Arrayed Waveguide Grating (AWG) wird üblicherweise als optischer Multiplexer/Demultiplexer (MUX/DeMUX) in Wellenlängenmultiplexsystemen (WDM) verwendet. Die AWG-Geräte sind in der Lage, eine große Anzahl von Wellenlängen in eine einzige Glasfaser zu multiplexen und so die Übertragungskapazität optischer Netzwerke erheblich zu erhöhen.

 

AWGs basieren auf einem Grundprinzip der Optik, dass Lichtwellen unterschiedlicher Wellenlänge linear miteinander interferieren. Das heißt, wenn jeder Kanal in einem optischen Kommunikationsnetzwerk Licht einer leicht unterschiedlichen Wellenlänge nutzt, kann das Licht einer großen Anzahl dieser Kanäle über eine einzige optische Faser übertragen werden, wobei das Übersprechen zwischen den Kanälen vernachlässigbar gering ist. Die AWGs werden zum Multiplexen von Kanälen mit mehreren Wellenlängen auf einer einzelnen Glasfaser auf der Übertragungsseite verwendet und werden auch als Demultiplexer verwendet, um einzelne Kanäle mit unterschiedlichen Wellenlängen auf der Empfangsseite eines optischen Kommunikationsnetzwerks abzurufen.

 

Fiber-Mart

Basierend auf dem Substrat besteht ein AWG aus einem Array von Wellenleitern (auch Phased Array genannt) und zwei Kopplern (auch Free Propagation Region – FPR genannt). Einer der Eingangswellenleiter überträgt ein optisches Signal bestehend aus mehreren Wellenlängen λ1 – λn in den ersten (Eingangs-)Koppler, der das Licht dann auf eine Reihe von Wellenleitern verteilt.

 

Anschließend breitet sich das Licht durch die Wellenleiter zum zweiten (Ausgangs-)Koppler aus. Die Länge dieser Wellenleiter wird so gewählt, dass die optische Weglängendifferenz zwischen benachbarten Wellenleitern, dL, einem ganzzahligen Vielfachen der zentralen Wellenlänge λc des Demultiplexers entspricht. Bei dieser Wellenlänge kommen die Felder in den einzelnen Wellenleiteranordnungen mit gleicher Phase am Eingang des Ausgangskopplers an und die Feldverteilung am Ausgang des Eingangskopplers wird am Eingang des Ausgangskopplers reproduziert. Eine linear zunehmende Länge der Array-Wellenleiter führt zu Interferenzen und Beugungen, wenn sich das Licht im Ausgangskoppler mischt. Dadurch wird jede Wellenlänge nur in einen der N Ausgangswellenleiter (auch Ausgangskanäle genannt) fokussiert.

 

 

AWG-GRUNDPRINZIP

 

 

Fiber-Mart

 

1. Phasenakkumulation in jedem Wellenleiter: Φ = 2 π * n(T)*L / λ

 

 

2. Unterschiedliche Wellenleiterlängen erzeugen unterschiedliche Phasenneigungen für unterschiedliche Wellenlängen.

 

 

3. Der effektive Index eines einzelnen Wellenleiters und die Gestaltung der Wellenleiterlängendifferenz sind für die Wellenlängenmultiplexfunktion verantwortlich.

 

 

 

AWG-HERSTELLUNG

 

 

Beim AWG handelt es sich um eine planare Wellenleiterstruktur, die normalerweise auf einem Siliziumwafer-Substrat mit einem unteren SiO2-Manteloxid hergestellt wird, das durch thermische Oxidation des Si-Substrats erhalten wird. Bei der chemischen Gasphasenabscheidung (CVD) entsteht eine aktive GeSiO2-Schicht mit einem Brechungsindex, der höher ist als der Brechungsindex der Mantelschicht. Optische Lithographie und Trockenätzen definieren die AWG-Wellenleiterstruktur. Das Wachstum des oberen Mantels (CVD-Prozess) mit Anpassung des Brechungsindex an den unteren Mantel ist der letzte technologische Schritt.

 

Da die Herstellung des AWG auf standardisierten Techniken basiert, bietet die Integration des AWG viele Vorteile wie Kompaktheit, Zuverlässigkeit, Fertigungsstabilität und deutlich reduzierte Fertigungs- und Verpackungskosten.

 

Zu den inhärenten Vorteilen des AWG gehören außerdem ein präzise gesteuerter Kanalabstand (der sich leicht an das ITU-Raster anpassen lässt), eine einfache und genaue Wellenlängenstabilisierung, eine geringe und gleichmäßige Einfügungsdämpfung, ein enger und genauer Kanalabstand und eine große Kanalanzahl.

 

 

AWG-TYPEN

 

 

Auf dem Markt sind verschiedene AWGs erhältlich. Sie lassen sich je nach verwendetem Material in zwei Hauptgruppen einteilen: sogenannte Low-Index- und High-Index-AWGs. AWGs mit niedrigem Index und einem typischen Brechungsindexkontrast von 0,75 % haben den Vorteil, dass sie mit optischen Fasern kompatibel sind und daher sehr geringe Kopplungsverluste zwischen Ausgangswellenleitern und optischen Fasern aufweisen. Der Nachteil solcher AWGs ist ihre Größe, die mit der Wellenleiterkrümmung korrespondiert, die einen kritischen Wert nicht unterschreiten darf. Infolgedessen führt eine Erhöhung der Kanalanzahl und eine Verringerung des Kanalabstands zu einem schnellen Anstieg der AWG-Größe, und dies wiederum; Dies führt zu einer Verschlechterung der optischen Leistung wie einem höheren Einfügungsverlust und insbesondere einem höheren Kanalübersprechen. Im Gegensatz dazu zeichnen sich AWGs mit hohem Index durch eine deutlich geringere Größe, aber auch durch deutlich höhere Kopplungsverluste aus.

 

Da die Anzahl der Wellenleiter, die zur Übertragung der Informationen in DWDM-Systemen verwendet werden, im Allgemeinen einer Potenz von 2 entspricht, sind die AWGs so konzipiert, dass sie zwei verschiedene Wellenlängen trennen, also 4, 16, 32, 64 usw. Darüber hinaus sind 40- und 80- Kanal-AWGs sind ebenfalls verfügbar. Derzeit eingesetzte Systeme verfügen in der Regel nicht über mehr als 40 Wellenlängen, doch der technologische Fortschritt wird weiterhin eine höhere Anzahl von Wellenlängen ermöglichen.

 

Die zur Übertragung der Informationen verwendeten Wellenlängen liegen normalerweise im Bereich von 1550 nm, dem Wellenlängenbereich, in dem optiKal-Faser bietet die beste Leistung (sie hat einen sehr geringen Verlust und eine geringe Dämpfung). Jede Wellenlänge ist um ein Vielfaches von 0,8 nm von der vorherigen getrennt (auch als 100-GHz-Abstand bezeichnet, was dem Frequenzabstand entspricht). Sie können jedoch auch einen Abstand von 1,6 nm (d. h. 200 GHz) oder einen anderen Abstand haben, sofern dieser ein Vielfaches von 0,8 nm beträgt. Diese Kanalabstände beziehen sich auf WDM-Systeme. Andererseits bedeutet der steigende Kapazitätsbedarf, dass das derzeitige Ziel darin besteht, noch mehr Wellenlängen auf einen noch engeren Raum zu quetschen, was möglicherweise nur die Hälfte des regulären Abstands, d. h. 0,4 nm (50 GHz) oder sogar ein Viertel, 0,2 nm, zur Folge haben kann (25 GHz). Solche engen Kanalabstände werden in DWDM-Systemen verwendet. Das jüngste schnelle Wachstum der Netzwerkkapazität hat jedoch dazu geführt, dass in DWDM-Systemen eine noch höhere Übertragungskapazität erforderlich ist. Um den wachsenden Kapazitätsanforderungen gerecht zu werden, ist es notwendig, die Kanalanzahl dieser AWGs so weit wie möglich weiter zu erhöhen, d. h. ihren Kanalabstand auf 10 GHz oder weniger zu verringern. Solche AWGs spielen eine Schlüsselrolle bei WDM-Anwendungen mit sehr hoher Dichte.

 

Die übertragenen optischen Signale können unterschiedliche Formen haben. Am gebräuchlichsten ist der Gaußsche Durchlassbereich (oder die Gaußsche Form), der sich durch eine sehr geringe Einfügungsdämpfung auszeichnet. Im Gegensatz dazu weist der Flat-Top-Durchlassbereich weitaus höhere Einfügungsverluste auf, weist aber deutlich bessere Detektionsbedingungen auf. Irgendwo zwischen diesen beiden Formen liegt der sogenannte halbflache Durchlassbereich, der auch häufig in DWDM-Systemen verwendet wird.

 

Ein besonderer Teil der AWG-Familie bildet sogenannte „zyklische“ oder „farblose“ AWG mit einem üblichen 100-GHz- oder 50-GHz-Kanalabstand und 8 (oder 16) Ausgangskanälen. Hier wiederholt die Anwendung eines speziellen Designs wie AWG seine Befehle und kann in jedem vordefinierten Kanalband arbeiten. Mit anderen Worten: Das gleiche farblose AWG kann auf den Kanälen 1 bis 8 oder 9 bis 16 oder 17 bis 24 usw. funktionieren.

 

 

THERMISCHE KONTROLLE VON AWG

 

 

Um AWG-Geräte in praktischen Anwendungen der optischen Kommunikation einzusetzen, sind eine präzise Wellenlängensteuerung und langfristige Wellenlängenstabilität erforderlich. Wenn die Temperatur eines AWG schwankt, ändert sich natürlich die Kanalwellenlänge entsprechend dem Wärmekoeffizienten des verwendeten Materials. Durch Nutzung des thermooptischen Effekts kann ein Temperaturregler in das AWG eingebaut werden, um das Gerät zu steuern und auf das ITU-Gitter oder jede andere gewünschte Wellenlänge abzustimmen. Kürzlich haben Unternehmen den Einsatz athermischer AWG-Geräte demonstriert. Das Prinzip besteht darin, in einem Teil des Lichtwellenkreises ein spezielles Silikonharz zu verwenden, das einen anderen Temperaturkoeffizienten als Quarzglas aufweist. Dieses Design reduziert die Temperaturabhängigkeit der Wellenlängen des durchgelassenen Lichts auf weniger als ein Zehntel seines ursprünglichen Wertes, wodurch der Einsatz eines Temperaturkontrollgeräts überflüssig wird.

 

 

 

Einfluss der Temperatur auf AWG

 

 

Temperaturänderungen im Gitter verschieben die Position des Brennpunkts weg von der gewünschten Mittenwellenlänge. Wellenlängenänderungen 11,5 pm/°C Diese Änderung muss kompensiert werden: a. Elektrisch; B. Passiv

 

Temperaturregelung von Thermal AWG

 

 

Temperaturänderungen im Gitter verschieben die Position des Brennpunkts weg von der gewünschten Mittenwellenlänge. Aus diesem Grund werden AWGs traditionell gleichmäßig erhitzt und aktiv auf eine Temperatur von etwa 80 °C stabilisiert.

 

Notiz:

Thermal AWG basiert auf einer stabilen Temperaturregelung des Chips. Athermisches AWG basiert auf mechanischer Neuausrichtung. Bei Standard-AWGs wird die Temperatur des AWG-Chips stabilisiert.

 

AWG-ANWENDUNGEN

Fiber-Mart

Der AWG wurde bereits in Punkt-zu-Punkt-DWDM-Systemen eingesetzt und ist eine Schlüsselkomponente beim Aufbau flexibler und leistungsfähiger DWDM-Kommunikationssysteme. AWG bietet die Vorteile geringer Verluste, hoher Portanzahl und Massenproduktivität. Es wird erwartet, dass weitere Fortschritte beim AWG einen großen Beitrag zum Aufbau künftiger photonischer Kommunikationssysteme leisten werden, darunter Optical Add/Drop Multiplexing (OADM)-Systeme und Optical Cross Connect (OXC)-Systeme.

1. Optisches Netzwerk (DWDM-Übertragung, OXCs, OADMs)

OXC-Anwendung: a. Mesh-Netzwerk, Knoten mit Konnektivität >2; B. Ringverbindung

OADM-Anwendung: a. Knoten in Ringnetzen; B. Zwischenknoten auf linearen Feldern; C. Zwischen größeren OXC-Knoten

 

2. λ-by-λ-Management (Bereitstellung/Schutz/Wiederherstellung)

OADM entfernt λs vom eingehenden DWDM-Signal an lokale Empfänger und fügt neue Signale (gleiches λ) von lokalen Sendern hinzu

OADM-Ports: Ein- und Ausgänge, verbunden mit dem Netzwerk. Fügen Sie lokale Sender und Empfänger hinzu oder trennen Sie sie

 

 

Fiber-Mart

In diesem Abschnitt beschreiben wir, an welchen Stellen in einem optischen Netzwerk AWGs eingesetzt werden können. Im Allgemeinen dienen AWG-Geräte als Multiplexer, Demultiplexer, Filter und Add-Drop-Geräte in optischen WDM- und DWDM-Anwendungen:

 

 

 

1. Am Übertragungspunkt eines DWDM-Langstreckennetzes können sie dazu eingesetzt werden, die zahlreichen WDM-Kanäle vor den Glasfaserverstärkern in eine Faser zu multiplexen.

 

2. Sie können auch als Demultiplexer auf der Empfängerseite solcher Systeme verwendet werden.

 

3. AWGs können im OADM-Teil von LON implementiert werdenG-Haul-Kommunikationssysteme.

 

4. Sie finden zunehmend Verwendung in FTTx-Systemen als CWDM MUX/DeMUX.

 

 

ULTRABREITE AWGS FÜR DWDM-SYSTEME

 

 

Der Einsatz von WDM-Systemen nimmt rasant zu und in diesen Systemen spielt AWG als MUX/DeMUX (d. h. DWDM MUX/DeMUX) eine wichtige Rolle. Die AWGs bieten Kompaktheit, hohe Stabilität, hervorragende optische Eigenschaften und Massenproduzierbarkeit. Bisher wurden AWGs ausschließlich für Telekommunikationsanwendungen entwickelt, daher war ihr Wellenlängenbereich auf 1,3–1,6 μm begrenzt.

 

Allerdings für neuartige Anwendungen wie Sensoren. AWGs mit einem kürzeren Wellenlängenbereich, einschließlich des sichtbaren Wellenlängenbereichs. Dies liegt daran, dass viele Materialien und Analysen bei diesen Wellenlängen spezifische Eigenschaften aufweisen. Bisher wurden AWGs, die im sichtbaren Wellenlängenbereich arbeiten, nur theoretisch betrachtet.

 

Einer der Hauptvorteile von AWGs ist ihre Fähigkeit, die feine Wellenlängenauflösung bereitzustellen, die für optische spektroskopische Sensoren zur Identifizierung von Materialien und Analysen erforderlich ist. Dies ergibt sich aus der Designflexibilität des Wellenleiterlayouts und ermöglicht es uns, beliebige spektroskopische Eigenschaften zu erhalten, indem wir den Weglängenunterschied zwischen benachbarten Wellenleiteranordnungen und die Brennweite der Plattenwellenleiter ändern.

 

Die Technologie und das Design der Planar Lightwave Circuit (PLC) haben sich im letzten Jahrzehnt sowohl hinsichtlich der Leistung als auch des Ertrags erheblich weiterentwickelt. Neue Halbleitertechniken, die auf integrierte Optiken angewendet werden, haben die Waferqualität dramatisch verbessert. Parallel dazu haben Designbemühungen zu einer Verringerung der Einfügungsdämpfung, einer Reduzierung des Übersprechens, einer Erhöhung der Kanalbandbreite, einer Verringerung der Kanalabstände und einer Steuerung der chromatischen Dispersion (CD) geführt.

 

Mit AWGs, die der Leistung von Dünnschichtfiltern entsprechen oder diese übertreffen, und ermöglichen durch die Integration variabler optischer Dämpfungsglieder und Überwachungsabgriffe die Realisierung leistungsstarker und kostengünstiger Module mit zusätzlichen Funktionen für das System. Zu den wünschenswerten Eigenschaften jedes AWG-Geräts gehören geringe Verluste in den Durchlassbändern, hohe Verluste außerhalb der Durchlassbänder, gleichmäßige Verluste innerhalb eines Kanals und von Kanal zu Kanal sowie polarisationsunabhängiges Verhalten. Während bei Demultiplexern ein geringes Übersprechen von größter Bedeutung ist, wo Out-of-Band-Signale als Verlust außerhalb der Durchlassbänder, gleichmäßiger Verlust innerhalb eines Kanals und von Kanal zu Kanal sowie polarisationsunabhängiges Verhalten auftreten. Während geringes Übersprechen bei Demultiplexern, bei denen Out-of-Band-Signale als Rauschen am Empfänger auftreten, von größter Bedeutung ist, ist es bei Multiplexern, bei denen Out-of-Band-Signale im Sender einfach nicht vorhanden sind, von geringer Bedeutung. Für das Multiplexen ist ein flaches Ansprechverhalten innerhalb des Durchlassbands äußerst wünschenswert, um der Wellenlängendrift in der Laserquelle Rechnung zu tragen.

 

 

VERGLEICH VON THERMISCHEN UND ATHERMALEN AWGS

 

 

1. Sowohl thermisches als auch athermisches AWG werden häufig als DWDM und OADM in optischen Netzwerken verwendet.

 

2. Die AWG-Anwendungstechnologie basiert auf der Theorie und Technologie von Wellenleitern.

 

3. Der thermische Schlüsselprozess sorgt für eine stabile Betriebstemperatur durch elektrische Steuerung. Der athermische Schlüsselprozess ist eine stabile mechanische Kompensation durch mikromechanische Neuausrichtung, wenn sich die Umgebungstemperatur ändert.

 

 

Ausgewählte Produkte

Glasfaserkabel in großen Mengen

 

Fiber-Mart Bulk-Glasfaserkabel

 

OM3-, OM4-Faser, Tight Buffer, Indoor & Outdoor, LSZH, Figure8, ADSS-Glasfaserkabel, Glasfaser-Patchkabel

 

Fiber-Mart Glasfaser-Patchkabel

 

10G-Patchkabel, Singlemode, Multimode, gepanzert, MPO/MTP-Turnk-Kabel und Pigtails-Glasfaser-Transceiver

 

Fiber-Mart-Glasfaser-Transceiver

 

SFP-, SFP+-, XFP-, XENPAK-, DWDM-, CWDM-, 40G-QSFP+- und CFP-Module

E-Mail für technische Tipps

-Beratung für technische Unterstützung oder relevante Kaufberatung für Produkte

E-Mail an [email protected]