Explorando las tecnologías de multiplexado y demultiplexado

¿Qué son los multiplexores y demultiplexores?

Los multiplexores y demultiplexores tienen 4 tecnologías competitivas sobre las que se construyen: rejilla de Bragg de fibra, rejilla de guía de ondas de matriz, filtro de película delgada y filtro de rejilla de difracción. En esta publicación, examinamos estas cuatro tecnologías con mayor detalle, iluminando los aspectos técnicos detrás de escena para hacer que los dispositivos mux/demux funcionen.

 1. Rejillas de Bragg de fibra (FBG)

Una rejilla de Bragg es una longitud corta de fibra en la que el índice de refracción se modula a una velocidad periódica en una longitud corta a lo largo de la fibra. Lo que esto significa es que para cualquier secuencia WDM {λ1, λ2, …, λB, λN}, todas las longitudes de onda que no sean λB pasarán a través de la fibra sin cambios. En cambio, λB se reflejará completamente de vuelta a la fuente. (λB = 2ηeΛ donde ηe es el índice de refracción efectivo en el núcleo de la fibra y Λ es el período de rejilla). La rejilla de Bragg requiere un circulador óptico para completar el mux y demux. Un circulador es un dispositivo óptico no recíproco de 3 puertos que pasa cualquier señal de entrada, Si, desde el puerto Pi y emite la señal SO = Si al puerto PO = (Pi mod 3) +1. Para obtener una descripción visual, consulte nuestro Diagrama del circulador.

2. Filtros de película delgada

Los filtros de película delgada son múltiples capas de materiales muy delgados que se depositan sobre sustratos de vidrio. Los materiales se seleccionan de modo que tengan valores de índice de refracción ajustados. La luz incidente se refleja principalmente en el dispositivo; sin embargo, la longitud de onda sintonizada puede pasar a través del dispositivo en cualquier dirección (esto es opuesto a la rejilla de Bragg de fibra). El multiplexor tiene N filtros de película delgada sintonizados para cada longitud de onda. La longitud de onda de entrada pasa a través del filtro hacia la fibra de salida. Luego, la señal se combina con los otros filtros de película delgada N-1 como se muestra. La tecnología de película delgada tiene una excelente conformación espectral a bajo costo. Normalmente, se utiliza con sistemas de menos de 40 canales. Además, es bidireccional y resistente a los cambios de temperatura. Los filtros de película delgada son completamente pasivos con baja pérdida de inserción.

3. Rejillas de guía de ondas de matriz (AWG)

Las rejillas de guía de ondas de matriz consisten en un divisor/combinador óptico, una serie de fibras de longitud variable y un acoplador óptico. El acoplador tiene N entradas, una para cada λi {I ε 1, N}. Una entrada determinada se divide y se presenta a cada una de las entradas de fibra (las señales ópticas individuales, cada una con su propio λi, inciden en el acoplador óptico). A partir de ahí, las señales recorren cada fibra de longitud variable donde terminan en el combinador óptico. Las longitudes de fibra para esta tecnología se ajustan de tal manera que las relaciones de fase de cada señal interfieren entre sí de manera constructiva o destructiva. La salida del combinador son las señales sumadas linealmente de la entrada del acoplador óptico.

Al demultiplexar, el demultiplexor toma la señal mixta y la presenta a las N fibras de longitud variable. Debido a que cada fibra tiene su propia longitud sintonizada, cada salida tiene un retraso de fase en una cantidad calculada. Las señales retardadas luego se presentan a cada fibra de salida donde interfieren de manera constructiva y destructiva. Por lo tanto, se produce la demultiplexación. Las rejillas de guía de onda de matriz introducen la dispersión del modo de polarización y pueden tener una alta pérdida de inserción. Son muy dependientes de la temperatura y generalmente requieren control de temperatura para mantener relaciones de fase adecuadas. Los dispositivos AWG también admiten una gran cantidad de canales y un espaciado de canales estrecho. Son adecuados para un mayor número de canales y tienen una respuesta de filtro satisfactoria.

4. Filtros de rejilla de difracción

Un filtro de rejilla de difracción consta de una lente de rejilla que desvía la luz según su longitud de onda. La difracción, a diferencia de la refracción, ocurre cuando una onda encuentra cualquier objeto en el espacio libre que sea compatible con su longitud de onda. Si asumimos que una onda incidente que alcanza un obstáculo (como una rendija en una red de difracción) actúa de acuerdo con el principio de Huygens-Fresnel, entonces estará presente una serie de radiadores monopolares, igualmente espaciados de acuerdo con la longitud de onda incidente en la rendija. Estos radiadores monopolares interferirán tanto constructivamente como destructivamente en el lado opuesto de la rendija; esto crea un patrón que depende de la longitud de onda de la señal. Usando este principio, una onda incidente que consta de múltiples λ se propaga espectralmente a una serie de fibras de salida.

Como se demuestra a continuación (Figura 1.1), el lóbulo central contiene la mayor parte de la intensidad de la señal; sin embargo, los lóbulos laterales son periódicos según la función de Bessel de primera especie (J1). El argumento de la función de Bessel es proporcional a ka, el número de onda y el diámetro de la apertura. Si fijamos el tamaño de la apertura (el tamaño de la rejilla de difracción), entonces la dispersión dada por la función de Bessel dependerá completamente de la longitud de onda (la Figura 1.2 se muestra a continuación en rojo). Una rejilla de difracción se puede construir en un material transmisivo o reflectante. Generalmente tiene baja sensibilidad a la temperatura, es bidireccional y tiene baja pérdida de inserción. Esta tecnología es puramente pasiva y admite anchos de banda de canales variables/gran cantidad de canales.

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