Vevők, erősítők, passzív eszközök

1. Vevők, erősítők, passzív eszközök Nagy Szilvia

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

3. hőmérséklet P P opt opt öregedés I I TH 0 t I b I m I0 = Ib + Im t Moduláció • Direkt

4. I I m b P opt beáll. komp. lézer monitordióda Moduláció • lézermeghajtó áramkör

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

6. Moduláció • DPSK modulátor Hullámvezető Elektródák V Hordozó Fény bemenet

7. Moduláció • Pockels-cella • elektrooptikai moduláció: elektromos tér hatására változik a törésmutató Fény bemenet Fény bemenet Fény bemenet

8. Moduláció • akusztooptikai modulátor • egy piezoelektromos jelátalakító akusztikus hullámokat kelt a kristályban, • a sűrűségváltozás hatására változik a törésmutató: optikai rács keletkezik • a rácson szóródnak a fényhullámok elnyelő szál piezo- elektromos kristály

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

10. Moduláció • Külső moduláció Mach—Zehnder-interferométerrel optikai úthosszkülönbség → konstruktív vagy destruktív interferencia

11. Moduláció • Külső moduláció Mach—Zehnder-interferométerrel U Jel feszültség Intenzitás modulált fény kimenet A moduláló feszültség miatt változik az anyag törésmutatója 6 mm Fény bemenet Hordozó

12. Moduláció CSO

13. Vevők 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

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

15. Detektorok paraméterei • Kvantumhatásfok: h=Jf/eF: 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: • sötétáram • sörétzaj

16. Vevők

17. Vevők

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

19. szabad elektronok potenciálfal D gap szabad lyukak határréteg PIN fotodióda i p i n Rt

20. PIN fotodióda

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

22. hn + + + + + Lavinadiódák felépítése

23. Vevőmodulok

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

25. Erbiummal adalékolt kvarcüveg sávszerkezete 1480 nm 1531 nm 980 nm

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

27. OLT OLT OLT OLT OLT OLT Optikai erősítők alkalmazása EDFA EDFA EDFA

28. Optikai erősítők alkalmazása EDF optocsatoló Jel be Jel ki pumpálás lézer EDF optocsatoló Jel be Jel ki pumpálás lézer lézer EDF optocsatoló optocsatoló Jel be Jel ki pumpálás lézer lézer

29. Passzív optikai elemek felosztása • Optikai szálak • Optikai kötések • Optikai rendezők, rögzítők, pozícionálók • Optikai csillapítók • Lencsék, szűrők • Jelosztók, optocsatolók • Optikai kapcsolók • Optikai modulátorok

30. n 2 n 1 n n n 1 1 2 Optikai lencsék indirekt lencse diffúziós mikrolencse gömblencse cilinder lencse

31. GRIN lencse n optikai szál gradiens indexű szál

32. Optikai osztó félig áteresztõ tükör

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

34. n n 1 1 n n n 2 1 2 Optocsatoló (polimerizációs) maszk

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

36. Tipikus optikai csatolók „T” csatoló „Fa” 1 x N csatoló kimenet bemenet bemenet kimenet több kimenet Csillag csatolók több bemenet több kimenet több bemenet / több kimenet (nem elválasztott) Hullámhossz szelektív csatoló l1 l2 bemenet l3 l1 l2 l3 ln ln több kimenet

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

38. o 8 változtatható csillapítású tárcsa Változtatható optikai csillapító lencse

39. o 8 változtatható csillapítású tárcsa Különböző kivitelű csillapítók fűtőelem lencse lencse polimer fényvezető step motor hullámvezető + hordozó lencse lencse EO anyag pl. LiNbO3 - vezérlő elektródák

40. Bragg rácsok periodikus törésmutató váltások Szálba írt rács l1 l2 l3 l4 l1 l2 l4 l1 l2 l3 l4 l1 l2 l4 l3 reflektált hullám l3 • 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)

41. Optikai kapcsolók Optikai utat kapcsolnak hálózati csomópontoknál Felhasználási területei: - jelek átkapcsolása - visszirányú jelelnyomás - multiplexelés megvalósítása - optikai utak tartalékolása - mérések Megvalósítása: - elektromechanikus úton - elektrooptikai úton

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

43. Optikai 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

44. U Elektro-optikai kapcsolók • 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

45. 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 1x2 vagy 2x2 konfig. val. meg, • nagyobb kapcsolómezők felépítése bonyolult, • ms nagyságrendű kapcsolási idők

46. OXC kapcsolócella tükör-rendszer Elektromos vezérlés Bemenő szálaköteg Kimenő szálköteg tükör-rendszer Hermetikusan zárt tok Elektromos vezérlés

47. 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

48. I1 O1 I2 O2 I3 O3 I4 O4 Termikus kapcsolók 2x2 Thermo-Optikai kapcsoló megvalósítás

49. 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

50. 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