Обзор современных волоконных модовых мультиплексоров
Технология мультиплексирования мод известна уже около десяти лет. Одними из первых и отработанных устройств в этой области стали устройства на дифракционных оптических элементах и микрооптике. Основная проблема таких устройств заключается в встраивании их в оптическое волокно, и, как следствие, неприменимость их в современных решениях для телекоммуникаций.
Поэтому в нашем сегодняшнем обзоре мы расскажем о волоконных модовых мультиплексорах для современных телекоммуникационных приложений.
Модовые мультиплексоры компании Phoenix Photonics (Великобритания)Модовые мультплексоры компании Phoenix Photonics изготовлены по методу “фотонного фонаря”. Технология изготовления заключается в обеспечении плавного перехода от одной моды в одном волокне к одной или нескольким модам в одном многомодовом волокне. В общем случае входное волокно является одномодовым (SMF), а выходное - маломодовое (FMF). Оптимальная производительность достигается, когда количество входных SM волокон равно количеству мод, поддерживаемых выходным FM волокном.
Рисунок 1 - Схема фотонного фонаря, в котором N-входных SM волокон соединены с одним FM волокном, поддерживающим N-мод
Волоконный фотонный фонарь состоит из набора SM волокон, заключенных во внешнюю капиллярную трубку с показателем преломления ниже показателя преломления SiO2. Объединенная структура адиабатически сужается до такого диаметра, что результирующий волновод поддерживает число мод, равное числу входных SM волокон.
Рисунок 2 - Принцип стыковки SM и FM волокон в фотонном фонаре
Phoenix Photonics изготавливает фотонные фонари на основе концепции fuse/taper. Этот подход, как показало теоретическое моделирование, обеспечивает наименьшие потери и наименьший MDL, что дает оптимальную производительность системы. На серии фотографий ниже показан типичный 3-волоконный конус и эволюция волновода вдоль конуса от трех отдельных волокон, слегка сплавленных с капиллярной трубкой, до окончательного сплавленного FMF-волновода, в котором три исходных волокна образуют сердцевину, а капиллярная трубка - оболочку "нового" FMF-волновода.
Рисунок 3 - Конический фотонный фонарь (сверху) и эволюция слева направо вдоль конуса, показывающая, как 3 входных волокна SMF сливаются вместе и в конечном итоге образуют сердцевину "нового" конического выхода FMF
На приведенных выше фотографиях показан 3-волоконный фонарь, совместимый с двухмодовым волокном, поддерживающим три линейно поляризованные моды (LP01, LP11a, LP11b). Те же методы изготовления используются для производства фотонных фонарей с большим количеством волокон, как показано на фотографии ниже, где представлено поперечное сечение 6-волоконного фотонного фонаря, предназначенного для использования с 4-модовым волокном (LP01, LP11a, LP11b, LP21a, LP21b, LP02).
Рисунок 4 - Фотография поперечного сечения фотонного фонаря с 6-ю входными SM волокнами, совместимых с 4-модовым волокном.
Фотонный фонарь предлагает полностью волоконное решение в системах мультиплексирования с разделением мод (MDM). Фотонный фонарь теоретически является устройством без вносимых потерь. Использование методов согласования мод минимизирует вносимые потери и MDL на выходе FMF. Конечные устройства представляют собой надежные цельноволоконные компоненты, которые изготавливаются с использованием стандартных, недорогих методов производства.
|
|
Рисунок 5 - Внешний вид фотонного фонаря компании Phoenix Photonics | Рисунок 6 - Внешний вид и схема модового мультиплексора Phoenix Photonics |
На нашем сайте для заказа доступны как OEM решения (фотонные фонари), так и готовые решения модовых мультиплексоров производства компании Phoenix Photonics.
Модовые мультиплексоры компании Caillabs (Франция)Принцип работы модовых мультиплексоров компании Caillabs основан на технологии MPLC (Multi-Plane Light Conversion). Реализация модового преобразования происходит с использованием последовательных отражений на однофазной пластине и зеркале.
Все последовательные поперечные фазовые профили печатаются на одной отражающей фазовой пластине, причем каждый фазовый профиль располагается в разных точках пластины. Оптические преобразования, близкие к оптическим преобразованиям Фурье (ОПФ), получают путем распространения и отражения от сферического зеркала. Резонатор, образованный зеркалом и фазовой пластиной, позволяет выполнять последовательные фазовые профили и оптические преобразования; отверстие в сферическом зеркале позволяет лучам входить и выходить из резонатора.
Рисунок 7 - Экспериментальная установка MPLC в многопроходном резонаторе | Рисунок 8 - Компоненты модового мультиплексора Cailabs |
Метод многоплоскостного преобразования света (MPLC) был изобретен в 2010 году в лаборатории Кастлера Бросселя основателями Cailabs. Первоначально MPLC был изобретен для многомодовой квантовой оптики, где ключевым элементом является преобразование пространственных мод без потерь. Он основан на последовательности поперечных фазовых профилей, подобных очень сложным линзам, разделенных определенным расстоянием распространения. MPLC – это процесс с очень низкими потерями, который позволяет комбинировать и формировать несколько световых лучей.
Такой модовый мультиплексор компании Cailabs поддерживает мультиплексирование или демультиплексирование до 45 линейно-поляризованных мод.
Рисунок 9 - Набор линейно-поляризованных мод, поддерживаемых модовым мультиплексором Cailabs
Основные применения модовых мультиплексоров компании Cailabs заключаются в мультиплексировании с пространственным разделением (SDM) и мультиплексировании в режиме орбитального углового момента (OAM), но как заявляет производитель, это не означает, что его применения заканчиваются на этом. Если у вас есть нестандартные задачи, которые можно будет решить с помощью модового мультиплексора компании Cailabs, будем рады помочь вам подобрать необходимые параметры устройства.
Рисунок 10 - Внешний вид модовых мультиплексоров Proteus S и Proteus C компании Cailabs
Модовые мультиплексоры компании Caillabs доступны для заказа на нашем сайте.
Модовые мультиплексоры компании KS Photonics (Корея)Модовые мультиплексоры компании KS Photonics построены методом масштабирования селективных модовых разветвителей.
Рисунок 11 - Схема селективного модового разветвителя компании KS Photonics | Рисунок 12 - Внешний вид селективного модового разветвителя компании KS Photonics |
Разветвитель представляет собой конструкцию из маломодового (FMF) и одномодового волокна (SMF), сполированных сбоку и закрепленных рядом друг с другом в кварце с близким к оптическому волокну показателем преломления.
Когда постоянная распространения и, следовательно, показатель преломления (neff) для распространяющихся мод в SM волокне совпадает с распространяющимися модами в FM волокне, между этими модами происходит эффективное соединение в экранирующем поле. Идеальное сцепление в маломодовых волокнах невозможно по причине фазового рассинхронизма.
Излучение заводится через SM волокно и сцепляется в FM волокне с соответствующей модой LPnm. И наоборот, если моды LPnm заведены в FM волокно, излучение также должно появиться в SM волокне при условии, что условие фазового соответствия выполнено. Чтобы проводить широкополосное мультиплексирование или демультиплексирование мод, neff должен быть одинаковыми в широком спектральном диапазоне. При использовании стандартного SM волокна, его neff не соответствует neff для FM волокна во всем рабочем диапазоне длин волн что, соответственно, не позволяет использовать объединитель в широком диапазоне длин волн.
Рисунок 13 - Схематичный принцип работы селективного модового разветвителя
Четырехмодовые мультиплексоры(MDM) компании KS Photonics сконструированы путем каскадирования селективных модовых разветвителей (MSC), как показано на рисунке 14. Чтобы предотвратить потери в точках сращивания, используется непрерывная цепь из FM волокон для всех трех MSC. Входные порты для четырех мод оснащены пигтейлами со стандартным одномодовым волокном, чтобы сделать их совместимыми с системами связи. Чтобы отсечь нежелательный оптический сигнал в моде LP02, соединенной с LP21 MSC, был установлен модовый фильтр между LP21 и LP02, выполненный изгибом волокна диаметром 20 мм.
Рисунок 14 - Каскадные селективные разветвители для формирования 4-модового мультиплексора
Структура шестимодового мультиплексора схожа со структурой, представленной на рисунке 14. Для согласования ПП для моды LP01 в одномодовом волокне с модами высших порядков в FM волокне SM волокно подверглось тейпированию. FM волокно, легированное германием, со ступенчатым индексом ПП использовалось для передачи шести мод LP01, LP11a, LP11b, LP21a, LP21b и LP02. Каждое волокно заключено в кварцевый блок, а оболочка волокна частично сполирована. Стандартные эффективности объединения мод LP11, LP21 и LP02 были 80%, 70%, и 80% в С-диапазоне. Полная конструкция представлена на рисунке 15.
Рисунок 15 - Каскадные селективные разветвители для формирования 6-модового мультиплексора
Компания KS Photonics предлагает решения для мультиплексирования или демультиплексирования 3, 4, 6 и 10 линейно-поляризованных мод. На нашем сайте вы сможете подобрать как отдельно модовые разветвители (MPC), так и готовые решения модовых мультиплексоров или демультиплексоров (MDDM) компании KS Photonics.