CONCEPTION D'UN RÉSEAU DE GUIDES D'ONDES RÉGLÉS (AWG) POUR DES APPLICATIONS DWDM / CWDM À BASE DE POLYMÈRE BCB

- Sep 23, 2019-

CONCEPTION D'UN RÉSEAU DE GUIDES D'ONDES RÉGLÉS (AWG) POUR DES APPLICATIONS DWDM / CWDM À BASE DE POLYMÈRE BCB

1. INTRODUCTION

Le multiplexage en longueur d'onde (WDM) est une approche qui peut exploiter l'énorme décalage de bande passante optoélectronique en exigeant que l'équipement de chaque utilisateur final fonctionne uniquement à un débit électronique, mais plusieurs canaux WDM provenant d'utilisateurs différents peuvent être multiplexés sur la même fibre. .

Il existe deux alternatives pour les réseaux de métro WDM: le WDM dense (DWDM) et le WDM grossier (CWDM). Le DWDM est utilisé dans les environnements à haute capacité. En mode DWDM, la séparation des canaux peut être aussi faible que 0,8 ou 0,4 nm, pour un maximum de 80 canaux optiques à des vitesses de ligne allant jusqu'à 10 Gbps. Les technologies DWDM étant très coûteuses, son application pour accéder aux réseaux est difficile. CWDM est en train de fusionner pour constituer une solution robuste et économique. L'avantage de la technologie CWDM réside dans ses composants optiques à faible coût. CWDM propose des solutions pour les applications à 850, 1 300 et 1 500 nm à 10 et 40 Gbit / s sur 15 canaux optiques espacés de 20 nm. Les technologies CWDM et DWDM ont toutes deux leur place dans l'infrastructure de réseau métropolitain actuelle et émergente. Lorsque ces technologies sont associées à des fibres optiques appropriées, les avantages économiques, qui permettent de réduire les coûts du système, sont considérables.

Le réseau de guides d'ondes (AWG) est l'un des dispositifs les plus prometteurs pour les multi / démultiplexeurs en système WDM en raison de sa faible perte d'insertion, de sa grande stabilité et de son faible coût. Le réseau de guides d’ondes en réseau a été proposé pour la première fois par Smith en 1988 au Smith WDM, puis développé par Takahashi [qui a décrit les premiers dispositifs fonctionnant dans la fenêtre de longue longueur d’onde]. Dragonet a étendu le concept des démultiplexeurs 1 x N aux routeurs de longueur d'onde N x N qui jouent un rôle important dans les applications de réseau à longueurs d'onde multiples.

Le principal avantage de l’AWG réside dans le fait que son coût ne dépend pas du nombre de longueurs d’ondes comme dans la solution de filtre diélectrique. Par conséquent, il convient aux applications métropolitaines nécessitant le calcul rentable de grands comptes de longueur d'onde. L’AWG présente également l’avantage de pouvoir choisir son numéro de canal et son espacement, ce qui permet de fabriquer divers types d’AWG de la même manière.

Les polymères offrent un excellent potentiel pour la réalisation de composants WDM à faible coût, car ils peuvent être facilement fabriqués à basse température sur différents types de substrats. Les multi / démultiplexeurs AWG polymériques ont beaucoup attiré l'attention en raison de leur facilité de fabrication, de leur faible coût et de leur potentiel d'intégration avec d'autres dispositifs tels que les commutateurs thermo-optiques à polymère pour les applications de multiplexage par transfert.

Étant donné que le polymère de benzoCylobutène (BCB4024-40) offre certains avantages, tels qu'une faible biréfringence, une bonne stabilité thermique et une faible dispersion en longueur d'onde, il a été choisi comme matériau central dans ce projet. Le polymère BCB devient un matériau attrayant et a été utilisé pour la fabrication de divers dispositifs optiques, tels que la commutation optique, le guide d'onde optique polymère et le séparateur optique à interférences multimodes.

Dans cet article, nous présentons un projet de modèle AWG classique 4 × 4 canaux capable de fonctionner à une longueur d'onde centrale de 1,55 µm avec un espacement des canaux de 100 GHz et 1200 GHz basé sur le polymère BCB-4024 avec un indice de réfraction de 1,5556.

2. FONCTIONNEMENT DE BASE

En règle générale, les périphériques AWG servent de multiplexeurs, de démultiplexeurs, de filtres et de dispositifs d’ajout-extraction dans les applications WDM optiques. La figure 1 montre une présentation schématique d'un démultiplexeur AWG. Le dispositif est composé de trois parties principales composées de plusieurs guides d’ondes d’entrée et de sortie, deux coupleurs en étoile dalle wav (ou FPR), connectés par un réseau de guides d’ondes dispersifs avec une différence de longueur égale entre les guides d’onde adjacents. Le principe de fonctionnement du multiplexeur / démultiplexeur AWG est décrit comme suit.

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Figure 1. Structure du démultiplexeur AWG

Un signal DWDM / CWDM lancé dans l'un des guides d'ondes d'entrée sera diffracté dans la première région de dalle et couplé dans le guide d'ondes en réseau par le premier FPR. La longueur des guides d'ondes de la matrice a été conçue de sorte que la différence de longueur du chemin optique (ΔL) entre les guides d'ondes de la matrice adjacents soit égale à un multiple entier (m) de la longueur d'onde centrale (λc) du démultiplexeur. En conséquence, la distribution du champ à l'ouverture d'entrée sera reproduite à l'ouverture de sortie. Par conséquent, à cette longueur d'onde centrale, la lumière se concentre au centre du plan de l'image (à condition que le guide d'onde d'entrée soit centré dans le plan d'entrée).

Si la longueur d'onde d'entrée est désaccordée de cette longueur d'onde centrale, des changements de phase se produisent dans les branches du réseau. En raison de la différence de longueur de trajet constante entre les guides d'ondes adjacents, ce changement de phase augmente linéairement entre les guides d'ondes internes et externes, ce qui provoque l'inclinaison du front d'onde au niveau de l'ouverture de sortie. Par conséquent, le point focal dans le plan image s’éloigne du centre. En plaçant des guides d'ondes récepteurs à des positions appropriées le long du plan image, on obtient une séparation spatiale des différents canaux de longueur d'onde.

3. CONCEPTION

La figure 2 montre la structure schématique de l’AWG à 4 canaux pour DWDM avec une longueur d’onde centrale de 1,55 µm. La position du port d’entrée et du port de sortie est symétrique, elles sont identiques. L'outil de conception WDM_PHASAR d'Optiwave® a été utilisé pour concevoir deux types de canaux AWG à 4 canaux fonctionnant à une longueur d'onde centrale de 1,55 µm, avec un espacement des canaux de 0,8 nm et 9,6 nm, respectivement, pour les applications DWDM et CWDM.

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L'indice de réfraction du noyau de polymère BCB à 1,55 µm est de 1,5556. La gaine est en ORMOCER dont l'indice de réfraction est de 1,537, tandis que le substrat est en silicium, qui a été largement utilisé en microélectronique et dans les circuits intégrés. ORMOCER (CERramics ORganically Modifié) est un copolymère inorganique inorganique photopolymérisable ayant un comportement de réserve négatif. La taille du cœur est de 3 µm x 4 µm avec un guide d’ondes de type enterré, comme illustré à la Figure 3. La séparation entre les ports d’entrée / sortie est conçue pour être de 250 µm avec un décalage de connexion de 100 µm pour la connexion en ruban.

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Tous les paramètres de conception sont énumérés dans les Tableau 1 et Tableau 2 pour AWG, longueur d'onde centrale de 1,55 µm avec un espacement des canaux de 100 GHz et 1200 GHz, respectivement. Dans la conception, le contraste d'indice de réfraction entre le noyau et la gaine est assez important (~ 1,2%), ce qui se traduit par un faible rayon de courbure et contribue à la petite taille de la puce. Cependant, la perte de couplage entre le guide d'ondes et la fibre qui résulte d'une inadéquation du champ de mode augmente. La taille totale du périphérique AWG avec un espacement de 100 GHz est de 21,5 x 10 mm2 et de 17,8 x 5 mm2 pour un AWG avec un espacement de 1200 GHz. Cette différence est due à l'incrément de longueur de trajet en AWG avec un espacement de 100 GHz supérieur à AWG avec un espacement de 1200 GHz avec le même angle d'orientation.

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4. RÉSULTATS ET DISCUSSION

Le résultat de la simulation de l’AWG avec un espacement des canaux de 0,8 nm est présenté à la figure 4. Il montre la distribution de sortie des guides d’onde de sortie à 4 canaux. Les canaux de sortie sont à des longueurs d'onde de 1549,04 nm (λ1), 1549,872 nm (λ2), 1550,704 nm (λ3) et 1551,360 nm (λ4) respectivement, ce qui indique l'espacement simulé du canal de 0,832 nm. Ainsi, la longueur d'onde de sortie de chaque canal était conforme aux spécifications de l'UIT, même si elle est légèrement décalée de 0,032 nm, ce qui est trop petit et peut être négligé. Cependant, la perte d'insertion maximale de 5,04 dB est au canal 4 et la perte d'insertion minimale de 3,88 dB est au canal 2. La diaphonie est inférieure à -32,77 dB.

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Le tableau 3 présente les paramètres de sortie calculés de l’AWG avec un espacement des canaux de 0,8 nm. Ces valeurs ont été calculées à un niveau de bande passante de -3 dB. Le niveau de bande passante est utilisé comme référence pour définir les largeurs de bande.

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Pour les AWG avec un espacement des canaux de 9,6 nm, le résultat de la simulation est présenté à la figure 5. Les quatre longueurs d'onde de sortie λ1, λ2, λ3 et λ4 sont respectivement à 1542 nm, 1552 nm, 1562 nm et 1572 nm. Le résultat pour l'espacement des canaux est de 10 nm, ce qui diffère légèrement du paramètre d'entrée de conception, qui est de 9,6 nm. Pendant ce temps, la perte d'insertion maximale de 6,63 dB est au canal 1 et la perte d'insertion minimale de 5,30 dB au canal 3. La diaphonie est inférieure à -23 dB.

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Figure 5. Réponses spectrales de sortie de l'AWG 4 canaux avec espacement des canaux de 1 200 GHz

Le tableau 4 indique les paramètres de sortie calculés de l’AWG avec un espacement des canaux de 9,6 nm. Ces valeurs ont été calculées avec un niveau de bande passante de -3 dB. La valeur obtenue pour l'espacement des canaux est de 10 nm, ce qui correspond aux applications CWDM. Selon les résultats de la simulation, nous avons constaté que ces groupes de travail génériques peuvent fonctionner correctement dans les systèmes DWDM et CWDM.

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5. COMPARAISON DES PERFORMANCES

Le développement du multiplexeur polymère AWG intéresse de nombreux chercheurs. Le premier polymère AWG mis en évidence par Hida et al. En appliquant du fluoro-méthacrylate deutéré (d-PFMA) sur un substrat de silicone. Cependant, cet AWG n'a fonctionné qu'à une fenêtre de 1 300 nm avec une dépendance de polarisation aussi faible que 0,03 nm. Watanabe et al. Ont rapporté que l'AWG polymère à 16 canaux fonctionnant à 1550 nm avait été réalisé en utilisant un guide d'onde en résine de silicone. Ce multiplexeur AWG présente une perte d'insertion dans la plage de 9 à 13 dB, une diaphonie inférieure à -20 dB et un faible décalage de longueur d'onde dépendant de la polarisation.

Leo [19] a présenté un polymère 2 x 8 AWG à base de CWDM (20 nm) à une longueur d'onde centrale de 1520 nm avec une taille totale du dispositif de 23 mm x 2,5 mm. La perte d'insertion et la diaphonie se situent autour de 7 dB et -30 dB, respectivement. D'autre part, Razali [a proposé un polymère 4 x 4 AWG avec un espacement de 0,8 nm (DWDM) fonctionnant à une longueur d'onde centrale de 1570 nm. L'appareil a une perte d'insertion de 3 dB et un niveau de diaphonie inférieur à -30 dB. La taille de l'appareil est de 31 mm x 9 mm.

Dans cet article, les conceptions proposées sont un polymère 4 x 4 AWG fonctionnant à une longueur d'onde centrale de 1550 nm avec un espacement des canaux de 0,8 nm et de 9,6 nm. On observe que les pertes d'insertion de l'espacement de canal correspondant sont respectivement de -5 dB et -6 dB et que le niveau de diaphonie est de -33 dB et -23 dB. La taille totale du dispositif est de 21,5 mm x 10 mm pour un espacement de 0,8 nm et de 17,8 mm x 5 mm pour un espacement de 9,6 nm. Inévitablement, cela montre que les AWG pour les applications CWDM et DWDM peuvent être réalisés en utilisant le polymère BCB 4024-40 comme matériau de guidage.

6. CONCLUSION

Des AWG basés sur le polymère BCB pour des applications en DWDM / CWDM ont été présentés. Il a été démontré que deux conceptions de quatre canaux AWG avec un niveau de diaphonie inférieur à 32 dB et à 23 dB fonctionnaient dans une fenêtre de communication à 1550 nm pour les applications DWDM et CWDM. On peut en conclure que le polymère BCB peut être considéré comme un candidat approprié pour le développement de l’AWG car il présente de bonnes performances pour les applications DWDM et CWDM.

Une paire de:Conception du centre de données: quelles normes à suivre? Un article:POLISSAGE DE FIBRES MECANIQUES