Оптический циркулятор

Оптические циркуляторы, FBG-фильтры

Оптический циркулятор — один из популярных и функционально развитых элементов оптоэлектронной техники (рис. 1). Он имеет несколько (три или более) двунаправленных или однонаправленных портов, связанных друг с другом согласно некоторым правилам. Рассмотрим эти правила на примерах.

Рис. 1. Некоторые варианты построения оптических циркуляторов

Оптический циркулятор, показанный на рис. 1, а, содержит три двунаправленных порта А, В и С. Стрелка на его графическом обозначении указывает порядок взаимодействия портов, а именно:
™ входной сигнал, поступающий в порт А, передаётся циркулятором в порт В;
™ входной сигнал, поступающий в порт В, передаётся циркулятором в порт С;
™ входной сигнал, поступающий в порт С, передаётся циркулятором в порт А.
Все перечисленные действия могут выполняться параллельно.
Существует много вариантов построения циркуляторов. В приведенных далее примерах ограничимся применением схем объединения-разделения сигналов. Так, в циркуляторах, показанных на рис. 1, б, в, использованы такие схемы с одной и двумя тупиковыми ветвями гашения нежелательных сигналов.
Остальные схемы (рис. 1, г — ж) отличаются от рассмотренных числом портов.

Рис. 2. Примеры применения оптических циркуляторов

На рис. 2 показаны примеры применения циркуляторов. В схеме, приведенной на рис. 2, а, линия связи между портом С циркулятора, расположенного слева, и портом В циркулятора, расположенного справа, двунаправленная. Каждый циркулятор разделяет двунаправленный поток данных на два однонаправленных, обслуживая порты Тх (порт передачи) и Rx (порт приёма) устройств 1 и 2.

Схема, показанная на рис. 2, б, представляет собой преобразователь параллельного кода в последовательный. Помимо оптического циркулятора, в ней применён FBG-фильтр (Fiber Bragg Grating — решётка Брэгга). Фильтр в данном примере содержит четыре решётки, каждая из которых настроена на соответствующую длину волны λ1 — λ4.
Каждая решётка выполняет функцию двустороннего зеркала по отношению к сигналу с соответствующей длиной волны и прозрачна по отношению к сигналам с другими длинами волн. Параллельный код на входе преобразователя в представлен коротким импульсом длительностью Т0, содержащим четыре компонентных сигнала с длинами волн λ1 — λ4. Этот импульс передаётся оптическим циркулятором в FBG-фильтр. В соответствии с порядком размещения решёток в конструкции фильтра, сначала отражается световой импульс с длиной волны λ4, затем с длинами волн λ3, λ1 и λ2. Циркулятор последовательно транслирует эти импульсы на выход преобразователя в периоды Т1 — Т4 , как показано на рисунке. Возможно и обратное преобразование, при котором на вход устройства подаётся последовательность сигналов с длинами волн λ2, λ1, λ3 и λ4. При этом сигналы преодолевают разные задержки (первый во времени сигнал преодолевает максимальную задержку, второй — меньшую и т. д.) и прибывают на выход устройства одновременно. Таким образом, на выходе устройства формируется параллельный код.
Ещё один пример применения оптических циркуляторов и FBG-фильтров показан на рис. 3, а . В данном случае на основе этих элементов построен двунаправленный WDM-коммутатор. Он осуществляет параллельную или перекрёстную передачу сигналов в зависимости от их длин волн. Так, поступающий в левый верхний порт оптический сигнал с длиной волны λ1 проходит сквозь коммутатор и передаётся в нижний правый порт, как показано на рис. 3, б. На этом же рисунке показан путь распространения сигнала с длиной волны λ5. Оба сигнала передаются через коммутатор перекрёстно. На рис. 3, в показаны пути параллельного распространения через коммутатор сигналов с длинами волн λ3 и λ7.

Рис. 3. WDM-коммутатор: а — функциональная схема; б, в — пути распространения сигналов