Оптические мультиплексоры ввода-вывода

Оптический мультиплексор выполняет операции смешения нескольких длин воля в общий сигнал, а также выделения волн различной длины из общего сигнала.

Для выделения волн в мультиплексоре могут использоваться разнообразные оптические механизмы. В оптических мультиплексорах, поддерживающих сравни­тельно небольшое количество длин волн в волокне, обычно 16 или 32, применяют тонкопленочные фильтры. Они состоят из пластин с многослойным покрытием, в качестве которых на практике используется торец оптического волокна, скошенный под углом 30-45°, с нанесенными на него слоями покрытия.

Для систем с большим числом волн требуются другие принципы фильтрации и мультиплексирования.

В мультиплексорах DWDM применяются интегрально выполненные дифракционные фазовые решетки, или дифракционные структуры (Arrayed Waveguide Grating, AWG). Функции пластин в них выполняют оптические волноводы или волокна. Приходящий мультиплексный сигнал попадает на входной порт (рис., а). Затем этот сигнал проходит через волновод-пластину и распределяется по множеству волноводов, представляющих дифракционную структуру AWG. По-прежнему сигнал в каждом из волноводов остается мультиплексным, а каждый канал (λ₁, λ₂,…λ_N) остается представленным во всех волноводах.

Далее происходит отражение сигналов от зеркальной поверхности, и в итоге световые потоки вновь собираются в волноводе-пластине, где происходит их фокусировка и интерференция — образуются пространственно разнесенные интерференционные максимумы интенсивности, соответствующие разным каналам. Геометрия волновода-пластины, в частности расположение выходных полюсов, и значения длины волноводов структуры AWG рассчитываются таким образом, чтобы интерференционные максимумы совпадали с выходными полюсами. Мультиплексирование происходит обратным путем.

Порты ввода-вывода

Входные волноводы

ввод λ₁₊λ₂+…λ₄

Зеркало

Волновод-пластина

Дифракционная структура на основе массива волноводов

Оптические кросс-коннекторы

В сетях с ячеистой топологией необходимо обеспечить гибкие возможности для изменения маршрута следования волновых соединений между абонентами сети. Такие возможности предоставляют оптические кросс-коннекторы, позволяющие направлять любую из волн входного сигнала каждого порта в любой из выходных портов (конечно, при условии, что никакой другой сигнал этого порта не использует эту волну, иначе необходимо выполнить трансляцию длины волны). Существуют оптические кросс-коннекторы двух типов:

U оптоэлектронные кросс-коннекторы с промежуточным преобразованием в электрическую форму;

Q полностью оптические кросс-коннекторы, или фотонные коммутаторы.

Исторически первыми появились оптоэлектронные кросс-коннекторы, за которыми и закрепилось название оптических кросс-коннекторов. Поэтому производители полностью оптических устройств этого типа стараются использовать для них отличающиеся названия — фотонные коммутаторы, маршрутизаторы волн или лямбда-маршрутизаторы. У оптоэлектронных кросс-коннекторов имеется принципиальное ограничение — они хорошо справляются со своими обязанностями при работе на скоростях до 2,5 Гбит/с, но, начиная со скорости 10 Гбит/с и выше, габариты таких устройств и потребление энергии превышают допустимые пределы. Фотонные коммутаторы свободны от такого ограничения.

В фотонных коммутаторах используются различные оптические механизмы в том числе дифракционные фазовые решетки и микроэлектронные механические системы (Micro-Electro Mechanical Systems, MEMS).

Система MEMS представляет собой набор подвижных зеркал очень маленького (с диаметром менее миллиметра) размера (рис.). Коммутатор на основе MEMS применяется после демультиплексора, когда исходный сигнал уже разделен на составляющие волны. За счет поворота микрозеркала на заданный угол исходный луч определенной волны .направляется в соответствующее выходное волокно. Затем все лучи мультиплексируются в общий выходной сигнал.

По сравнению с оптоэлектронными кросс-коннекторами фотонные коммутаторы занимают объем в 30 раз меньше и потребляют примерно в 100 раз меньше энергии. Однако этот тип устройств обладает низким быстродействием и чувствительностью к вибрации. Тем не менее системы MEMS находят широкое применение в новых моделях фотонных коммутаторов. Сегодня подобные устройства могут обеспечивать коммутацию 256 х 256 спектральных каналов, и планируется выпуск устройств с возможностями коммутации 1024 х 1024 каналов и выше.