Splitter e coupler ottici - InfoCom

Componenti Ottici passivi

Splitter e coupler ottici (1/3)
Si tratta di componenti ottici che permettono di:
dividere un segnale ottico in due (o più)
repliche (splitter);
combinare insieme due (o più) segnali ottici
(combiner).

Splitter e coupler ottici (2/3)
Si definiscono appartenenti a questa categoria
solo quei componenti (nominalmente)
indipendenti da:
frequenza - lunghezza d’onda
polarizzazione ottica.

Splitter e coupler ottici (3/3)
input
input
output
input
Splitter 1x2 Splitter 1xN
output
input
Coupler 2x1 Coupler Nx1
output
output

Applicazioni
Gli splitter sono utilizzati:
per monitorare un segnale ottico:
in questo caso le 2 uscite sono solitamente asimmetriche, ad esempio 5%
della potenza sull’uscita di monitoring, 95% della potenza sull’altra;
per inviare lo stesso segnale ottico a molti utenti:
in questo caso si utilizzano dispositivi simmetrici (stessa potenza su tutte le
uscite).
I coupler sono utilizzati:
per convogliare sulla stessa fibra due o più segnali provenienti da sorgenti
diverse.

Budget di Potenza (1/2)
Consideriamo il budget di potenza per:
splitter con N uscite
combiner con N ingressi.
Supponiamo che si tratti di dispositivi simmetrici, cioè con divisione (o
combinazione) della potenza uguale su tutte le porte.

Budget di Potenza (2/2)
P in
…
P out
P out
P out
dove ε è detta “excess loss” del dispositivo
(ε dB >0);
il dispositivo introduce dunque una
attenuazione:
Att = 10log N + ε
Pin
Pout
=
Nε
P = P − 10log N + ε
dB 10 dB
out dBm in dBm 10 dB

Isolatori e circolatori ottici (1/2)
Isolatore: equivalente ottico di un diodo: la
luce può fluire in una sola direzione.
P in
Bassa perdita < 1dB
Elevato isolamento >40dB
P out

Isolatori e circolatori ottici (2/2)
Circolatore: dispositivo a 2 o più porte.
Il segnale ottico può fluire solo nel senso
indicato dalla freccia .
Port 1
Port 3
Port 2

Filtri Ottici

Filtri Ottici (1/2)
Per filtri ottici intendiamo tutti i componenti
passivi con una esplicita (e voluta) dipendenza
dalla frequenza/lunghezza d’onda.
Solitamente si cerca invece di non avere
dipendenza da:
-polarizzazione ottica
- Temperatura.

Filtri Ottici (2/2)
Applicazione dei filtri ottici:
Selezione e accoppiamento di canali WDM
Limitazione della banda di rumore
Equalizzazione della curva di guadagno degli
amplificatori ottici.

Classificazione dei filtri ottici
Filtro: selezione di lunghezze d’onda
Multiplexer: ordinamento di N lunghezze d’onda in serie
da parellelo
De-Multiplexer: ordinamento di N lunghezze d’onda in
parallelo da serie
Router: indirizzamento di N lunghezze d’onda ad altra
destinazione

Caratteristiche per filtri WDM
Come detto, un filtro seleziona una lunghezza d’onda tra N disponibili, es.
λ 1 λ 2 λ 3 λ 4 λ 5 λ 6
λ 1 λ 2 λ 3 λ 4 λ 5 λ 6
λ 4

Caratteristiche per filtri WDM
I filtri per WDM sono dunque dei filtri
passabanda, che devono avere le seguenti
caratteristiche:
banda passante il più possibile piatta, in modo
da tollerare errori di allineamento tra filtri e
canale WDM da selezionare;
fronti di discesa fuori dalla banda passante il
più possibile ripidi, in modo da attenuare
fortemente i canali adiacenti a quello da
selezionare.
In teoria, il filtro
ottimale sarebbe un
filtro
rettangolare in
frequenza

Caratteristiche per filtri WDM
Si tenga conto che il segnale occupa una certa banda, e su questa banda il
filtro deve essere il più possibile piatto, al fine di non distorcere il segnale
stesso.
Filtro WDM
f N-1 f N f N+1
f N-1 f N f N+1
I filtri ottici commerciali vengono
tipicamente caratterizzati sui
datasheet tramite:
banda ad 1 dB: intervallo sul quale il
filtro può essere considerato piatto;
banda a 3 dB (3-dB bandwidth):
indicazione approssimata della
“larghezza del filtro”;
banda a 30 dB: indicazione sulla
ripidità dei fronti di discesa.

Caratteristiche per filtri WDM
Oltre alle caratteristiche riportate nelle slides
precedenti, altre caratteristiche importanti
sono:
1. bassa attenuazione (excess loss) nella banda
passante;
2. bassa dipendenza dalla polarizzazione ottica
(polarization dependent loss, o PDL);
3. bassa dipendenza dalla temperatura.

Caratteristiche per filtri WDM
Nel caso di filtri multi ingresso-uscita
(mux-demux),
altri parametri importanti sono:
1. Uniformità tra le funzioni di
trasferimento sulle varie
porte (cioè sostanzialmente uguale
excess loss tra le
porte).
f N-1 f N f N+1
“Rejection” dei canali laterali,
definita come
l’attenuazione dei canali non
selezionati rispetto a
quello selezionato.
f N-1 f N f N+1

Filtri di Fabry-Perot
Specchio parzialmente
riflettente
L
In particolare, si può dimostrare che la funzione di
trasferimento:
1. È periodica in frequenza
2. Ciascuno dei picchi della funzione di trasferimento
è approssimabile come un filtro ad 1 singolo polo.
Specchio parzialmente
riflettente

Filtri di Fabry-Perot
Specchio parzialmente
riflettente
L
Conseguentemente, il filtro non è adatto come
filtro di ricezione WDM in quanto:
1. I fronti di discesa non sono sufficientemente ripidi
2. Il filtro è periodico.
Specchio parzialmente
riflettente

Filtri per WDM
I filtri per WDM devono dunque essere basati su
strutture più complicate dei filtri FP.
Si usano strutture ottiche che si basano comunque
su effetti di interferenza, quali:
1. Dielectric Thin Multilayer Film Filters (DTMF)
Sono sostanzialmente una cascata di FP.

Filtri per WDM
2. Gratings
Sono strutture con variazione periodica di
indice di rifrazione
Δn(z)
Sotto opportune condizioni, un grating
riflette all’indietro una determinata banda di
frequenze.
z

Filtri per WDM
Nei trasmettitori/ricevitoriWDM servono filtri di multiplazione/demultiplazione, cioè
filtri multi ingresso/uscita.
Accenneremo ad alcune possibili tecnologie.
Filtri Mach-Zehnder: basati su interferenza tra
cammini ottici di lunghezza diversa.

Mach-Zehnder e WDM
f N-1
f N-1
f N
f N
Output 1 Output 2
Questo tipo di filtro può essere
utilizzato per demultiplare due
canali WDM.

Mach-Zehnder e WDM
Per realizzare i filtri di multiplazionedemultiplazione
per WDM si usano strutture basate su principi di
interferenza simili alla
struttura Mach-Zehender, ma con cammini multipli.
La tecnologia oggi più comune è quella degli:
AWG: Arrayed Waveguide Grating.

Filtri add and drop
In alcune applicazioni di rete ottica WDM, si iniziano oggi ad utilizzare filtri
di “add-drop”.
Si tratta di filtri WDM a 3/4 porte, con la funzionalità riportata in figura:
In alcune applicazioni di rete ottica WDM, si iniziano oggi ad utilizzare filtri
di “add-drop”.
Si tratta di filtri WDM a 3/4 porte, con la funzionalità riportata in figura:

Filtri add and drop basati su grating
Insieme ad un circolatore ottico, i filtri di tipo “grating” permettono di realizzare un
filtro di “add-drop” WDM:
Filtri, multiplatorie demultiplatori ottici sono oggi disponibili commercialmente dato il
loro vasto uso nei sistemi DWDM.
Si tratta però di filtri “statici”, cioè con funzione di trasferimento
(approssimativamente) statica nel tempo.
Le tecnologie per i filtri “tunabili”, cioè con funzione di trasferimento variabile
tramite comando elettrico, è invece ancora ad uno stadio iniziale
Iniziano ad essere disponibili oggi filtri tunabili su tempi relativamente lenti (sopra i
ms).