Vevk erstk passzv eszkzk Nagy Szilvia Szchenyi Istvn

Vevők, erősítők, passzív eszközök Nagy Szilvia Széchenyi István University Győr Hungary Interaktív KTV 2008

Moduláció Direkt n magát a lézert vagy LED-et modulálják n KTV hálózatokban distributed feedback lézer diódák n többnyire a pumpáló mechanizmuson (áramon) keresztül modulálják Külső moduláció n külön eszköz, a moduláló jel hatására változtatja a törésmutatóját, ill. áteresztőképességét (pl. MZ, akusztooptika…) Interaktív KTV 2008 2

Moduláció Direkt hőmérséklet Popt öregedés ITH Ib Interaktív KTV 2008 t t I 0 Im I 0 = Ib + Im 3

Moduláció lézermeghajtó áramkör Im P opt beáll. Ib komp. lézer monitordióda Interaktív KTV 2008 4

Moduláció lézerdióda impulzusainak alaktorzításai Névleges befejezés Popt 100% 90% lecsengés túllövés belengési idő nem teljes kioltás 10% 0 felfutási idő kioltási idő t Névleges kezdés Interaktív KTV 2008 5

Moduláció DPSK modulátor Hullámvezető Elektródák V Hordozó Fény bemenet Interaktív KTV 2008 6

Moduláció Pockels-cella n elektrooptikai moduláció: elektromos tér hatására változik a törésmutató Fény bemenet Interaktív KTV 2008 Fény bemenet 7

Moduláció akusztooptikai modulátor n egy piezoelektromos jelátalakító akusztikus hullámokat kelt a kristályban, n a sűrűségváltozás hatására változik a törésmutató: optikai rács keletkezik n a rácson szóródnak a fényhullámok Interaktív KTV 2008 elnyelő szál piezoelektromos kristály 8

Moduláció integrált elektroabszorpciós modulátor – Franz— Keldysh-effektus (E hatására változó tiltott sáv) Interaktív KTV 2008 9

Moduláció Külső moduláció Mach—Zehnderinterferométerrel optikai úthosszkülönbség → konstruktív vagy destruktív interferencia Interaktív KTV 2008 10

Moduláció Külső moduláció Mach—Zehnderinterferométerrel U Jel feszültség Intenzitás modulált fény kimenet 6 mm Fény bemenet Interaktív KTV 2008 A moduláló feszültség miatt változik az anyag törésmutatója Hordozó 11

Moduláció CSO Interaktív KTV 2008 12

Vevők A vevők a fotonok hatására töltéshordozót termelnek. Követelmények: kvantumhatásfok minél nagyobb legyen (átlagosan egy beérkező fotonra minél több elektron aktiválódjon). A kvantumhatásfok növelése: n csökkenteni kell a reflexiót n növelni kell a detektáló felületet n el kell kerülni az aktiválódott elektron rekombinálódását Interaktív KTV 2008 13

Vevők A vevők a fotonok hatására töltéshordozót termelnek. Követelmények: gyors válaszidő kis zaj megfelelő anyagválasztás hullámhossz szelektivitás (alapvetően nem szelektívek, ill. széles sávúak) Interaktív KTV 2008 14

Detektorok paraméterei Kvantumhatásfok: h=Jf/e. F: a fotonok és a keletkezett elektronok aránya Érzékenység: R=eh/hn: a detektorok felületére beeső fényteljesítmény által keltett áram) Sávszélesség: a töltéshordozóknak a kiürített zónán való áthaladási idejétől függ Zaj: n sötétáram n sörétzaj Interaktív KTV 2008 15

Vevők Interaktív KTV 2008 16

Vevők Interaktív KTV 2008 17

p-n átmenetes fotodióda A fotonok hatására elektron-lyuk párok keletkeznek szabad elektronok potenciálfal D gap szabad lyukak Interaktív KTV 2008 határréteg 18

PIN fotodióda p i n i Rt szabad elektronok potenciálfal D gap szabad lyukak Interaktív KTV 2008 határréteg 19

PIN fotodióda Interaktív KTV 2008 20

Lavina diódák I U Interaktív KTV 2008 lavinaletörés – a nagy feszültség hatására egyetlen szabad elektron is fel tud annyira gyorsulni, hogy elektron-lyuk párokat generáljon az útja során. Fordított előfeszítés! 21

Lavinadiódák felépítése hn + + + Interaktív KTV 2008 22

Vevőmodulok Interaktív KTV 2008 23

Optikai erősítők Anélkül erősítik az optikai jelet, hogy azt elektromossá visszaalakítanák. erbiummal adalékolt üvegszálak n fény pumpálással félvezető optikai erősítők n elektromos pumpálással Interaktív KTV 2008 24

Erbiummal adalékolt kvarcüveg sávszerkezete 1480 nm Interaktív KTV 2008 980 nm 1531 nm 25

Erbiummal adalékolt kvarcüveg sávszerkezete gerjesztett állapot nem sugárzó átmenet 980 nm-es pumpáló sugárzás metastabil állapot jel foton stimulált foton alapállapot Interaktív KTV 2008 26

Optikai erősítők alkalmazása EDFA OLT OLT EDFA OLT Interaktív KTV 2008 OLT 27

Optikai erősítők alkalmazása Jel be EDF optocsatoló Jel ki pumpálás lézer EDF optocsatoló Jel be Jel ki pumpálás lézer Jel be EDF optocsatoló Jel ki pumpálás Interaktív KTV 2008 lézer 28

Passzív optikai elemek felosztása Optikai szálak Optikai kötések Optikai rendezők, rögzítők, pozícionálók Optikai csillapítók Lencsék, szűrők Jelosztók, optocsatolók Optikai kapcsolók Optikai modulátorok Interaktív KTV 2008 29

Optikai lencsék n 2 n 1 indirekt lencse gömblencse Interaktív KTV 2008 n 2 n 1 diffúziós mikrolencse cilinder lencse 30

GRIN lencse n optikai szál Interaktív KTV 2008 gradiens indexű szál 31

Optikai osztó félig áteresztõ tükör Interaktív KTV 2008 32

„Hegesztett szál” csatolók (Fused-fiber Coupler) összeolvasztott régió bemenetek 1 1 2 2 mag alsó régió kimenetek felső régió • osztási arány a geometriával befolyásolható, • a csatolási hosszal a hullámhossz függés befolyásolható

Optocsatoló (polimerizációs) n 1 Interaktív KTV 2008 maszk n 2 n 1 n 2 34

Optikai „szeletelés” (Optical slicing/interleaving) Mach-Zender inteferométer összeolvaszt ott régiók bemenetek l/2 útkülönbség 1 1 2 2 (Fused Biconic Tapered) hőmérséklet függés: 1 pm/°C (-5 °C …+70 °C) kimenetek

Tipikus optikai csatolók „T” csatoló bemenet „Fa” 1 x N csatoló kimenet bemenet kimenet Csillag csatolók több bemenet több kimenet Hullámhossz szelektív csatoló l 1 bemenet l 1 l 2 l 3 ln több kimenet több bemenet / több kimenet (nem elválasztott)

Optikai csillapítók fajtái Felosztása: Használata: Interaktív KTV 2008 - aktív (erősítést tartalmaz) - passzív - fix (állandó értékű) - változtatható - kalibrált - nem kalibrált - jelszintcsökkentés - mérés 37

Változtatható optikai csillapító lencse 8 o Interaktív KTV 2008 változtatható csillapítású tárcsa 38

Különböző kivitelű csillapítók fűtőelem lencse polimer fényvezető step motor 8 o változtatható csillapítású tárcsa + hullámvezető hordozó lencse - EO anyag pl. Li. Nb. O 3 vezérlő elektródák

Bragg rácsok periodikus törésmutató váltások Szálba írt rács l 1 l 2 l 3 l 4 l 1 l 2 l 4 l 3 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 kapcsolók Optikai utat kapcsolnak hálózati csomópontoknál Felhasználási területei: - jelek átkapcsolása - visszirányú jelelnyomás - multiplexelés megvalósítása - optikai utak tartalékolása - mérések Megvalósítása: - elektromechanikus úton - elektrooptikai úton Interaktív KTV 2008 41

Optikai kapcsolók fajtái 1: 1 1: 2 2: 4 : : Dual reversing Interaktív KTV 2008 1 x. N 2: 2 Bypass 2 x (1 x. N) : 2 x. N 42

Optikai kapcsolók tulajdonságai Beiktatási csillapítás 0. 5 d. B Ismétlésnél csillapításnövekedés 0. 01 d. B Kapcsolási sebesség < 15 ms Működési tápfeszültség 5 V, 50 m. A Reflexiós csillapítás - 65 d. B Működési tartomány Interaktív KTV 2008 1300, 1550, (1650) nm 43

Elektro-optikai kapcsolók U Előnyök: ns nagyságrendű kapcsolási idők, jó stabilitás Hátrányok: nagy csillapítás, nagy PDL, áthallás nincs kitüntetett állapot szubsztrát: lítium-niobát bárium-titanát elektródák: Si-Mg oxid

Mikro-elektromechanikus kapcsolók Mozgatott elemek: miniatűr prizmák, tükrök Mozgató elemek: szolenoidok, piezók Előnyök: • alacsony polarizáció és hullámhossz függés, • érzéketlen a környezeti hatásokkal szemben, • alacsony szintű jelekkel vezérelhető, • olcsó előállítás Hátrányok: • egyszerűen csak 1 x 2 vagy 2 x 2 konfig. val. meg, • nagyobb kapcsolómezők felépítése bonyolult, • ms nagyságrendű kapcsolási idők

OXC kapcsolócella tükörrendszer Elektromos vezérlés Bemenő szálaköteg Elektromos vezérlés tükörrendszer Kimenő szálköteg Hermetikusan zárt tok

Termikus kapcsolók Termikusan 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

Termikus kapcsolók 2 x 2 Thermo-Optikai kapcsoló megvalósítás I 1 O 1 I 2 O 2 I 3 O 3 I 4 O 4

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. Te. O 2, • 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 használatára DUT : : : DUT 1 x. N Optocsatoló Referenciaszál Fényforrás 1300 nm Teljesítménymérő Kapcsolók 1500 nm : : Interaktív KTV 2008 51

Elektrooptikai kapcsoló (iránycsatoló) Vezetett hullám Elektródok V Interaktív KTV 2008 52

Hullámhossz demultiplexerek 53

Hullámhossz demultiplexerek bemenet 150 mm kimenetek optikai rács 0 d. B 5 10 l 15 0. 81 0. 83 0. 85 0. 87 0. 89 54

Hullámhossz demultiplexerek bemenő és kimenő szálak optocsatoló Selfoc rúdlencse kis fókuszáló paraméterrel mart kvarc rács 1500 1550 l 5 10 55

Izolátorok Polarizátor Qv+45° L+45° V Faradayo forgató Q+45 Pozitív forgatás o L+45 V Polarizátor Qv o Qv+45 LV LH+V Faraday forgató o Q-45 o L+45 V LH+V Negatív forgatás Polarizátor Qv o L+90=L V H

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 bemenő impulzus diszperziót okozó vonalszakasz cirkulátor torzított jel UV fény segítségével szálba írt Bragg rács: hullámhossz szelektív tükör „hosszú” l „rövid” l kompenzált jel

Vékonyréteg szűrők (Thin-Film filters) Alkalmazás: Multiplexer/Demultiplexer, Optikai szűrő l 1, l 2, l 3, l 4. . . ln l 5 l 6 l 3 l 4 l 1 l 2 Q 1 Q 2 Q 1 = Q 2 Q 3

A DTF szűrők alkalmazása l 2 l 1 l 2 DTF szűrők l 1 l 2 l 1 60

DTF sávszűrő vékonyréteg szűrő reflektált fény 100 GRIN lencsék 80 60 SWP LWP 40 20 0 1. 25 1. 32 61

Kötések fajtái Oldható - csatlakozók (FC/PC, ST, E-2000, …. ) - gyorskötő hüvelyek (3 M, Fibrlock, …. . - illesztő egységek (méréshez) (BFA, …. ) Oldhatatlan - hegesztett kötések - ragasztott kötések (átviteltechnikában nem alkalmazzák) Interaktív KTV 2008 62

FC/PC csatlakozó Fiber Connected / Pshihical Contact belsőcsavarmenetes fémház műanyag test ferrule 2, 5 3, 75 optikai szál védelemmel átkötővezeték külsőköpeny Interaktív KTV 2008 63

FC / PC adapter Interaktív KTV 2008 64

FC/PC patch Interaktív KTV 2008 65

DIAMOND E 2000 kulcs -illesztési felület tehermentesítő CSATLAKOZÓ porvédő sapka Interaktív KTV 2008 porvédő sapka ADAPTER APC = Angle polished connect 66

ST Csatlakozó Interaktív KTV 2008 67

VOLITION PACH CHORD Interaktív KTV 2008 68

Csatlakozó Interaktív KTV 2008 69

Csatlakozó Interaktív KTV 2008 70

Csatlakozó Interaktív KTV 2008 71

Kötés típusok illesztett kötés 12, 5 mm Fv szál elsődleges védelem immerziós (törésmutató illesztő) folyadék Interaktív KTV 2008 72

Gyorskötő hüvely alsó, felső műanyag tartó elemek fém rögzítő elem Tárolási élettartam: 30 év Szerelési idõ: <30 másodperc, az előkészítést nem számítva Átlagos beiktatási csillapítás: <0, 1 d. B Reflexió: <-45 d. B Húzószilárdság: 1, 35 kg, névleges Interaktív KTV 2008 73

MULTI FIBRLOK Interaktív KTV 2008 74

FIBRLOK szerszámkészlet Interaktív KTV 2008 75

Pirelli rendező Kihúzható fiókok, az adapterek rögzítésével. Egy fiók 2 x 6 adapterhely Hegesztőkazetta Interaktív KTV 2008 76

Rendezők Interaktív KTV 2008 77

Alcatel optikai Pach. Panel Interaktív KTV 2008 78

Alcatel CAT Pach. Panel Interaktív KTV 2008 79

Előfizetői panel Interaktív KTV 2008 80

Volition pachpanel Interaktív KTV 2008 81

Rendező Interaktív KTV 2008 82

Elsődleges védelem eltávolító Homloklemez Eltávolítandó anyag Hossz beállítása 0, 18 0, 30 Optikai szál Kés Működtető kar Interaktív KTV 2008 83

Száltörés bemetsző kés hulladék oldal primer védelem befogó pofák Meghatározott levágási hossz Interaktív KTV 2008 84

Száltörés repedési felület rögzített pofák Interaktív KTV 2008 elmozdulás irányai 85

Száltörési hibák ferde szálvégfelület Interaktív KTV 2008 berepedezett sérült héjszerkezet 86

Az jó száltörés tiszta szálvég egyenes vagy max. 2% ferdeség, ép héjszerkezet. Interaktív KTV 2008 87

Az optikai szálak illesztése LID rendszer szálrögzitők a mozgató motorokkal hajlító csap értékelő és vezérlő rendszer Interaktív KTV 2008 88

Az optikai szálak illesztése VIDEO-SYSTEM rendszer Infravörös fényforrás Tükör Y X elektródák széles látómezejű infra érzékeny videokamera Interaktív KTV 2008 89

A hegesztés lépései Interaktív KTV 2008 Utó hőkezelés Hegesztés Előhegesztés Hegesztés hőfoka 1, Előhegesztés szálak egymástól távol, szálvégek megolvasztása 2, Hegesztés szálak előtolása, 3, Utó hőkezelés szálak megfeszítése t 90

Kötés típusok hegesztett kötés. Az optikai szálak magra pozicionálása után. Tisztító hegesztés: széthúzott szálakközti rövid ívkisülés Elõtolás (gap) beállítása 0, 5 -0, 7 mm. Interaktív KTV 2008 91

A primer védelem helyreállítása » Zsugorcső 60 mm, 45 mm hosszúságban. » Az elsődleges védelem hiányának megfelelő hosszban. merevítő acélszáltartó zsugorcső Interaktív KTV 2008 mechanikai tartást biztosító zsugorcső 92

Optikai szálak kötése(1) Szálhegesztő készülék Interaktív KTV 2008 93

Optikai szálak kötése(2) Interaktív KTV 2008 94

Hegesztő kazetta Interaktív KTV 2008 95

Optikai szálak kötése(3) Száltartó kazetta Interaktív KTV 2008 96