Dispozitive optoelectronice avansate

• Integrated Optics– Optică integrată CIO −Circuite Optoelectronice Integrate − OICs – Optoelectronic Integrated Circuits specifice comunicaţiilor optice

• Dispozitive cu fibre optice − Fiber Optic Components

• CIO integrate împreuna cu diverse componente realizate cu fibre optice

Ghid plan cu stratul de ghidare îngropat

Repartitor cu opt ieşiri ( repartitor x8 ) cu divizoare în Y ( cu două ieşiri )

X din ghiduri stripe pe substrat plan

Etapele de fabricaţie ale ghidului optic cu ‘miez’ îngropat

Miez – Stratul de ghidare a radiaţiei, denumit film de ghidare sau peliculă de ghidare

Alinierea f.o. cu un ghid plan : ideea procedeului

Reprezentare schematică a distribuţiei de putere optică în amplificatorul cu fibră

Controlul automat al nivelului de ieşirea unui amplificator optic cu fibră dopată

( AGC Electro-optic )

AGC – Automatic Gain Control – Controlul Automat al Amplificării

Circuitul AGC nu numai că supraveghează (controlează) puterea optică gene-rată, dar o şi stabilizează (Pout = const. ) reglând continuu puterea de pompaj

Diagrama tranziţiilor pentru Erbiu

Caracteristica amplificare-frecvenţă a unui amplificator cu f.o. dopată cu Er ( caracteristica amplificare – lungime de undă )

Caracteristica amplificare – λ a unui sistem de transmisie

cu mai multe amplificatoare cu fibră dopată

Saturarea caracteristicii de transfer a unui amplificator cu fibră dopată, în funcţie de nivelul puterii optice de ieşire

Puterea optică generată la ieşirea amplificatorului este scoasă din cavitateşi contează în bilanţul energetic ca pierderi ( diminuă inversiunea de populaţie, adică sărăceşte mediul activ de atomi excitaţi ( “pompaţi”, deci inversaţi), prin urmare resursele de amplificare scad când Pout creste.

Diagrama stărilor de energie în amplificatorul Er -Yb

Alte procedee de pompare ( în afara celui codirecţional )

Pompaj în învelis cu laser multi-stripe (arie laser )

Pomparea a două amplificatoare optice cu aceeaşi pompă de energie

Amplificator EDFA insensibil la polaritate

Pompare la distanţă

Sistem intrinsec-robust : căderea unui amplificator din lanţ nu întrerupe transmisia

Calea de măsurare cu OTDRul într-un lanţ de transmisie cu amplificatoare optice

OTDR – Optical Time-Domain Reflectometry – Reflectometrie în domeniul timp ( reflectometrie prin retrodifuzie – Rayleigh back scattering)

Formula Rhodaminei B material cu care se dopează fibra de plastic pentru a deveni mediu activ

( pentru ai conferi capacitatea de a amplifica, CÂŞTIG )

Repartitor activ x 16 cu refacerea nivelului prin amplificare în ghiduri dopate cu Er

Comparaţie Laser / SOA

Schimbător de frecvenţă cu SRS − − Stimulated Raman Scattering

Schimbător de frecvenţă cu FBG – Fiber Bragg Grating

Schimbarea lungimii de undă în mai multe trepte /etaje

Amplificator optic Raman în banda de 1320 nm realizat cu reţele In-Fiber

Dublor de frecvenţă (în lungimi de undă divizor cu 2 ),

pentru obţinerea unei radiaţii albastre din infraroşu (850nm )

Principiul cuplorului rezonant

Omologie : Cuplorul rezonant mecanic

Perioada / distanţele care caracterizează schimbul de puteri în cuplorul rezonant,

depind de lungimea de undă a semnalului transferat

Principiul reciprocităţii

Tipuri clasice de cuploare

Cuplor rezonant cu ghiduri plane

Mai multe divizoare / etaje pentru asigurarea necesarului de ieşiri

Multiplexarea, respectiv separarea lungimilor de undă

Lungimea cuplorului determină factorul de divizare, iar factorul de divizare depinde de λ ; dacă λ este fixat ( 1310 nm, 1550 nm ) ajustând lungimea de cuplaj putem obţine funcţiile din figură (suprapunerea, respectiv separarea) lungimilor de undă).

Divizor în două căi : Y , 1 → 2 sau x2

Cuploare în stea

Cuplor prin fuziune 4 x 4

Cuplor planar multiport

Cuplor multiport

Cuplorul conţine o cavitate în care radiaţia nu e ghidată. Propagare neghidată = (aici) Free Space radiation

Cuplor de 8x8 căi sintetizat din cuploare de 2x2 căi, de 3dB

Divizoare de fascicol cu prisme, cu polarizarea fascicolelor( divizor-polarizator )

Separator de polarităţi folosind un material birefringent

Pentru a avea separare, fascicolul incident trebuie sa cadă pe faţa posterioară a cubului la unghiul Brewster

Birefringenţă : cele două polarităţi sunt refractate la unghiuri diferite faţă de axa optică a cristalului

Funcţionarea izolatorului

Circulator cu patru porţi

Multiplexarea pe o singură fibră a două căi cu propagare în

sensuri opuse, utilizand circulatoare cu trei porţi

Calea de la portul 1 la portul 2 într-un circulator

Calea de la portul 2 la portul 3 într-un circulator

Buclă cu fibră optică

Controler de polaritate cu bucle de fibră

Proiecţie longitudinală Vedere laterală

Controlul polarizării prin compresia fibrei

Lentile cu profil gradat de indice

Reflector cu reţea de difracţie

Profile tipice ale striaţiilor reţelele periodice

Multiplexor cu reţea de difracţie Littrow

WDM cu o oglindă sferică şi reţea de difracţie

Compresor cu reţele de difracţie şi dublă trecere

Îngustarea impulsului luminos cu un compresor cu reţele de difracţie

Reţea de difracţie Bragg

în miezul unei fibre optice : FBG

Principiul unei reţele FBG

Parametrii reţelei

Reflexie cu selectivitate în bandă

în cazul unei reţele FBG

Reţea cu pas variabil

Banda reflectată de reţeaua cu pas variabil

Puterea reflectată în cazul unei reţele cu pasul

puternic variabil, cu apodizare

Întârzierea introdusă la reflexie de o reţea cu pas variabil

Reţea cu striuri înclinate

Fibră FBG cu defazaj unic

Fibră FBG cu multiple defazaje

Variaţia lungimii de undă cu temperatura

Închiderea FBG într-un manşon pentru compensare termică pasivă

Înscrierea FBG pe miezul fibrei optice – tehnica interferenţială

Înscrierea FBG în miezul fibrei folosind mascarea

Aspectul reţelei de difracţie înscrise în miezul fibrei optice

–– In-Fiber-Grating – proiecţie laterală

Router cu ghid optic şi reţele de difracţie Principiul de funcţionare

Router cu reţea periodică

Repartiţia puterii optice în primul FSC

Funcţionarea FSCului de ieşire

Router cu reţea, cu un singur port de intrare

Caracteristica pierderilor de inserţie la un router cu reţea de tip Early, cu 8 porţi

Fiecare lob corespunde unui canal optic

WGR cu placă de intârziere în λ/4 pentru insensibilitate la polaritate

Caracteristicile de transfer în domeniul lungimilor de

undă pentru un FTB ideal şi respectiv un FOB ideal

Caracteristicile de transmisie ale filtrelor acusto-optic şi electro-optic (stânga) şi respectiv a unui lob din caracteristica unui filtru Fabry-Pérot

cu oglinzi cu R=40% (dreapta)

Filtru Fabry-Pérot

Caracteristici de transmisie ale filtrului Fabry-Pérot

Se observă îngustarea benzii de trecere odată cu creşterea reflectivităţii oglinzilor

Conectarea în cascadă a unor filtre Fabry-Pérot cu FSR diferit

Filtru Fabry-Pérot cu oglinzi dielectrice

Filtru acordabil Fabry-Pérot cu fibre optice

FTB – Filtru Trece Bandă realizat cu o fibră FBG

Rezonatoare în inel cu fibră optică

Rezonator în inel cu amplificare

Mutiplexor/demultiplexor WDM bazat pe un filtru dielectric

Comutator optic 1 → 2 căi, digital

Comutator 2 x 2

Circuite în X bazate pe cuploare rezonante

Circuit X, sau “în X”, bazat pe o configuraţie de

Interferometru Mach-Zehnder – MZI

NOLM – Reflector neliniar cu o buclă de fibră optică

Puterea optică de ieşire a unui reflector neliniar NOLM în funcţie de puterea optică de intrare

Rejecţia zgomotului cu un reflector neliniar NOLM

NALM – Reflector neliniar cu buclă de fibră activă ( cu amplificare )

Demultiplexor de semnal TDM – Time-division Multiplexed

Reflector NOLM configurat ca poartă ŞI

Multiplexor pentru injecţie / extracţie de semnal – principiul de funcţionare

Dispozitiv pentru injecţie / extracţie de semnal cu interferometru Mach-Zehnder

Modulator acusto-optic bazat pe difracţia unei reţele Bragg

Modulator acustic / Efectul Debye-Sears

Comutator selectiv in domeniul lungimilor de undă

Filtru acusto-optic acordabil – Structura de bază

Funcţionarea unui filtru acordabil acusto-optic – AOTF

Funcţionarea unui filtru acordabil acusto-optic – AOTF

Modulator de fază electro-optic

Interferometrul Mach-Zehnder

Modulator bazat pe un interferometru Mach-Zehnder

Principiul undei progresive

Modulator cu celulă Pockels

Modulator bazat pe efectul Faraday