemen veroorzaken en vereisen extra controles.

• Verschillen in het maken van de filters kunnen de werking ervan negatief beïnvloeden en ervoor zorgen dat ze duurder worden.

Naarmate TFF- en AWG-technologieën beter worden, helpen nieuwe substraatontwerpen, zelfs ontwerpen zonder substraat, ervoor te zorgen dat moderne optische systemen beter werken.

Belangrijkste afhaalrestaurants

• WDM-filtersubstraten helpen bij het controleren van veel signalen in glasvezelnetwerken. Door het juiste materiaal te kiezen, kunnen dingen beter werken en kunnen problemen zoals overspraak worden voorkomen.

• Glas is het beste materiaal voor WDM-filters omdat het helder en sterk is en goed met warmte omgaat. Het werkt goed, zelfs als de temperatuur verandert.

• Kunststofsubstraten zijn buigzaam en kosten minder, maar laten mogelijk ook geen licht door. Ze werken voor dingen die licht moeten zijn.

• nieuwe materialen en ontwerpen gemaakt zonder substraten. Er worden Hierdoor kunnen filters kleiner zijn en beter werken voor nieuwe optische behoeften.

• Kennis over verschillende substraten helpt mensen de beste te kiezen voor elk WDM-gebruik. Dit zorgt ervoor dat het netwerk optimaal functioneert.

Golflengteverdeling Multiplexing en filtersubstraten

Afbeeldingsbron: ontspullen

Wat is golflengteverdelingsmultiplexing?

Multiplexing met golflengteverdeling is een manier om veel signalen door één vezel te sturen. Elk signaal gebruikt zijn eigen golflengte. Hierdoor kunnen meer gegevens tegelijkertijd worden verplaatst. WDM maakt gebruik van verschillende kleuren laserlicht. Elke kleur heeft zijn eigen datastroom. Hierdoor kunnen verschillende optische draaggolfsignalen samen op één vezel reizen. De methode maakt het mogelijk dat signalen beide kanten op gaan en maakt het netwerk groter.

Met WDM kunnen netwerken veel datastromen over één vezel sturen, door elke stroom een ​​eigen lichtkleur te geven.

• WDM plaatst veel optische draaggolfsignalen op één vezel.

• Er wordt gebruik gemaakt van verschillende kleuren laserlicht.

• Multiplexing helpt gegevens efficiënter te verzenden.

• WDM laat signalen in beide richtingen reizen.

• Filters kunnen later elke kleur scheiden om de signalen terug te krijgen.

Rol van WDM-filtersubstraat

Het wdm-filtersubstraat is een belangrijk onderdeel van optische passieve componenten. Het bevat het filter dat golflengten in een wdm-module splitst of samenvoegt. Het materiaal van het substraat verandert de manier waarop het filter met licht werkt. Het beïnvloedt hoe goed het filter bepaalde golflengten oppikt en andere blokkeert. Op apparaten als een optische add-drop multiplexer , het substraat helpt het filter sommige golflengten te kiezen en de rest te laten. Het soort substraat verandert hoe goed het filter werkt, hoe lang het meegaat en hoe gemakkelijk het te maken is. Sommige materialen helpen het filter kleuren beter te zien en overspraak tussen de kleuren te voorkomen. Naarmate de wdm-technologie beter wordt, zorgen nieuwe substraten en zelfs substraten ervoor dat netwerken beter werken en meer signalen doorgeven.

Materialen gebruikt in WDM-filtersubstraten

Afbeeldingsbron: pexels

Glas- en kunststofsubstraten

Glas wordt veel gebruikt in wdm-filtersubstraten. Het houdt het filter vast en helpt het licht te geleiden. Veel filters gebruiken speciaal glas zoals kwarts- of K9-glas. Deze glassoorten laten het licht helder door en zijn sterk. Glas verandert ook niet veel als het warm of koud wordt. Dit is belangrijk voor wdm-systemen. Onderstaande tabel legt uit waarom glas een goede keuze is:

Kunststof wordt soms gebruikt wanneer wdm-modules licht of buigzaam moeten zijn. Kunststof is gemakkelijk te vormen en kost minder dan glas. Maar plastic laat minder licht door dan glas. Het is ook niet zo sterk. Sommige optische add-drop multiplexers gebruiken plastic om ze lichter en gemakkelijker te plaatsen te maken.

Coatings en gelaagde structuren

Coatings zijn erg belangrijk voor de werking van wdm-filters. Ze helpen het filter om te gaan met verschillende kleuren licht. Dunnefilmfilters maken gebruik van vele lagen gemaakt van speciale materialen. Deze lagen kunnen bepaalde kleuren reflecteren of doorlaten. Dit helpt het filter signalen te splitsen of samen te voegen.

Enkele veel voorkomende coatings zijn:

• AR-coating: Dit zorgt ervoor dat er minder licht terugkaatst en meer licht doorlaat. Het wordt in veel gebruikt optische hulpmiddelen.

• Diëlektrische coatings: Deze zijn gemaakt van lagen die met licht speciale effecten veroorzaken. Ze helpen sommige kleuren te blokkeren of te reflecteren.

• Golflengteselectieve film: deze laat slechts enkele kleuren door of reflecteert. Het is belangrijk voor optische communicatie.

Er worden dunne films gebruikt om filters te maken die slechts een klein kleurenbereik doorlaten. Silica-golfgeleiders op silicium worden ook gebruikt in wdm-filterontwerpen. Sommige filters die kunnen worden afgestemd, gebruiken InGaAsP/InP of vloeibare kristallen om te kiezen welke kleuren moeten worden gefilterd.

Coatings en lagen helpen wdm-filters de juiste kleuren te kiezen en andere te blokkeren. Dit maakt multiplexen beter en vermindert overspraak.

Substraatvrije en geavanceerde materialen

Nieuwe wdm-filtertechnologie maakt gebruik van substraatvrije ontwerpen en speciale manieren om filters te bouwen. Deze nieuwe methoden helpen filters kleiner en gevoeliger te maken. Substraatvrije filters hebben geen basis nodig. Dit betekent dat ze klein kunnen zijn en op kleine plaatsen passen.

Bij opofferingssubstraatmethoden worden speciale stappen gebruikt om filters te bouwen:

• Eerst wordt een meerlaagse structuur gemaakt met behulp van epitaxie.

• Droog etsen vormt de zijkanten van het filter.

• Natchemische onderetsing verwijdert enkele lagen om luchtspleten te creëren.

• Hierdoor ontstaan ​​dunne membraanstructuren die voor verschillende kleuren kunnen worden gewijzigd.

Deze nieuwe materialen en manieren om filters te bouwen zorgen ervoor dat ze de manier waarop ze werken kunnen veranderen. Door te veranderen waarvan ze zijn gemaakt, kunnen ingenieurs bepalen welke kleuren het filter kiest. Dit is belangrijk voor multiplexing in nieuwe optische netwerken.

Geavanceerde materialen en substraatvrije ontwerpen zorgen ervoor dat wdm-filters flexibeler en nauwkeuriger zijn. Ze helpen nieuwe toepassingen voor multiplexing met golflengteverdeling en zorgen ervoor dat netwerken beter werken.

WDM-technologie: TFF versus AWG-substraten

WDM-technologie maakt gebruik van verschillende manieren om golflengten te splitsen en samen te voegen optische netwerken . Er zijn twee hoofdtypen: dunnefilmfilters en arrayed golfgeleiderroosters. Ze gebruiken allemaal verschillende materialen en ontwerpen om signalen te mixen en te scheiden. Het soort substraat verandert hoe goed elk filter in een wdm-module werkt.

Substraatmaterialen voor dunne filmfilters (TFF).

Dunnefilmfilterapparaten hebben veel lagen van speciale materialen. Deze lagen bepalen hoe licht er doorheen gaat of weerkaatst. Ze zitten op een sterke basis, het wdm-filtersubstraat. De meest voorkomende materialen voor deze onderstellen zijn glas en keramiek. Silica (SiO2) wordt veel gebruikt omdat het helder is en weinig licht verliest. Andere materialen zoals magnesiumfluoride (MgF2), titaniumdioxide (TiO2), tantaalpentoxide (Ta2O5), niobiumpentoxide (Nb2O5) en aluminiumoxide (Al2O3) worden ook gebruikt. Ze buigen het licht allemaal op een andere manier, waardoor het filter de golflengten kan opsplitsen.

Een dunnefilmfilter bestaat uit vele dunne lagen die op een vlakke basis zijn gestapeld. Deze lagen veroorzaken interferentie, waardoor het filter sommige golflengten kan kiezen en andere kan blokkeren. Deze manier werkt goed voor maximaal 16 kanalen in een wdm-module. Het is het beste voor multiplexing met grove golflengteverdeling, waarbij er niet veel golflengten zijn.

De manier waarop het substraat met hitte en kracht omgaat, is belangrijk. Als het filter op warme of koude plaatsen wordt gebruikt, kunnen de lagen groter of kleiner worden. Dit kan de golflengte veranderen die het filter oppikt. Sommige filters maken gebruik van speciaal keramiek of glas dat niet veel verandert met de temperatuur. Hierdoor gaat het filter langer mee en werkt het beter op lastige plaatsen, zoals lidarsystemen of externe netwerken.

• Dunnefilmfiltersubstraten moeten sterk en stabiel zijn.

• Goede thermische stabiliteit betekent dat het filter niet verandert als het warm of koud wordt.

• Op maat gemaakt keramiek kan ervoor zorgen dat filters beter werken dan gewone materialen.

Substraatmaterialen met Arrayed Waveguide Grating (AWG).

Arrayed golfgeleiderroosterapparaten gebruiken een andere manier om golflengten te mengen en te splitsen. Ze gebruiken veel kleine golfgeleiders die op een chip zijn gemaakt. De meest gebruikelijke basis voor AWG is op silica gebaseerd planair lichtgolfcircuitglas (PLC). Dit materiaal is zeer helder en laat licht met weinig verlies bewegen. Het wordt gemaakt met behulp van speciale manieren zoals glasdepositie en fotolithografie. Deze manieren helpen bij het maken van golfgeleiders die allemaal dezelfde grootte en vorm hebben. Dit is belangrijk om de golflengten uit elkaar te houden.

Sommige AWG-apparaten gebruiken lithiumniobaat op een isolatiewafel. Deze wafer heeft een dunne laag lithiumniobaat, een begraven oxidelaag en een dikke siliciumbasis. Lithiumniobaat helpt de fase en richting van het licht te beheersen. Dit maakt het filter nauwkeuriger en stabieler.

Opgestelde golfgeleiderroosterfilters kunnen 40 of meer golflengten tegelijk verwerken. Dit maakt ze goed voor multiplexing met dichte golflengteverdeling, waarbij veel signalen samen reizen. Het basismateriaal verandert hoe dichtbij de kanalen kunnen zijn en hoeveel overspraak ertussen plaatsvindt.

• Fasefouten in de golfgeleiders kunnen overspraak veroorzaken. Als de basis niet vlak is, kan het filter de golflengten niet goed splitsen.

• Buigverliezen kunnen optreden als de golfgeleiders te strak zijn. Silica- en siliciumbases kunnen 0,5–2 dB per bocht verliezen als de curve te klein is.

• Sommige AWG-ontwerpen gebruiken speciale polymeren om het filter stabiel te houden wanneer de temperatuur verandert. Hierdoor werkt het filter goed van 20°C tot 80°C zonder extra afstemming.

TFF versus AWG: structuur, functie en toepassing

De onderstaande tabel laat zien hoe technologieën voor dunne-filmfilters en arrayed waveguide-roosters verschillen:

• Het dunnefilmfilter is eenvoudig en werkt goed voor een klein aantal golflengten.

• AWG is beter voor systemen die veel golflengten moeten mixen en splitsen.

• Het soort wdm-filtersubstraat en materiaal veranderen hoe goed elk filter werkt in optische passieve onderdelen.

Het juiste substraatmateriaal zorgt ervoor dat elke wdm-technologie optimaal functioneert. Het kan overspraak verminderen, het filter stabieler maken en ervoor zorgen dat het langer meegaat. Dit is belangrijk voor het bouwen van sterke wdm-netwerken.

Vergelijking van WDM-filtersubstraatmaterialen

Prestaties en betrouwbaarheid

Prestaties zijn erg belangrijk bij het kiezen van een wdm-filtersubstraat. Filters moeten vele golflengten met grote nauwkeurigheid scheiden. De Q-factor laat zien hoe goed een filter dit werk doet. On-chip wdm-filters kunnen een Q-factor van 5200 bereiken. Ze kunnen ook gemakkelijk van golflengte veranderen dankzij elektro-optische afstembaarheid. Hierdoor kunnen wdm-modules met verschillende signalen werken. De laag van het filter werkt beter met een hogere poortvoorspanning. Hierdoor blijft de Q-factor stabiel. Filters kunnen vrijwel zonder stroom afstemmen tussen 1543 en 1548 nm. Dit maakt ze efficiënt voor optische passieve componenten.

De betrouwbaarheid hangt af van hoe het substraat omgaat met temperatuur- en vochtigheidsveranderingen. Apparaten moeten hun spectrale stabiliteit behouden, zelfs als de omgeving verandert. Sommige filters hebben verwarming nodig om boven kamertemperatuur te kunnen werken. Tests op hoge temperatuur en vochtigheid zijn belangrijk. Apparaten moeten overleven bij een temperatuur van 85ºC en een luchtvochtigheid van 85%, met weinig verandering in de loop van de tijd. Door het rooster op een constante temperatuur te houden, blijft de centrale golflengte behouden. Dit is van groot belang voor wdm-technologie in optische netwerken.

Toepassingsgeschiktheid

Verschillende substraten zijn goed voor verschillende toepassingen. Glassubstraten zijn sterk en stabiel. Ze werken goed in optische add-drop multiplexersystemen en andere optische passieve componenten. Kunststofsubstraten zijn lichter en flexibel. Ze zijn goed voor wdm-modules die moeten buigen of in kleine ruimtes moeten passen. Substraatvrije ontwerpen helpen filters kleiner te maken voor compacte wdm-apparaten. Sommige filters gebruiken geavanceerde materialen om vele golflengten te multiplexen en te demultiplexen. Deze materialen helpen in dichte wdm-systemen waarbij veel signalen samen reizen.

Tip: Kies een substraat dat past bij uw wdm-module en de plaats waar deze zal werken.

Kosten en productie

De productie verandert zowel de kosten als de kwaliteit. Er zijn twee hoofdprocessen: fotonische Damasceen en subtractieve. Het fotonische Damascene-proces levert hoge opbrengst en gladde golfgeleiders op. Maar het kan onvoorspelbare veranderingen in de golflengtespreiding veroorzaken. Het subtractieve proces zorgt voor nauwkeurige controle en uniforme dikte. Maar het kan scheuren veroorzaken en het aantal ervan beperken.

Wdm-koppelingen gemaakt met het subtractieve proces vertonen consistente resultaten over de wafer. Door Damascenus gemaakte filters kunnen qua prestaties variëren, wat van invloed is op de grootschalige productie. De kosten stijgen wanneer filters speciale materialen of complexe stappen nodig hebben. Door het juiste proces te kiezen, kunt u de kosten, opbrengst en prestaties van wdm-technologie in evenwicht brengen.

WDM-filtersubstraten worden gemaakt van glas, kunststof en speciale coatings. Deze materialen veranderen de manier waarop licht zich in netwerken verplaatst. Ze kunnen er allemaal voor zorgen dat het netwerk beter of slechter werkt. Ze veranderen ook hoeveel het netwerk kost en hoe lang het meegaat. Door het juiste substraat te kiezen, blijft het netwerk sterk en blijft het lang goed werken.

• Nieuwe nanotechnologie en coatings zorgen ervoor dat filters beter werken en flexibeler zijn.

• Glassubstraten zijn nog steeds het beste voor netwerken die zeer exact en stabiel moeten zijn.

• Hybride- en polymeerontwerpen worden nu in meer dingen gebruikt, zoals elektronica en auto's.
  Bedenk wat jouw netwerk nodig heeft en kijk naar nieuwe materialen voordat je een substraat kiest.

Veelgestelde vragen

Wat is de belangrijkste taak van een WDM-filtersubstraat?

Een WDM-filtersubstraat houdt de filterlagen op hun plaats. Het ondersteunt het filter en helpt het licht te geleiden. Het substraatmateriaal beïnvloedt hoe goed het filter in een netwerk werkt.

Waarom wordt glas vaak gebruikt voor WDM-filtersubstraten?

Glas is helder en sterk. Het laat licht door met weinig verlies. Glas blijft ook stabiel als de temperatuur verandert. Dit maakt het een goede keuze voor optische netwerken.

Kunnen plastic substraten glas in WDM-filters vervangen?

Kunststofsubstraten zijn lichter en goedkoper dan glas. Ze werken goed in apparaten die moeten buigen of in kleine ruimtes moeten passen. Kunststof geleidt het licht echter niet zo goed als glas.

Wat zijn substraatvrije WDM-filters?

Substraatvrije WDM-filters gebruiken geen vaste basis. Ze gebruiken dunne membranen of speciale structuren. Dit maakt de filters kleiner en flexibeler voor nieuwe optische apparaten.