Технологии изготовления CWDM мультиплексоров

CWDM (пер. CoarseWavelengthDivisionMultiplexing – грубое уплотнение с разделением по длине волны) – технология, позволяющая организовать до 9 дуплексных оптических каналов передачи по одному волокну. Стандарт подразумевает использование 18 длин волн с шагом в 20 нм в диапазоне 1271-1611 нм, принципиальная схема организации 4-ех дуплексных CWDM каналов показана на картинке ниже:

Отличительной особенность технологии является то, что волны располагаются в разных оптических диапазонах – начиная с диапазона О (1271 нм) и заканчивая диапазоном L (1611 нм), это означает, что:

• Километрическое затухание для каждого канала будет разным, а, следовательно, на протяженных многоканальных линиях следует внимательно подходить к вопросу энергетического бюджета системы, так как усиление каналов не представляется возможным (за исключением трудоемкой 3R регенерации).

• Каналы диапазона Е попадают под поглощение «водяного пика», поэтому данные каналы стоит учитывать только если используется волокно G.652 C/D с подавлением затухания в данном окне (пунктирная линия на картинке)

• Накопляемая хроматическая дисперсия в S,C,L диапазонах накладывает ограничения на дальность передачи для 10G каналов, для этого следует подбирать соответствующие оптические модули разработанные на нужную дальность передачи.

Оптические трансиверы CWDM

Оптические трансиверы CWDM имеют широкий спектр форм-факторов (SFP,SFP+,XFP и тд.), рассчитанные на скорости 1.25 Гбит\с, с дальностью передачи до 150км, и  10 Гбит\с, до 80 км.

Каждый модуль работает в двуволоконном режиме, в отличии от обычных WDM трансиверов, приемник которых может принимать сигнал в узком спектре, фотодиод CWDM модуля является широкополосным, что с одной стороны делает систему более гибкой, а с другой требует дополнительное использование фильтров для выделения нужного канала для его дальнейшего детектирование приемником. Вышеупомянутые фильтры является компонентами любого CWDM мультиплексора о которых будет рассказано ниже.

Изготовление CWDM мультиплексоров

Главным компонентом любой оптический сети с разделением по длинам волн CWDM является оптический мультиплексор, позволяющий уплотнить несколько независимых оптический каналов с разными длинами волн в одно оптическое волокно, и оптический демультиплексор, выполняющий противоположную функцию – разделяет комплексный сигнал CWDM на отдельные каналы для их дальнейшего вывода из сети.

Как правило, мультиплексор и демультиплексор производятся в одном корпусе, это связано с конструктивными особенностями изготовления устройства. В данной статье пойдет речь о технологиях изготовления CWDM мультиплексоров\демультиплесоров.

На данный момент широко распространены два метода изготовления:

• На основе каскадирования тонкопленочных фильтров-TFF (CWDM)

• С использованием планарных технологий (CCWDM, Mini-CWDM)   

Изготовление CWDM MUX на основе каскадирования тонкопленочных фильтров

FTT-фильтр предназначен для пропускания сигнала определённого спектра и отражения сторонних сигналов, не входящих в рабочий диапазон фильтра.

Создается на основе Резонатора Фабри-Перо (РФП) c боковыми зеркалами толщиной λ/4 и малой толщиной активного слоя d между ними. В зависимости от количества зеркал, коэффициент отражения может изменяться от 0,9 до 0,99

Каждый фильтр работает следующим образом: оптический сигнал на частоте, соответствующей одной из длин волн частотной сетки CWDM может передаваться между портами фильтра Pass и Com. Остальные длинны волн диапазона CWDM между данными портами не передаются, т.е. фильтруются и передаются между портами Reflection и Com. Порты Pass и Reflection изолированы относительно друг друга, оптический сигнал между ними не передается.

На рисунке ниже показан восьмиканальный оптический мультиплексор, представляют собой цепочку каскадно-соединенных TFF-фильтров, каждый из которых предназначен для работы с определённым каналом, последовательное соединение вывода COM с соединением Ref последующего фильтра позволяет наращивать емкость системы до нужного количества каналов (λ).   

Как говорилось ранее мультиплексор и демультиплексор чаще всего изготавливают совместно в одном корпусе, принципиальная схема одноволоконного мультиплексора\демультиплексора показана ниже. Схема состоит из двух частей, разделение трактов приема и передачи производится благодаря FWDM фильтра, делается это исходя из того, что каждый фильтр вносит потери в общий сигнал, а каскадное соединение 16-ти фильтров может внести суммарные потери около 5-6 дБ. Левая сторона отвечает за демультиплексирование каналов, где используются фильтры, настроенные на длины волн передатчиков удаленной стороны, а с другой стороны цепочка фильтров для мультиплексирования каналов работающих в диапазоне длин волн подключаемых передатчиков.

Двуволоконные мультиплексоры принципиально не отличаются от одноволконных, их конструктивное изменения заключается в том, что каскады мультиплексирования и демультиплексирования подключаются к разным выводам - волокнам, а не совмещены в один через FWDM фильтр.

Это позволяет использовать одно волокно для передачи, а второе для приема каналов, при чем есть возможность организовать дуплекс на одной и тоже длине волны, так как физически тракты передачи между собой не пересекаются, а приемник любого модуля широкополосный. Для этого достаточно иметь двуволоконный MUX закомплектованный нужными фильтрами, либо данную схему можно реализовать с использованием нескольких одноволоконных MUX с каждой стороны, как показано на картинке ниже. Здесь на каждой стороне используется мультиплексор для объединения каналов и демультиплексор для их разделения.

OADM(пер. Optical Add-Drop Multiplexer - Оптический мультиплексор ввода/вывода) оборудование такого типа применяется, когда между терминальными точками требуется вывести\ввести дополнительные каналы в промежуточном пункте. Мультиплексор OADM состоит из тех компонентов, что и обычный терминальный MUX. Под требуемую задачу соединяются TFF фильтры нужного рабочего диапазона, порты COM и Ref подключаются к линии таким образом, чтобы нововведенный канал был направлен к нужному терминальному мультиплексору.   

Коробочное исполнение, как правило, изготавливается под заказ, так как вариация конфигурации данного устройства очень широка, каждому клиенту требуется вывести или ввести разное количество каналов на определённых длинах волн в одном или двух направлениях.

Создать мультиплексор ввода\вывода можно «своими руками», известно, что OADM это обычное соединение CDWM фильтров в нужном направлении с нужным рабочим диапазоном, CWDM-фильтры можно приобрести отдельно и последовательно сварить по ранее разработанной схеме. 

  

Изготовление CWDM MYX с использование планарных технологий

Второй метод мультиплексирования каналов также основывается на использовании тонкоплёночных фильтров TFF, но отличаем является то, вместо каскадирования TFF используются планарные технологии, функцию селективности выполняет коллимирующая линза, которая пропускает нужный канал и отражает остальные в направлении последующего фильтра.

Миниатюрные размеры корпуса таких мультиплексоров составляют порядка(ШхГхВ) 5х5х0.6 см, а вносимые потери для каждого канала одинаковые, в отличии от предыдущей технологии, когда с каждым каскадом фильтра вносились дополнительно 0.2 дБ для всего общего сигнала. Вносимые потери CCWDM 1x16 менее 2.5 дБ, а 1х18 менее 3.3 дБ    

Это позволяет более эффективно использовать оптический бюджет CWDM приёмопередатчиков на больших пролетах магистральных линий связи.