Introducción al atenuador óptico variable VOA

El atenuador óptico variable (VOA) tiene una amplia gama de aplicaciones en la comunicación óptica, y su función principal es reducir o controlar la señal óptica.

Las características básicas de una red de fibra óptica deben ser variables , especialmente con la aplicación de sistemas de transmisión DWDM y EDFA en comunicaciones ópticas. Esto implica aplanamiento o ecualización de la ganancia de múltiples señales ópticas en el canal de transmisión y potencia del canal en el receptor óptico. Además del control de saturación dinámica, las redes ópticas también requieren el control de otras señales, lo que convierte al VOA en un componente clave indispensable. Además, el VOA puede combinarse con otros componentes de comunicación óptica, lo que le otorga características de módulo de alto nivel.

En los últimos años, han aparecido muchas tecnologías para la fabricación de atenuadores ópticos variables, incluidos VOA mecánicos, VOA magneto-ópticos, VOA LCD, VOA MEMS, VOA termo-ópticos y VOA acústico-ópticos.

VOA mecánico
El principio es utilizar un filtro de gradiente neutro de arrastre de motor paso a paso, su potencia óptica de salida en un cambio de regla de atenuación predeterminada cuando las diferentes posiciones del haz de luz pasan a través del filtro, a fin de lograr el propósito de ajustar la cantidad de atenuación. También hay un atenuador óptico polarizado mecánico. Su principio básico es que el haz de luz emitido desde el puerto de entrada se refleja por la lámina de reflexión al puerto, la eficiencia de acoplamiento del reflector entre los dos puertos por el ángulo de inclinación de la lámina de reflexión al control, lo que permite el ajuste de la atenuación de la luz. La inclinación de la lámina de reflexión de una variedad de diferentes mecanismos para controlar. El atenuador óptico de tipo mecánico es soluciones más tradicionales, hasta ahora, la aplicación VOA en el sistema más utilizado método mecánico para lograr la atenuación. El tipo de atenuador óptico con tecnología madura, propiedades ópticas, baja pérdida de inserción, pérdida dependiente de la polarización, sin control de temperatura, etc.; La desventaja es que los componentes de estructura más grandes y complejos tienen una tasa de respuesta no alta y es difícil automatizar la producción, lo que no favorece la integración.

VOA magnetoóptico.
El VOA magnetoóptico consiste en el uso de ciertas sustancias en el campo magnético, lo que se refleja en los cambios en las propiedades ópticas, como el efecto de rotación magnética (efecto Faraday). También permite atenuar la energía luminosa para ajustar la señal óptica. El efecto magnetoóptico del material, en combinación con otras técnicas, permite crear un atenuador óptico de alto rendimiento, tamaño compacto, alta respuesta y estructura relativamente simple. Este dispositivo LLL utiliza tecnología discreta para producir el atenuador óptico, lo que representa un avance en este campo.

El VOA de LCD
utiliza anisotropía del índice de refracción del cristal líquido, lo que muestra birrefringencia. Al aplicar un campo eléctrico externo, la orientación de las moléculas del cristal líquido se reorganiza, lo que modifica sus características de transmisión. La atenuación se logra mediante el cambio de la intensidad de la luz, controlando el voltaje aplicado a los dos electrodos del cristal líquido. El atenuador óptico de cristal líquido VOA permite la miniaturización y una alta respuesta. Sin embargo, al mismo tiempo, el material de cristal líquido presenta mayores pérdidas y el proceso de producción es relativamente complejo, especialmente debido a la influencia de factores ambientales. Su ventaja es su bajo costo y la disponibilidad de lotes comerciales.

MEMS VOA
MEMS es la tecnología de las nuevas aplicaciones en esta área. Después de varios años de desarrollo, el proceso de producción de chips MEMS se ha vuelto más maduro, un fuerte impulso a la aplicación del atenuador óptico MEMS . Aplicaciones de red óptica, los productos basados en tecnología MEMS también tienen la ventaja obvia en precio y rendimiento. MEMS VOA ha sido muy maduro, y la producción en masa y la aplicación a gran escala. Debido a los problemas de rendimiento, en términos de precio también enfrentan desafíos. Además, los componentes microelectromecánicos, la confiabilidad a veces no es ideal. Los primeros MEMS VOA que usaban soldadura láser, en un dispositivo más grande, y la eficiencia de producción es baja y los costos de ensamblaje altos. Actualmente, el mercado también introdujo una tecnología plástica MEMS VOA, una buena solución a este problema.

VOA termoóptico.
El VOA termoóptico aprovecha principalmente los cambios en las propiedades ópticas del material, como las variaciones de temperatura causadas por el cambio del índice de refracción termoóptico. Según su estructura, se divide en dos categorías: VOA de fuga y de luz abierta. El VOA termoóptico, debido al calentamiento y enfriamiento del dispositivo, es relativamente complejo. La función de la relación matemática entre el campo de temperatura y el índice de refracción del medio fotoconductor es compleja y difícil de cuantificar y controlar con precisión. Su largo tiempo de respuesta dificulta su aplicación en las comunicaciones ópticas modernas.

Atenuador variable acústico-óptico (AVOA).
El principio básico consiste en utilizar la deformación cíclica, lo que produce una variación periódica del índice de refracción, lo que crea una red de fase para el cristal acústico-óptico generada por la acción de ondas ultrasónicas. Esta red puede modularse mediante el haz de trama. Algunas empresas ya afirman haber desarrollado el atenuador variable para cristales acústico-ópticos (AVOA). Si bien la adquisición del material para cristales acústico-ópticos no supone un problema, en este momento el coste total es elevado, de entre el 4 y el 5 %.

Conclusión:

El atenuador óptico variable es uno de los dispositivos ópticos más importantes en los sistemas de comunicación óptica. Con el paso del tiempo, se ha mantenido en un nivel mecánico. Debido a su tamaño, no es propicio para la integración, generalmente solo es adecuado para la atenuación de un solo canal. Con el desarrollo del sistema DWDM y la gran demanda potencial del mercado, la flexibilidad para actualizar el multiplexor óptico reconfigurable de adición y extracción (ROADM) ha generado la necesidad de más canales y una matriz de atenuadores ópticos variables de tamaño pequeño, en particular el producto VOA integrado. Los métodos mecánicos tradicionales no pueden resolver estos problemas. Con el desarrollo de las redes de fibra óptica, las tendencias de desarrollo de VOA son: bajo costo, alta integración, tiempos de respuesta rápidos e integración híbrida con otros dispositivos de comunicación óptica.