Explorer les technologies de multiplexage et de démultiplexage

Que sont les multiplexeurs et démultiplexeurs ?

Les multiplexeurs et les démultiplexeurs ont 4 technologies concurrentes sur lesquelles ils sont construits - le réseau de Bragg à fibre, le réseau de guides d'ondes à matrice, le filtre à couche mince et le filtre à réseau de diffraction. Dans cet article, nous examinons ces quatre technologies plus en détail, éclairant les aspects techniques en coulisses du fonctionnement des périphériques mux/demux.

 1. Réseaux de Bragg en fibre (FBG)

Un réseau de Bragg est une courte longueur de fibre où l'indice de réfraction est modulé à un rythme périodique sur une courte longueur le long de la fibre. Cela signifie que pour toute séquence WDM {λ1, λ2, …, λB , λN}, toutes les longueurs d'onde autres que λB traverseront la fibre sans changement. Au lieu de cela, λB sera complètement réfléchi vers la source. (λB = 2ηeΛ où ηe est l'indice de réfraction effectif dans le cœur de la fibre et Λ est la période de réseau.) Le réseau de Bragg nécessite un circulateur optique pour compléter le multiplexage et le démultiplexage. Un circulateur est un dispositif optique non réciproque à 3 ports qui transmet tout signal d'entrée, Si, du port Pi et émet le signal SO = Si vers le port PO = (Pi mod 3) +1. Pour une description visuelle, consultez notre diagramme de circulation.

2. Filtres à couche mince

Les filtres à couche mince sont de multiples couches de matériaux très minces qui sont déposées sur des substrats de verre. Les matériaux sont sélectionnés de sorte qu'ils aient des valeurs d'indice de réfraction accordées. La lumière incidente est principalement réfléchie par l'appareil ; cependant, la longueur d'onde accordée est autorisée à traverser l'appareil dans les deux sens (c'est l'opposé du réseau de Bragg à fibre). Le multiplexeur a N filtres à couches minces accordés à chaque longueur d'onde. La longueur d'onde d'entrée passe à travers le filtre et dans la fibre de sortie. Le signal est ensuite combiné avec les autres filtres à couches minces N-1, comme indiqué. La technologie des couches minces offre une excellente mise en forme spectrale à faible coût. Généralement, il est utilisé avec des systèmes de moins de 40 canaux. De plus, il est bidirectionnel et résistant aux changements de température. Les filtres à couches minces sont complètement passifs avec une faible perte d'insertion.

3. Réseaux de guides d'ondes matriciels (AWG)

Les réseaux de guides d'ondes matriciels se composent d'un séparateur/combinateur optique, d'une série de fibres de longueur variable et d'un coupleur optique. Le coupleur a N entrées, une pour chaque λi {I ε 1, N}. Une entrée donnée est divisée et présentée à chacune des entrées de fibre (des signaux optiques individuels ayant chacun son propre λi sont incidents au coupleur optique). De là, les signaux parcourent chaque fibre de longueur variable où ils se terminent au combinateur optique. Les longueurs de fibre pour cette technologie sont réglées de sorte que les relations de phase de chaque signal interfèrent de manière constructive ou destructive les unes avec les autres. La sortie du combineur correspond aux signaux sommés linéairement provenant de l'entrée du coupleur optique.

Lors du démultiplexage, le démultiplexeur prend le signal mélangé et le présente aux N fibres de longueur variable. Étant donné que chaque fibre a sa propre longueur accordée, chaque sortie est retardée en phase d'une certaine quantité calculée. Les signaux retardés sont ensuite présentés à chaque fibre de sortie où ils interfèrent de manière constructive et destructive. Par conséquent, le démultiplexage se produit. Les réseaux de guides d'ondes en réseau introduisent une dispersion de mode de polarisation et peuvent avoir une perte d'insertion élevée. Ils sont très dépendants de la température et nécessitent généralement un contrôle de la température pour maintenir des relations de phase appropriées. Les appareils AWG prennent également en charge un grand nombre de canaux et un espacement étroit des canaux. Ils conviennent à des nombres de canaux plus importants et ont une réponse de filtre satisfaisante.

4. Filtres de réseau de diffraction

Un filtre à réseau de diffraction consiste en une lentille à réseau qui dévie la lumière en fonction de sa longueur d'onde. La diffraction, contrairement à la réfraction, se produit lorsqu'une onde rencontre un objet dans l'espace libre compatible avec sa longueur d'onde. Si nous supposons qu'une onde incidente atteignant un obstacle (comme une fente dans un réseau de diffraction) agit selon le principe de Huygens-Fresnel, alors une série de radiateurs monopôles seront présents, également espacés en fonction de la longueur d'onde incidente dans la fente. Ces radiateurs monopôles interféreront à la fois de manière constructive et destructive du côté opposé de la fente; cela crée un motif qui dépend de la longueur d'onde du signal. En utilisant ce principe, une onde incidente constituée de multiples λ est étalée spectralement vers une série de fibres de sortie.

Comme démontré ci-dessous (Figure 1.1), le lobe central contient la majeure partie de l'intensité du signal ; cependant, les lobes latéraux sont périodiques selon la fonction de Bessel de première espèce (J1). L'argument de la fonction de Bessel est proportionnel à ka, le nombre d'onde et le diamètre de l'ouverture. Si nous fixons la taille d'ouverture (la taille du réseau de diffraction), alors la propagation donnée par la fonction de Bessel dépendra entièrement de la longueur d'onde (Figure 1.2 ci-dessous en rouge). Un réseau de diffraction peut être construit sur un matériau transmissif ou réfléchissant. Il a généralement une faible sensibilité à la température, est bidirectionnel et a une faible perte d'insertion. Cette technologie est purement passive et prend en charge des bandes passantes de canaux variables/un grand nombre de canaux.

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