CZ25454U1 - Optická planární mnohavidová POF rozbočnice - Google Patents

Description

Optická plenární mnohavidová POF rozbočnice

Oblast techniky

Předkládaná topologie optické planámí mnohavidové vlnově selektivní POF rozbočnice řeší problém selektivního rozdělení optického signálu pro dvě vlnové délky z jednoho vstupního POF vlákna, Plastic Optical Fiber, do dvou výstupních POF vláken.

Dosavadní stav techniky

Pro přenos optického signálu se používají v páteřních sítích křemenná optická jednovidová vlákna, jejichž geometrický rozměr průměr jádra/průměr pláště je 4/125 pm nebo 9/125 μιη, nebo mnohavidová vlákna s geometrickými rozměry 50/125 pm nebo 62,5/125 pm. Méně často se pro přenos dat s nižší přenosovou kapacitou a na kratší vzdálenosti používají také další typy mnohavidových vláken s rozměry např. 100/110 pm, 200/230 pm, 500/550 pm apod. Telekomunikační optické systémy používají zpravidla pracovní vlnové délky 850 nm, takzvané první telekomunikační okno. Systémy využívající první telekomunikační okno jsou určeny pro méně náročný přenos dat, a to jak po ekonomické, tak i technické stránce, který probíhá na kratší vzdálenosti s nižším objemem přenášených dat. V páteřních sítích se používají vlnové délky 1310 nm, tzv. druhé telekomunikační okno, kdy křemenná vlákna mají nejmenší disperzi, nebo pak vlnové délky 1550 nm, tzv. třetí telekomunikační okno, kdy křemenné vlákna mají nejnižší optický útlum.

Pro současný přenos více optických signálů v jednom optickém vlákně, aby bylo možno přenášet větší množství dat, se používá takzvaný optický vlnový multiplex. Nejčastěji se proto používá přenos dat po jediném optickém vláknu na vlnových délkách odpovídajících druhému a třetímu telekomunikačnímu oknu. V praxi se používá šířka kanálů v rozsahu vlnových délek od 1260 nm do 1360 nm a od 1460 nm do 1625 nm.

V současnosti se začínají rozvíjet optické systémy s nižšími výrobními náklady a dostatečnou kvalitou přenosu dat na kratší vzdálenosti, které využívají místo standardních křemenných optických vláken mnohavidová plastová optická vlákna s průměrem jádra 980 pm a průměrem pláště 1000 pm označovaná POF, Plastic Optical Fiber, kde přenos dat probíhá na vlnové délce 650 nm. Některé tyto systémy jsou již komerčně dostupné a jsou instalovány například do kanceláří menších a středních firem a do nových automobilů. Předpokládá se, že tyto systémy najdou uplatnění i v leteckém průmyslu. Pro tyto nové systémy bude potřeba vyvinout nové struktury, které budou sloužit k distribuci optických signálů. Základní a klíčovou fotonickou strukturou, která je používaná ve všech optických sítích je optická Y rozbočnice, která slouží k rozdělení optických signálů.

Integrované optoelektronické děliče optického výkonu rozdělují optický signál pomocí Y větvení nebo v případě jednovidových vlnovodů lze rozdělení optického signálu provést pomocí struktury s mnohavidovou interferencí. V případě Y větvení není struktura vlnově selektivní a v případě optického děliče s mnohavidovou interferencí struktura pracuje jen s velice úzkou spektrální šířkou. Spektrální dělení optického signálu je prováděno pomocí struktur s vlnovými děliči WDM, Wavelength Division Multiplex, kde je rozdělení signálu zajištěno pomocí spektrálně selektivních optických mřížek. Další možností jak provést vlnové děleni signálu je použít struktury s tenkovrstvými filtry TFF, Thin Film Filter. Všechny tyto struktury pracují s jednovidovými vlnovody. Další možností je využít struktur, které pracují na principu mnohavidové interference. Zde je, interferenční část multivodová, ale vstupní a výstupní optický signál musí být opět jednovidový.

Doposud byly popsány jen optické planámí struktury, které umožní rozdělit jeden optický signál z POF vlnovodu do dvou nebo čtyř výstupních POF vlnovodů. Tyto struktury nejsou vlnově selektivní, a tedy rozdělují přenášený optický signál bez vlivu na spektrální charakteristiku. Tyto vlnově neselektivní struktury byly realizovány na základě dvou principů.

-1 CZ 25454 Ul

V prvním případě byla do substrátu, kterým je kov nebo polymer, vytvořená pomocí CNC gravírování Y drážka a na vstup a na výstup byly připojeny POF vstupní/výstupní vlnovody. Na závěr byla na tuto strukturu připevněna homí krycí vrstva, která je ze stejného materiálu jako substrát. Přesný tvar Y drážky je navržen pomocí počítačové simulace za použití specializovaných programů tak, aby se optický signál šířil co možná s nejnižšími ztrátami optického výkonu, a aby byl dělicí poměr optického výkonu ve výstupních vlnovodech symetricky rozdělen. Signál je pak přenášen v uzavřené Y drážce ze vstupního POF vlnovodu do výstupních POF vlnovodů přes Y drážku.

V druhém případě je opět pomocí CNC gravírování vytvořena do polymemího substrátu z polymeru PMMA Y drážka, do které jsou pak vloženy vstupní a výstupní POF vlákna. Po vložení těchto vláken je Y drážka zalita vlnovodnou vrstvou, která je pak vytvrzena pomocí UV světla. Na závěr je připevněna homí krycí vrstva, která je ze stejného materiálu jako substrát. Opět je tvar Y drážky navržen pomocí specializovaného softwaru tak, aby se signál šířil co s nejvyšší účinností.

Tyto popsané a známé struktury nejsou tedy vlnově selektivní, a tedy rozdělují přenášený optický signál bez vlivu na spektrální charakteristiku. V případě mnohavidových vláken POF (980/1000 pm) doposud nebylo spektrální dělení optického signálu popsáno.

V současnosti jsou již komerčně dostupné optické vláknové mnohavidové rozbočnice pro POF vlákna s dělicím poměrem 1x2, například struktura od fy VELICKOV Engineering. Dále byly prezentovány POF rozbočnice vyrobené pomocí fuzní technologie a také bylo publikováno několik prací s popisem planámích mnohavidových optických struktur, které umožní připojení pomocí standardních POF vláken. Všechny tyto prezentované mnohavidové struktury s POF vlákny, ale nejsou vlnově selektivní a přenáší tedy stejné spektrum optického signálu ve všech výstupních vlnovodech.

Podstata technického řešení

Výše uvedené nedostatky odstraňuje optická planámí mnohavidová POF rozbočnice tvořená vstupním POF vláknovým vlnovodem, který je připojen na vstupní kanálkový vlnovod tvořený vrstvou NOA v substrátu z polymeru PMMA. Vstupní kanálkový vlnovod je přes taperovaný kanálkový vlnovod z polymeru NOA, který se rozšiřuje ve směru šíření optického signálu, vyústěn do levého a pravého kanálkového vlnovodu ve tvaru S, které jsou tvořené rovněž z vlnovodné vrstvy NOA. Podstatou nového řešení je, že na konci levého kanálkového vlnovodu je vložen první polymemí barevný filtr s propustností pro vlnové délky v oblasti 650 nm a za ním je zařazen první výstupní vláknový POF vlnovod. Obdobně je na konci pravého kanálkového vlnovodu vložen druhý polymemí barevný filtr s propustností pro vlnové délky v oblasti 532 nm a za ním je zařazen druhý výstupní vláknový POF vlnovod.

Výhodou tohoto řešení je, že umožňuje přenos dvou kanálů a tedy dvojnásobně zvyšuje přenosovou kapacitu soustavy.

Objasnění výkresů

Příklad provedení topologie optické planámí mnohavidové POF rozbočnice podle předkládaného řešení je uveden na přiloženém výkrese.

Příklady uskutečnění technického řešení

Topologické schéma optické planámí mnohavidové POF rozbočnice je uvedeno na přiloženém výkrese. Tato planámí mnohavidová POF rozbočnice je tvořená vstupním POF vláknovým vlnovodem i, který je připojen na vstupní kanálkový vlnovod 2 tvořený vrstvou NOA v substrátu 3 z polymeru PMMA. Vstupní kanálkový vlnovod 2 je přes taperovaný kanálkový vlnovod 4 z polymeru NOA, který se rozšiřuje ve směru šíření optického signálu, vyústěn do levého kanálko-2CZ 25454 Ul vého vlnovodu 5 a do pravého kanálkového vlnovodu 6. Tyto kanálkové vlnovody 5 a 6 mají tvar S a jsou vytvořeny rovněž z vlnovodné vrstvy NOA. Na konci levého kanálkového vlnovodu 5 je vložen první polymemí barevný filtr 7 s propustností pro vlnové délky v oblasti 650 nm. Za ním je zařazen první výstupní vláknový POF vlnovod 9. Na konci pravého kanálkového vlnovodu 6 je vložen druhý polymemí barevný filtr 8 s propustností pro vlnové délky v oblasti 532 nm a za ním je zařazen druhý výstupní vláknový POF vlnovod 10.

Polymemí barevné filtry tedy množní selektivní rozdělení optického signálu. První polymemí barevný filtr 7 umožní průchod optického signálu o vlnové délce 532 nm a zabrání průchodu signálu o vlnové délce 650 nm. Druhý polymemí barevný filtr 8 umožní průchod optického signálu o vlnové délce 650 nm a zabrání průchodu signálu o vlnové délce 532 nm. Přesné spektrální rozdělení optického signálů je dáno spektrální charakteristikou použitých filtrů.

Optické planámí vlnovody se skládají z vlnovodné vrstvy, substrátu a homí krycí vrstvy. Aby optický signál byl veden vlnovodnou vrstvou, tak hodnota indexu lomu vlnovodné vrstvy musí být vyšší než hodnota indexu substrátu i než hodnota indexu lomu krycí vrstvy. V uvedeném příkladu je substrát 3 a homí krycí vrstva tvořena polymerem z PMMA a jako vlnovodná vrstva je použito UV lepidlo NOA. Pro vlnovou délku 650 nm se hodnota indexu lomu vrstvy NOA pohybuje v rozsahu od 1,55 do 1,625 a hodnota indexu lomu vrstvy PMMA je přibližně 1,485, a tedy index lomu vlnovodné vrstvy NOA je vyšší než hodnota indexu lomu PMMA, což znamená, že požadovaná podmínka pro optický vlnovod je splněna.

Průmyslová vvužitelnost

Předkládané řešení je využitelné pro rozdělení optického signálu, který přenáší datovou informaci standardním POF vláknem. Struktura umožňuje selektivní rozdělení dvou přenosových kanálů o vlnových délkách 532 nm a 650 nm. Tohoto může být využito při distribuci signálu na kratší vzdálenosti jak v optických sítích v malých firmách, tak například v automobilech. Použití dvou přenosových kanálů umožňuje dvojnásobně zvýšit přenosovou kapacitu přenosové soustavy.

Claims (1)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   1. Optická planámí mnohavidová POF rozbočnice je tvořená vstupním POF vláknovým vlnovodem (1), který je připojen na vstupní kanálkový vlnovod (2) tvořený vrstvou NOA v substrátu (3) z polymeru PMMA a přes taperovaný kanálkový vlnovod (4) z polymeru NOA, který se rozšiřuje ve směru šíření optického signálu, je vyústěn do dvou kanálkových vlnovodů ve tvaru S tvořených opět z vlnovodné vrstvy NOA, a to do levého kanálkového vlnovodu (5) a pravého kanálkového vlnovodu (6), vyznačující se tím, že na konci levého kanálkového vlnovodu (5) je vložen první polymemí barevný filtr (7), s propustností pro vlnové délky v oblasti 650 nm, za nímž je zařazen první výstupní vláknový POF vlnovod (9) a na konci pravého kanálkového vlnovodu (6) je vložen druhý polymemí barevný filtr (8) s propustností pro vlnové délky v oblasti 532 nm, za ním je zařazen druhý výstupní vláknový POF vlnovod (10).