WDM-filtersubstrat och de material som används i dem

Bildkälla: unsplash

Ett wdm-filtersubstrat är basen för ett filter vid våglängdsmultiplexering. Denna teknik låter många signaler röra sig genom ett fiberoptiskt nätverk. Den gör detta genom att använda olika våglängder för varje signal. Typen av substrat ändrar hur väl wdm-modulen fungerar i saker som en optisk add-drop-multiplexer eller en liten wdm-modul. Materialen i substratet förändrar hur filtret hanterar ljus. Detta kan påverka spektralupplösning och överhörning.

• Substratmaterial ändrar spektral upplösning, överhörning, temperaturkänslighet och hur enkelt det är att göra wdm-filter.

• Kiselfotoniska vågledare kanske inte har rätt brytningsindexskillnad för smalt kanalavstånd.

• Överhörning och temperaturförändringar kan orsaka signalproblem och behöver extra kontroller.

• Skillnader i att göra filtren kan skada hur bra de fungerar och göra att de kostar mer.

När TFF- och AWG-teknikerna blir bättre hjälper nya substratdesigner, även sådana utan substrat, att få moderna optiska system att fungera bättre.

Viktiga takeaways

• WDM-filtersubstrat hjälper till att kontrollera många signaler i fiberoptiska nätverk. Att välja rätt material kan få saker att fungera bättre och stoppa problem som överhörning.

• Glas är det bästa materialet för WDM-filter eftersom det är klart, starkt och hanterar värme bra. Det fungerar bra även när temperaturen ändras.

• Plastunderlag är böjliga och kostar mindre men kanske inte låter ljus passera lika bra. De arbetar för saker som måste vara lätta.

• Nya material och mönster utan underlag görs. Dessa låter filtren vara mindre och fungerar bättre för nya optiska behov.

• Att känna till olika substrat hjälper människor att välja det bästa för varje WDM-användning. Detta säkerställer att nätverket fungerar på bästa sätt.

Våglängdsdelningsmultiplexering och filtersubstrat

Bildkälla: unsplash

Vad är våglängdsmultiplexering?

Våglängdsmultiplexering är ett sätt att skicka många signaler genom en fiber. Varje signal använder sin egen våglängd. Detta hjälper till att flytta mer data samtidigt. WDM använder olika färger av laserljus. Varje färg har sin egen dataström. Detta låter flera optiska bärvågssignaler resa tillsammans på en fiber. Metoden tillåter signaler att gå åt båda hållen och gör nätverket större.

WDM låter nätverk skicka många dataströmmar över en fiber genom att ge varje ström sin egen ljusfärg.

• WDM lägger många optiska bärvågssignaler på en fiber.

• Den använder olika färger av laserljus.

• Multiplexering hjälper till att skicka data mer effektivt.

• WDM låter signaler färdas i båda riktningarna.

• Filter kan senare separera varje färg för att få tillbaka signalerna.

Roll för WDM Filter Substrat

wdm-filtersubstratet är en viktig del av optiska passiva komponenter. Den håller filtret som delar eller sammanfogar våglängder i en wdm-modul. Materialet i substratet förändrar hur filtret fungerar med ljus. Det påverkar hur väl filtret plockar vissa våglängder och blockerar andra. I enheter som en optisk add-drop multiplexer , substratet hjälper filtret att välja några våglängder och lämna resten. Typen av substrat förändrar hur bra filtret fungerar, hur länge det håller och hur enkelt det är att göra. Vissa material hjälper filtret att se färger bättre och stoppa överhörning mellan dem. I takt med att wdm-tekniken blir bättre hjälper nya substrat och även sådana utan bas nätverk att fungera bättre och bära fler signaler.

Material som används i WDM-filtersubstrat

Bildkälla: pexels

Glas och plastsubstrat

Glas används mycket i wdm filtersubstrat. Den håller filtret och hjälper till att styra ljuset. Många filter använder specialglas som kvarts eller K9 glas. Dessa typer av glas låter ljus passera tydligt och är starka. Glas förändras inte heller mycket när det blir varmt eller kallt. Detta är viktigt för wdm-system. Tabellen nedan förklarar varför glas är ett bra val:

Plast används ibland när wdm-moduler ska vara lätta eller böjliga. Plast är lätt att forma och kostar mindre än glas. Men plast släpper inte igenom ljus lika bra som glas. Den är inte heller lika stark. Vissa optiska add-drop multiplexorer använder plast för att göra dem lättare och lättare att sätta i.

Beläggningar och skiktade strukturer

Beläggningar är mycket viktiga för hur wdm-filter fungerar. De hjälper filtret att hantera olika färger av ljus. Tunnfilmsfilter använder många lager gjorda av speciella material. Dessa lager kan reflektera eller släppa igenom vissa färger. Detta hjälper filtret att dela eller sammanfoga signaler.

Några vanliga beläggningar är:

• AR-beläggning: Detta gör att mindre ljus studsar av och släpper igenom mer ljus. Den används i massor av optiska verktyg.

• Dielektriska beläggningar: Dessa är gjorda av lager som orsakar specialeffekter med ljus. De hjälper till att blockera eller reflektera vissa färger.

• Våglängdsselektiv film: Detta låter bara vissa färger passera eller reflektera. Det är viktigt för optisk kommunikation.

Tunna filmer används för att göra filter som bara släpper igenom ett litet urval av färger. Kiselvågledare på kisel används också i wdm-filterdesigner. Vissa filter som kan ställas in använder InGaAsP/InP eller flytande kristaller för att välja vilka färger som ska filtreras.

Beläggningar och lager hjälper wdm-filter att välja rätt färger och blockera andra. Detta gör multiplexeringen bättre och sänker överhörningen.

Underlagsfria och avancerade material

Ny wdm-filterteknik använder substratfria konstruktioner och speciella sätt att bygga filter. Dessa nya metoder hjälper till att göra filter mindre och känsligare. Substratfria filter behöver ingen bas. Det betyder att de kan vara små och passa på små ställen.

Metoder för offersubstrat använder speciella steg för att bygga filter:

• Först görs en flerskiktsstruktur med hjälp av epitaxi.

• Torr etsning formar sidorna av filtret.

• Våtkemisk underetsning tar bort vissa lager för att skapa luftspalter.

• Detta gör tunna membranstrukturer som kan ändras för olika färger.

Dessa nya material och sätt att bygga filter låter dem ändra hur de fungerar. Genom att ändra vad de är gjorda av kan ingenjörer kontrollera vilka färger filtret väljer. Detta är viktigt för multiplexering i nya optiska nätverk.

Avancerade material och substratfria konstruktioner hjälper wdm-filter att bli mer flexibla och exakta. De hjälper nya användningsområden för våglängdsmultiplexering och får nätverk att fungera bättre.

WDM-teknik: TFF vs AWG-substrat

WDM-tekniken använder olika sätt att dela upp och sammanfoga våglängder optiska nätverk . Det finns två huvudtyper: tunnfilmsfilter och arrangerat vågledargitter. Var och en använder olika material och design för att blanda och separera signaler. Typen av substrat ändrar hur väl varje filter fungerar i en wdm-modul.

Substratmaterial för tunnfilmsfilter (TFF).

Tunnfilmsfilteranordningar har många lager av specialmaterial. Dessa lager styr hur ljuset går igenom eller studsar av. De sitter på en stark bas som kallas wdm-filtersubstratet. De vanligaste materialen för dessa baser är glas och keramik. Kiseldioxid (SiO2) används mycket eftersom den är klar och inte förlorar mycket ljus. Andra material som magnesiumfluorid (MgF2), titandioxid (TiO2), tantalpentoxid (Ta2O5), niobiumpentoxid (Nb2O5) och aluminiumoxid (Al2O3) används också. Var och en böjer ljus på olika sätt, vilket hjälper filtret att dela upp våglängderna.

Ett tunnfilmsfilter är tillverkat av många tunna lager staplade på en plan bas. Dessa lager skapar störningar, vilket hjälper filtret att välja vissa våglängder och blockera andra. Detta sätt fungerar bra för upp till 16 kanaler i en wdm-modul. Det är bäst för grov våglängdsmultiplexering, där det inte finns många våglängder.

Sättet som underlaget hanterar värme och kraft är viktigt. Om filtret används på varma eller kalla platser kan lagren bli större eller mindre. Detta kan ändra våglängden som filtret väljer. Vissa filter använder speciell keramik eller glas som inte förändras mycket med temperaturen. Detta hjälper filtret att hålla längre och fungerar bättre på tuffa platser, som lidar-system eller externa nätverk.

• Tunnfilmsfiltersubstrat måste vara starka och stadiga.

• Bra termisk stabilitet gör att filtret inte ändras när det blir varmt eller kallt.

• Anpassad keramik kan få filter att fungera bättre än vanliga material.

Arrayed Waveguide Grating (AWG) Substratmaterial

Anordningar för vågledargitter använder ett annat sätt att blanda och dela våglängder. De använder många små vågledare gjorda på ett chip. Den vanligaste basen för AWG är kiseldioxidbaserat planar ljusvågskrets (PLC) glas. Detta material är mycket tydligt och låter ljuset röra sig med liten förlust. Den är gjord med hjälp av speciella sätt som glasavsättning och fotolitografi. Dessa sätt hjälper till att göra vågledare som alla har samma storlek och form. Detta är viktigt för att hålla isär våglängderna.

Vissa AWG-enheter använder litiumniobat på en isolatorskiva. Denna wafer har ett tunt lager av litiumniobat, ett nedgrävt oxidlager och en tjock silikonbas. Litiumniobat hjälper till att kontrollera ljusets fas och riktning. Detta gör filtret mer exakt och stadigt.

Arrayade vågledargitterfilter kan hantera 40 eller fler våglängder på en gång. Detta gör dem bra för tät våglängdsmultiplexering, där många signaler färdas tillsammans. Basmaterialet förändrar hur nära kanalerna kan vara och hur mycket överhörning som sker mellan dem.

• Fasfel i vågledarna kan orsaka överhörning. Om basen inte är jämn kan det hända att filtret inte delar upp våglängderna bra.

• Böjförluster kan inträffa om vågledarna är för täta. Kisel- och kiselbaser kan tappa 0,5–2 dB per krök om kurvan är för liten.

• Vissa AWG-designer använder speciella polymerer för att hålla filtret stadigt när temperaturen ändras. Detta hjälper filtret att fungera bra från 20°C till 80°C utan extra justering.

TFF vs AWG: Struktur, funktion och tillämpning

Tabellen nedan visar hur tunnfilmsfilter- och arrayed waveguide-gitterteknologier är olika:

• Tunnfilmsfilter är enkelt och fungerar bra för ett litet antal våglängder.

• AWG är bättre för system som behöver blanda och dela upp många våglängder.

• Den typ av wdm filtersubstrat och material ändrar hur väl varje filter fungerar i optiska passiva delar.

Rätt substratmaterial hjälper varje wdm-teknik att fungera på bästa sätt. Det kan sänka överhörningen, göra filtret mer stadigt och hjälpa det att hålla längre. Detta är viktigt för att bygga starka wdm-nätverk.

Jämföra WDM-filtersubstratmaterial

Prestanda och tillförlitlighet

Prestanda är mycket viktigt när man väljer ett wdm-filtersubstrat. Filter måste separera många våglängder med stor noggrannhet. Q-faktorn visar hur bra ett filter gör detta jobb. On-chip wdm-filter kan nå en Q-faktor på 5200. De kan också enkelt ändra våglängder med elektrooptisk avstämning. Detta hjälper wdm-moduler att arbeta med olika signaler. Filtrets lager fungerar bättre med högre gate bias. Detta håller Q-faktorn stabil. Filter kan ställa in mellan 1543 och 1548 nm med nästan ingen effekt. Detta gör dem effektiva för optiska passiva komponenter.

Tillförlitligheten beror på hur underlaget hanterar temperatur- och luftfuktighetsförändringar. Enheter måste behålla sin spektrala stabilitet även om miljön förändras. Vissa filter behöver värmas upp för att fungera över rumstemperatur. Tester med hög temperatur och luftfuktighet är viktiga. Enheter måste överleva vid 85ºC och 85% luftfuktighet med liten förändring över tiden. Att hålla gallret vid en jämn temperatur hjälper till att hålla centrumvåglängden. Detta är mycket viktigt för wdm-tekniken i optiska nätverk.

Applikationslämplighet

Olika underlag är bra för olika användningsområden. Glasunderlag är starka och stabila. De fungerar bra i optiska add-drop multiplexersystem och andra optiska passiva komponenter. Plastunderlag är lättare och flexibla. De är bra för wdm-moduler som behöver böjas eller passa i små utrymmen. Substratfria design hjälper till att göra filtren mindre för kompakta wdm-enheter. Vissa filter använder avancerade material för att multiplexa och demultiplexa många våglängder. Dessa material hjälper till i täta wdm-system där många signaler färdas tillsammans.

Tips: Välj ett substrat som passar din wdm-modul och platsen där den ska fungera.

Kostnad och tillverkning

Tillverkningen förändrar både kostnad och kvalitet. Det finns två huvudprocesser: fotonisk Damascene och subtraktiv. Den fotoniska Damascene-processen ger högt utbyte och jämna vågledare. Men det kan orsaka oförutsägbara förändringar i våglängdsspridning. Den subtraktiva processen ger exakt kontroll och jämn tjocklek. Men det kan orsaka sprickor och begränsar hur många som kan göras.

Wdm-kopplare gjorda med den subtraktiva processen visar konsekventa resultat över skivan. Damascene-tillverkade filter kan variera i prestanda, vilket påverkar storskalig produktion. Kostnaden ökar när filter behöver specialmaterial eller komplexa steg. Att välja rätt process hjälper till att balansera kostnad, avkastning och prestanda för wdm-teknik.

WDM-filtersubstrat är tillverkade av glas, plast och specialbeläggningar. Dessa material förändrar hur ljus färdas i nätverk. Var och en kan få nätverket att fungera bättre eller sämre. De ändrar också hur mycket nätet kostar och hur länge det varar. Att välja rätt substrat hjälper nätverket att hålla sig starkt och fungera bra under lång tid.

• Ny nanoteknik och beläggningar hjälper filtren att fungera bättre och bli mer flexibla.

• Glassubstrat är fortfarande det bästa för nätverk som måste vara mycket exakta och stadiga.

• Hybrid- och polymerdesign används nu i fler saker, som elektronik och bilar.
  Fundera på vad ditt nätverk behöver och titta på nya material innan du väljer ett substrat.

FAQ

Vad är huvuduppgiften för ett WDM-filtersubstrat?

Ett WDM-filtersubstrat håller filterskikten på plats. Den stöder filtret och hjälper till att styra ljuset. Substratmaterialet påverkar hur väl filtret fungerar i ett nätverk.

Varför används glas ofta för WDM-filtersubstrat?

Glaset är klart och starkt. Den släpper igenom ljus med liten förlust. Glas håller sig också stabilt när temperaturen ändras. Detta gör det till ett bra val för optiska nätverk.

Kan plastsubstrat ersätta glas i WDM-filter?

Plastunderlag är lättare och billigare än glas. De fungerar bra i enheter som behöver böjas eller passa i små utrymmen. Plast leder dock inte ljuset lika bra som glas.

Vad är substratfria WDM-filter?

Substratfria WDM-filter använder inte en fast bas. De använder tunna membran eller speciella strukturer. Detta gör filtren mindre och mer flexibla för nya optiska enheter.