WDM мультиплексор/демультиплексор

WDM мультиплексор/демультиплексор використовується для об'єднання/ роз'єднання в одному оптичному волокні кількох каналів з різними довжинами хвиль. WDM мультиплексори/демультиплексори як і мультиплексор введення/виведення - пасивні оптичні компоненти використовуються для передавання в лінію (прийому з лінії) групового сигналу з каналами на довжинах хвиль, котрі відповідають рекомендаціям G.694.1, G.694.2

Оптичні мультиплексори введення/виведення каналів використовують для додавання та/або виділення з групового оптичного сигналу певних каналів (на певних довжинах хвиль).

WDM мультиплексор більшою мірою характеризує направленість (здатність спрямовувати потік у потрібному напрямку), а WDM демультиплексор - ізоляцію каналів (здатність виділення каналів з групового потоку без спотворення в них). Основними харатеристикими мультиплексорів/демультиплексорів WDM є наступні параметри:

Центральна довжина хвилі каналу

Інтервал між каналами

Смуга пропускання на рівні 1 та 3 дБ

Перехідні завади

Ізоляція каналів

Направленість

Варіація потужності в спектрі каналу

Однорідність каналів

Втрати, що залежать від поляризації PDL (Polarization Dependent Loss)

Поляризаційна дисперсія моди

Внесені втрати

Втрати на відбиття

Для мультиплексування/демультиплексування використовуються тонкоплівкові фільтри, волоконні брегівські ґратки, дифракційні ґратки, пристрої інтегральної оптики (оптичний еквівалент інтегральних схем в електроніці), розгалужувачі. Оптичний мультиплексор/демультиплексор вносить значні втрати, котрі зменшують енергетичний потенціал системи (максимальний коефіцієнт загасання за якого забезпечується заданий коефіцієнт помилок). Тому для їхньої компенсації на виході WDM мультиплексора (а також на вході WDM демультиплексора) встановлюється оптичний підсилювач.

Ефективність мультиплексора/демультиплексора визначається його здатністю ізолювати один від одного вхідні або вихідні канали.

Оптичний передавач

Передавач є пристроєм для генерації енергії оптичного випромінювання, (лазер, світлодіод). Передавач повинен мати:

Високу направленість (для чого використовують лазери з дифракційними ґратками)

Високе подавлення побічних мод

Стабільність довжин хвиль, що передаються

Потужність, необхідну для прийому сигналу із заданим рівнем коефіцієнта помилок

Параметри передавачів визначені в рекомендаціях G.957, G.691, G.693, G.959.1.

Найпоширенішими джерелами випромінення для ВОСП на початку були СВД (Світловипромінюючі діоди); ЛД (Лазерні діоди). В сучасних ВОСП для підвищення швидкості роботи та дальності передавання використовуються напівпровідникові лазери. Сучасний напівпровідниковий лазер становить собою багатошарову напівпровідникову структуру з розмірами в кілька сотень мікрон, з резонатором Фарбі-Перо, або системою з розподіленим зворотнім зв'язком (РЗЗ), а також із системами виведення випромінення, подачі живлення та керування вихідною потужністю (модуляції).

Останнім часом знаходять застосування напівпровідникові лазери з вертиканьним (резонатор розташовано перпендикулярно площині підложки) резонатором (Vertical Cavity Surfase Emitting Lasers - VCSELs), лазерів з розподіленими Брегівськими дзеркалами, котрі створені з двох світловідбиваючих дзеркал, такі дзеркала називають Брегівськими відбивачами, з великим коефіцієнтом відбиття (аж до 100%), що вносить труднощі їх виробництва, котрі розташовані над та під дуже маленькою областю підсилення (товщиною порядку 20 нм).

Фотоприймач

Фотоприймач є пристроєм котрий перетворює вхідні оптичні сигнали у електричні та здійснює у такий спосіб їхню демодуляцію. Фотоприймач повинен бути повністю сумісним з передавачем як за спектральною смугою чутливості в межах номінальних довжин хвиль, так і за часовими характеристиками модуляції випромінювання. Окрім того, фотоприймач повинен мати стійкість до помилок, котрі можуть виникнути в сигналі при проходженні ним інших оптичних компонентів. Параметри фотоприймачів є:

Чутливість

Смуга пропускання

Коефіцієнт помилок

Атенюатори

Атенюатори встановлюють після оптичного передавача, атенюатори дозволяють зменшувати їхню вихідну потужність до рівня, котрий відповідає можливостям розташованих після них мультиплексорів та підсилювачів, щоб більша потужність сигналу не призводила до нелінійних явищ у деяких компонентах систем WDM. Атенюатори можуть бути змінними і мати властивості вибору загасання потужності (за довжинами хвиль), що часто потрібно для того, щоб "вирівняти" (за рівнем потужності) спектр сигналу на вході в підсилювач. Основними параметрами є:

Внесені втрати

Втрати на відбиття

Втрати, що залежать від поляризації

Поляризаційна дисперсія моди

Комутатори

Оптичний комутатор це пасивний оптичний компонент з двома або більше портами, котрий вибірково передає, переадресовує, або блокує оптичний сигнал при передачі по оптичному волокну.

Комутатори застосовують (окрім їх прямої функції оптичної комутації) для того, щоб за виникнення пошкоджень в мережі направити сигнал по іншому оптичному шляху або через іншу мережу. Для перенаправлення кількох каналів можуть застосовуватись прості оптичні перемикачі. Для складних мережних архітектур (кільцевої, коміркової) з великою кількістю вузлів та точок доступу, де необхідна гнучка швидка комутація великої кількості каналів, використовують технологію оптичної крос-комутації (на основі комутації волокон чи довжин хвиль). Наприклад, використанням ґраток, масивів хвилеводів, рідких кристалів. Основними параметрами комутаторів є:

Внесені втрати

Втрати на з'єднаннях

Втрати на відбиття

Втрати, що залежать від поляризації

Перехресні завади

Тривалість переключення

Тривалість переключення на резерв згідно рекомендації G.783 та G.841 не повинна перевищувати 50 мс.

Оптичні комутатори стали тим елементом WDM систем, котрий дозволив відійти від побудови мережі за структурою точка-точка й перейти до більш складних структур та зробили WDM мережу більш керованою, гнучкою і ефективнішою щодо вирішення потреб користувачів.

Оптичну комутацію можна поділити на два типи:

комутація потоків (крос-комутація) - коли за допомогою оптичного комутатора є можливість перенаправити (переключити) оптичні тракти між оптичними волокнами.

λ-комутація - коли за допомогою оптичного комутатора створюються умови (за допомогою дисперсійних елементів) для комутації довжин хвиль між оптичними трактами та оптичними волокнами.

На сьогодні оптичні комутатори існують двох типів: О/Е/О та фотонних О/О/О (тобто повністю оптичних), кожний з яких має свою сферу застосування.

Комутатори О/Е/О типу є "інтелектуальними" порівняно з фотонними О/О/О комутаторами. Повністю оптичні фотонні комутатори О/О/О типу дають змогу перейти до повністю оптичних мереж.

Повністю оптичні комутатори О/О/О типу здійснюють комутацію без перетворення оптичного сигналу в електричний. Прикладом такого типу комутаторів може бути комутатор із 3D MEMS (трьохмірною електромеханічною системою).

Така система використовує механізми нахилу та керування MEMS дзеркальною матрицею в трьохмірному просторі для комутації потоків. Недоліком такого класу оптичних комутаторів є повільність переключення (порядку мілісекунд).

Електрооптичні комутатори на відміну від повністю оптичних комутаторів окрім комутації потоків (крос-комутації) можуть виконувати:

функцію 3R регенерації.

комутацію за довжинами хвиль - λ-комутація (за допомогою дисперсійних елементів).

комутацію за кодовою комбінацією (на основі таких мережних концепцій як GMPLS (базується на відомій у технології АТМ та ІР класичній концепцій MPLS) - мітки вводяться для різноманітних оптичних компонентів: оптичних волокон; довжин хвиль (λ-комутація) та групи довжин хвиль; оптичних вузлів комутації.

Хвильові розгалужувачі

Хвильові розгалужувачі в системах WDM використовують, коли потрібно розділити окремі інформаційні канали за заданою довжиною хвилі. Хвильові розгалужувачі є пасивними оптичними компонентами. Важливими їхніми параметрами є:

Високе значення перехідного загасання

Внесені втрати