Vevők, erősítők, passzív eszközök

Széchenyi István University

Győr

Hungary

Vevők, erősítők, passzív Vevők, erősítők, passzív eszközökeszközök

Nagy SzilviaNagy Szilvia

22Interaktív KTV 2008Interaktív KTV 2008

ModulációModuláció

DirektDirekt magát a lézert vagy LED-et moduláljákmagát a lézert vagy LED-et modulálják KTV hálózatokban distributed feedback KTV hálózatokban distributed feedback

lézer diódáklézer diódák többnyire a pumpáló mechanizmuson többnyire a pumpáló mechanizmuson

(áramon) keresztül modulálják(áramon) keresztül modulálják

Külső modulációKülső moduláció külön eszköz, a moduláló jel hatására külön eszköz, a moduláló jel hatására

változtatja a törésmutatóját, ill. áteresztő-változtatja a törésmutatóját, ill. áteresztő-képességét (pl. MZ, akusztooptika…)képességét (pl. MZ, akusztooptika…)



DirektDirektPopt

I0

t

t

Popt

ImIb

I0 = Ib + Im

hőmérséklet

öregedés

ITH



komp.

IbIm

P opt

beáll.

monitordiódalézer

lézermeghajtó áramkörlézermeghajtó áramkör



lézerdióda impulzusainak alaktorzításailézerdióda impulzusainak alaktorzításai

Popt

t

100%90%

10%0

Névleges befejezés

Névleges kezdés

túllövés

felfutási idő

belengési idő

lecsengés

kioltási idő

nem teljes kioltás


DPSK modulátorDPSK modulátor


Hullámvezető

Elektródák

Fény bemenetHordozó

V


Pockels-cellaPockels-cella elektrooptikai moduláció: elektromos tér elektrooptikai moduláció: elektromos tér

hatására változik a törésmutatóhatására változik a törésmutató


Fény bemenetFény bemenet Fény bemenet


akusztooptikai modulátorakusztooptikai modulátor egy piezoelektromos egy piezoelektromos

jelátalakító akusztikus jelátalakító akusztikus hullámokat kelt a hullámokat kelt a kristályban,kristályban,

a sűrűségváltozás a sűrűségváltozás hatására változik a hatására változik a törésmutató: törésmutató: optikai optikai rácsrács keletkezik keletkezik

a rácson szóródnak a a rácson szóródnak a fényhullámokfényhullámok


piezo-elektromos

kristály

elnyelő

szál


integrált elektroabszorpciós modulátor – integrált elektroabszorpciós modulátor – Franz—Keldysh-effektus (E hatására Franz—Keldysh-effektus (E hatására változó tiltott sáv)változó tiltott sáv)



Külső moduláció Mach—Zehnder-Külső moduláció Mach—Zehnder-interferométerrelinterferométerrel


optikai úthosszkülönbség → konstruktív vagy destruktív interferencia


Külső moduláció Mach—Zehnder-Külső moduláció Mach—Zehnder-interferométerrelinterferométerrel


A moduláló feszültség miatt változik az anyag törésmutatója

UJel feszültség

HordozóFény bemenet

6 mm

Intenzitás modulált fény kimenet



CSO


VevőkVevők

A vevők a fotonok hatására töltéshordozót termelnek. Követelmények:kvantumhatásfok minél nagyobb legyen (átlagosan egy beérkező fotonra minél több elektron aktiválódjon). A kvantumhatásfok növelése:

csökkenteni kell a reflexiót növelni kell a detektáló felületet el kell kerülni az aktiválódott elektron

rekombinálódását


VevőkVevők

A vevők a fotonok hatására töltéshordozót termelnek. Követelmények:gyors válaszidőkis zajmegfelelő anyagválasztáshullámhossz szelektivitás (alapvetően nem szelektívek, ill. széles sávúak)


Detektorok paramétereiDetektorok paraméterei

Kvantumhatásfok: =Jf/e: a fotonok és a keletkezett elektronok arányaÉrzékenység: R=e/h: a detektorok felületére beeső fényteljesítmény által keltett áram)Sávszélesség: a töltéshordozóknak a kiürített zónán való áthaladási idejétől függZaj:

sötétáram sörétzaj


VevőkVevők

1000 1500500

1

0.5

kvantumhatásfok = 1

Si Ge

InGaAsP

InGaAs

Érzékenység (A/W)

Hullámhossz (nm)1000 1500500

1

0.5

kvantumhatásfok = 1

Si Ge

InGaAsP

InGaAs

Érzékenység (A/W)

Hullámhossz (nm)


VevőkVevők


p-n átmenetes fotodiódap-n átmenetes fotodióda

potenciálfal

szabad elektronok

szabad lyukak

határréteg

gap

A fotonok hatására elektron-lyuk párok keletkeznek


PIN fotodiódaPIN fotodióda

p niRt

i

potenciálfal

szabad lyukak

szabad elektronok

gap

határréteg


PIN fotodiódaPIN fotodióda


Lavina diódákLavina diódák

U

I lavinaletörés – a nagy feszültség hatására egyetlen szabad elektron is fel tud annyira gyorsulni, hogy elektron-lyuk párokat generáljon az útja során. Fordított előfeszítés!


Lavinadiódák felépítéseLavinadiódák felépítése

+

h

++

+

+


VevőmodulokVevőmodulok


Optikai erősítőkOptikai erősítők

Anélkül erősítik az optikai jelet, hogy azt Anélkül erősítik az optikai jelet, hogy azt elektromossá visszaalakítanák.elektromossá visszaalakítanák.

erbiummal adalékolt üvegszálakerbiummal adalékolt üvegszálak fény pumpálássalfény pumpálással

félvezető optikai erősítőkfélvezető optikai erősítők elektromos pumpálássalelektromos pumpálással


Erbiummal adalékolt Erbiummal adalékolt kvarcüveg sávszerkezetekvarcüveg sávszerkezete

1531 nm1480 nm980 nm


Erbiummal adalékolt Erbiummal adalékolt kvarcüveg sávszerkezetekvarcüveg sávszerkezete

gerjesztett állapot

nem sugárzó átmenet

stimulált fotonjel foton

alapállapot

metastabilállapot

980 nm-espumpálósugárzás


Optikai erősítők alkalmazásaOptikai erősítők alkalmazása

OLT OLT

OLT

OLT

OLT

OLT

EDFA

EDFA

EDFA


Optikai erősítők alkalmazásaOptikai erősítők alkalmazása

lézer

EDFoptocsatolóJel be Jel ki

lézer


lézer


lézer

optocsatoló

lézer

pumpálás

pumpálás

pumpálás


Passzív optikai elemek Passzív optikai elemek felosztásafelosztása

Optikai szálakOptikai kötésekOptikai rendezők, rögzítők, pozícionálókOptikai csillapítókLencsék, szűrőkJelosztók, optocsatolókOptikai kapcsolókOptikai modulátorok


Optikai lencsékOptikai lencsék

n2

n1n1n1n2

indirekt lencse diffúziós mikrolencse

gömblencse cilinder lencse


GRIN lencseGRIN lencse

optikai szálgradiens indexű szál

n


Optikai osztóOptikai osztó

félig áteresztõ tükör

Interaktív KTV 2008Interaktív KTV 2008

„Hegesztett szál” csatolók

(Fused-fiber Coupler)

összeolvasztottrégió

1

2

mag

bemenetek kimenetek1

2

alsórégió

felsőrégió

• osztási arány a geometriával befolyásolható,• a csatolási hosszal a hullámhossz függés befolyásolható


Optocsatoló (polimerizációs)Optocsatoló (polimerizációs)

n1n2

maszkn1

n1 n2


Optikai „szeletelés”

(Optical slicing/interleaving)

/2 útkülönbség

Mach-Zender inteferométer

összeolvasztott

régiók

1

2bemenetek kimenetek

1

2

(Fused Biconic Tapered)

hőmérséklet függés: 1 pm/°C (-5 °C …+70 °C)


Tipikus optikai csatolók

bemenet kimenet

kimenet

„T” csatoló

bemenet

több kimenet

„Fa” 1 x N csatoló

több bemenet több kimenet

Csillag csatolók

bemenet

több kimenet

Hullámhossz szelektív csatoló

n

n

több bemenet / több kimenet(nem elválasztott)

be

n

PP...PP

log21

10(dB) Veszteség

m

n

PP

log10(dB) ságIrányított


Optikai csillapítók fajtáiOptikai csillapítók fajtái

Felosztása: - aktív (erősítést tartalmaz)- passzív

- fix (állandó értékű)- változtatható

- kalibrált- nem kalibrált

Használata: - jelszintcsökkentés- mérés


Változtatható optikai csillapítóVáltoztatható optikai csillapító

8o

lencse

változtatható csillapítású tárcsa


Különböző kivitelű csillapítók

8o

lencse

változtathatócsillapítású tárcsa

lencse

lencse lencse

+

-EO anyagpl. LiNbO3

fényvezető

polimer

fűtőelem

step motor

vezérlő elektródák

hullámvezető

hordozó


Bragg rácsok

Szálba írt rács

periodikus törésmutatóváltások

reflektált hullám

• germánium adagolás a szálgyártás során,• UV expozíció → törésmutató változás,• hõmérsékletfüggés kompenzálása:

• termosztálás,• speciális hõtágulású hordozó alkalmazása

hőmérséklet függés: 12 pm/C (stabilizálás elõtt)

<1 pm/C (stabilizálás után)


Optikai kapcsolókOptikai kapcsolók

Optikai utat kapcsolnak hálózati csomópontoknálFelhasználási területei:

- jelek átkapcsolása- visszirányú jelelnyomás- multiplexelés megvalósítása- optikai utak tartalékolása- mérések

Megvalósítása: - elektromechanikus úton- elektrooptikai úton


Optikai kapcsolók fajtáiOptikai kapcsolók fajtái

::

:: :

1 : 1 1 : 2 2 : 2 2 : 4 2:2 Bypass

Dual reversing 1 x N 2 x (1xN) 2 x N


Optikai kapcsolók tulajdonságaiOptikai kapcsolók tulajdonságai

Beiktatási csillapítás 0.5 dB

Ismétlésnél csillapításnövekedés 0.01 dB

Kapcsolási sebesség < 15 ms

Működési tápfeszültség 5 V, 50 mA

Reflexiós csillapítás - 65 dB

Működési tartomány 1300, 1550, (1650) nm


Elektro-optikai kapcsolókElektro-optikai kapcsolók

U

szubsztrát: lítium-niobátbárium-titanát

elektródák: Si-Mg oxid

Előnyök:ns nagyságrendű kapcsolási idők,jó stabilitás

Hátrányok:nagy csillapítás,nagy PDL, áthallásnincs kitüntetett állapot


Mikro-elektromechanikuskapcsolók

Mozgatott elemek: miniatűr prizmák, tükrökMozgató elemek: szolenoidok, piezókElőnyök:

• alacsony polarizáció és hullámhossz függés,• érzéketlen a környezeti hatásokkal szemben,• alacsony szintű jelekkel vezérelhető,• olcsó előállítás

Hátrányok: • egyszerűen csak 1x2 vagy 2x2 konfig. val. meg,• nagyobb kapcsolómezők felépítése bonyolult, • ms nagyságrendű kapcsolási idők


Bemenő szálaköteg

Kimenő szálköteg

Elektromos vezérlés

Hermetikusanzárt tok

tükör-rendszer

Elektromos vezérlés

tükör-rendszer

OXC kapcsolócella


Termikus kapcsolókTermikusan hangolható polimer hullámvezetők

• hőmérséklet függő törésmutató,• szubsztrát: szílícium,• fűtőelem: vékony filmréteg a polimer

stack-en Tulajdonságok:

• elfogadható csillapítás,• közepes polarizációfüggés,• nagy áthallás,• nagy teljesítmények szükségesek a

vezérléshez,• 1…10 ms nagyságrendű átkapcsolási

idők


I1

I2

O1

O2

O3

O4

I3

I4

Termikus kapcsolók

2x2 Thermo-Optikai kapcsoló megvalósítás


Folyadékkristályos kapcsolók

Folyadékkristály cellák• polarizációs nyaláb osztók vagy léptetők,• feszültség hatására változtatható polarizáció,• polarizáció érzékeny és érzéketlen mátrix

kapcsolók készíthetők Tulajdonságok:

• nagy csillapítás,• gyenge áthallási tulajdonságok,• bonyolult meghajtóáramkörök,• átkapcsolási idők: 100 ms nematic

liquid,10 ms

ferroelecric liquid


Akusztikus kapcsolók

Pontosan irányított akusztikus hullámokkal vezérelt optikai közeg

• anyag: pl. TeO2,

• a törésmutató változik a tranzverzális akusztikus hullám hatására,

• a törési szög a frekvenciával változtatható

Tulajdonságok:• a csillapítás hullámhossz függő,• költséges meghajtóáramkörök,• átkapcsolási idők: ~10 ms,• nagy denzitás nem készíthető


Példa 1 x N kapcsoló Példa 1 x N kapcsoló használatárahasználatára

DUT

DUT

DUT

Fényforrás1300 nm

1500 nm : :

Teljesítménymérő

Optocsatoló1 x N 1 x N

Kapcsolók

Referenciaszál

: ::


Elektrooptikai kapcsolóElektrooptikai kapcsoló(iránycsatoló)(iránycsatoló)

V

Vezetett hullám

Elektródok


Hullámhossz demultiplexerek Hullámhossz demultiplexerek


150 m

0 dB

5

10

15

kimenetek

bemenet

optikai rács

0.81 0.890.870.850.83



bemenő és kimenő szálak

optocsatoló

Selfoc rúdlencsekis fókuszáló paraméterrel

mart kvarc rács

5

10

1500 1550



Izolátorok

Polarizátor

Polarizátor

Polarizátor

Polarizátor

Faraday forgató

Faraday forgató

Pozitív forgatás

Negatív forgatás

Qv

Qv

Q+45o

Q-45o

Qv+45°

Qv+45o

LH+V

LH+V

LV

L+45V

o

L+45V

o

L+90=LV H

o

L+45°V


Diszperzió kompenzálás

• A jelet ugyanolyan abszolút értékű, de ellentétes előjelű diszperziót okozó közegen vezetjük keresztül

• kompakt diszperzió kompenzálók: alacsony csillapítás, de keskeny sávszélesség

• diszperzió kompenzáló szálak: magasabb csillapítás, de széles sávban használható (tipikusan -70…90 ps/nm/km)

• A jelet spektrálisan invertáljuk, („hullámhosszakat cserélünk”) és ugyanakkora diszperziónak tesszük ki

• technikailag nem kiforrott, egyelőre elvi jelentőségű


Kompakt diszperziókompenzáló

UV fény segítségévelszálba írt Bragg rács:

hullámhossz szelektív tükör

kompenzált jel

torzítottjel

cirkulátor

bemenő impulzus

diszperziót okozóvonalszakasz

„hosszú” „rövid”


Vékonyréteg szűrők

(Thin-Film filters)

n

Alkalmazás: Multiplexer/Demultiplexer,Optikai szűrő


A DTF szűrők alkalmazásaA DTF szűrők alkalmazása

DTF szűrők

1

21

1 21

2


DTF sávszűrőDTF sávszűrő

LWP

1.25 1.3 1.32

100

80

60

40

20

0

SWP

vékonyréteg szűrő

GRIN lencsék

reflektált fény


Kötések fajtáiKötések fajtái

Oldható - csatlakozók(FC/PC, ST, E-2000, ….)

- gyorskötő hüvelyek(3M, Fibrlock,…..

- illesztő egységek (méréshez)(BFA, ….)

Oldhatatlan - hegesztett kötések- ragasztott kötések

(átviteltechnikában nem alkalmazzák)


FC/PC csatlakozóFC/PC csatlakozó

2,5

3,75

ferrule

belsőcsavarmenetes fémházműanyag test

optikai szál védelemmel

átkötővezeték külsőköpeny

Fiber Connected / Pshihical Contact


FC / PC adapterFC / PC adapter


FC/PC patchFC/PC patch


DIAMOND E2000DIAMOND E2000

kulcs -illesztési felület

porvédősapka

porvédősapka

tehermentesítő

ADAPTER

CSATLAKOZÓ

APC = Angle polished connect


ST CsatlakozóST Csatlakozó


VOLITION PACH CHORDVOLITION PACH CHORD


CsatlakozóCsatlakozó


12,5 mm Fv szál

elsődleges védelem

immerziós (törésmutató illesztő) folyadék

Kötés típusokKötés típusokillesztett kötésillesztett kötés


alsó, felsőműanyag tartó elemek

fém rögzítőelem

Tárolási élettartam: 30 évSzerelési idõ: <30 másodperc, az előkészítést nem számítvaÁtlagos beiktatási csillapítás: <0,1 dBReflexió: <-45 dBHúzószilárdság: 1,35 kg, névleges

Gyorskötő hüvelyGyorskötő hüvely


MULTI FIBRLOKMULTI FIBRLOK


FIBRLOK szerszámkészletFIBRLOK szerszámkészlet


Pirelli rendezőPirelli rendező

HegesztőkazettaHegesztőkazetta

Kihúzható fiókok,Kihúzható fiókok,az adapterek rögzítésével.az adapterek rögzítésével.

Egy fiók 2x6 adapterhelyEgy fiók 2x6 adapterhely


RendezőkRendezők


Alcatel optikai PachPanelAlcatel optikai PachPanel


Alcatel CAT PachPanelAlcatel CAT PachPanel


Előfizetői panelElőfizetői panel


Volition pachpanelVolition pachpanel


RendezőRendező


Elsődleges védelem eltávolítóElsődleges védelem eltávolító

Homloklemez

Kés

Hossz beállítása

Működtető kar

Eltávolítandó anyag

Optikai szál

0,180,30


SzáltörésSzáltörés

bemetsző kés

befogó pofák

primer védelemhulladék oldal

Meghatározott levágási hosszMeghatározott levágási hossz


SzáltörésSzáltörés

rögzített pofák

repedési felület

elmozdulás irányai


Száltörési hibákSzáltörési hibák

ferde szálvégfelületberepedezett

sérült héjszerkezet


Az jó száltörésAz jó száltörés

tiszta szálvégegyenes vagy max.2% ferdeség, ép héjszerkezet.


Az optikai szálak illesztéseAz optikai szálak illesztéseLID rendszerLID rendszer

értékelő és vezérlő rendszer

hajlító csapszálrögzitők

a mozgató motorokkal


Az optikai szálak illesztéseAz optikai szálak illesztéseVIDEO-SYSTEM rendszerVIDEO-SYSTEM rendszer

Infravörös fényforrás

elektródák

széles látómezejűinfra érzékeny videokamera

TükörY

X


A hegesztés lépéseiA hegesztés lépései

Utó

hőkeze

lés

Hegesztés hőfoka

Elő

heg

eszt

és

Heg

eszt

és

t

1, Előhegesztésszálak egymástól távol, szálvégek megolvasztása

2, Hegesztésszálak előtolása,

3, Utó hőkezelésszálak megfeszítése


Elõtolás (gap) beállítása 0,5-0,7 mm.

Az optikai szálak magra pozicionálása után.Tisztító hegesztés: széthúzott szálakközti rövid ívkisülés

Kötés típusokKötés típusokhegesztett kötés.hegesztett kötés.


A primer védelemA primer védelem helyreállítása helyreállítása

» Zsugorcső 60mm, 45mm hosszúságban.Zsugorcső 60mm, 45mm hosszúságban.» Az elsődleges védelem hiányának megfelelő Az elsődleges védelem hiányának megfelelő

hosszban. hosszban.

merevítő acélszál

száltartó zsugorcsőmechanikai tartást biztosító

zsugorcső


Optikai szálak kötése(1)Optikai szálak kötése(1)

Szálhegesztő készülékSzálhegesztő készülék

Szálvágó készülék

Száltartó kazettahelye

Mikropozícionáló ésa LID rendszer

Vezérlő egység

Kijelző



Szálvágó készülék

Száltartó kazettahelye

Mikropozícionáló ésa LID rendszer

Vezérlő egység

Kijelző


Hegesztő kazettaHegesztő kazetta



Száltartó kazettaSzáltartó kazetta

Vevők, erősítők, passzív eszközök

Documents

Transcript of Vevők, erősítők, passzív eszközök