התפקיד הקריטי של מסננים אופטיים ב- Optical Acceptr Signal-to-Noise Ratio

מערכות תקשורת אופטיות מודרניות מהוות את עמוד השדרה של רשתות נתונים גלובליות, המאפשרות שידור מהיר, למרחקים ארוכים הנדרש לאינטרנט, תקשורת וחיבורי מרכז נתונים. בלב המערכות האלה הוא המקלט האופטי, המופקד עם המרת אותות אור נכנסים חזרה לנתונים חשמליים.הביצועים של המקלט נשלטים באופן בסיסי על ידי יחס האות-ל-לא-מסונג (NRS) גבוה יותר, כלומר, מנפחים את השגיאה אופטית יותר, כלומר, לעתים קרובות יותר, תחת פילטרים יותר, כלומר, כלומר, כלומר, שימוש יעיל יותר.

יסודות אותות - עד רעש Ratio ב- Optical Acceptrs

למה SNR Matters

בכל קישור אופטי, האות המועבר מצטבר רעש מהמקור, הסיבים, והמקבל עצמו.תפקידו של המקלט הוא להבחין בין אות הנתונים האמיתי מרעש רקע זה.SNR, המוגדר כיחס של כוח אות לכוח רעש, לכמת את היכולת הזאת.SNR גבוה פירושו שהמקבל יכול בקלות לפענח פיסות קשורות עם כמה טעויות; SNR נמוך מוביל לשגיאות, רציפות, ובסופו של דבר דיספנימיות, הן בעלות ערפל גבוה (SNR) הוא בדרך כלל, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, בדרגה גבוהה, היא נמוכה, היא נמוכה, היא בדרך כלל, היא בעלת דיספס, היא נמוכה, היא נמוכה, היא דיסייקטציה של 15 דיסורד, היא נמוכה, כלומר, בדרך כלל, בדרגה 15 נקודות שגיאה (SNR) בדרגה גבוהה, היא נמוכה, כלומר, בדרגה גבוהה, ב-SNR) ב-SNR) בדרגה של מערכות דיספס, בדרך כלל, בדרך כלל, בדרך כלל, בדרגה גבוהה, היא נמוכה, היא נמוכה, היא נמוכה, היא נמוכה, כלומר, בדרך כלל, ברזולוציה של דיסבייטבייטבייטבייטבייטבייטבייטבייטבייטבייטבייטבייט (SNR)

מקורות רעש ב- Optical Acceptrs

רעש במקלטים אופטיים מקורו ממספר מנגנונים פיזיים:

  • (ב) ⁇ :0) רעש חם: 1 (Arise) Arises from the disrete nature of photons andאלקטרונים.It is Basic and set a low Limit on noise.
  • (ב) ⁇ :0) רעשי הירומל: 1FLT יוצר על ידי תנועה אלקטרונית אקראית במרכיבים מנוגדים.
  • (ב) רעש אינטנסיביות (RIN): ראט'רל 1 (RIN): נגרר על ידי תנודות בכוח הפלט של מקור לייזר.
  • (FLT:0) פליטה ספונטנית מוגברת (ASE) רעש: אנדרט 1 שהופק על ידי מגבר אופטי לאורך הקישור.רעש פס רחב זה הוא אחד ההדבקות העיקריות במערכות ארוכות-החלל.
  • (FLT:0Crosstalkir: 1FLT) במערכות מרובות-ראייה באורך גל (WDM), אותות על ערוצים סמוכים יכולים להדליף לתוך המקלט, מתנהג כהפרעה המפחיתה את יעילות SNR.

כל התרומות הרעשיות הללו מוסיפים כוח ללהקת האותות המזוהה.אני מסנן אופטי שמוצב ישירות לפני הצילום יכול להסיר רעש מחוץ ללהקה ספקטרלית של האות, שיפור ישיר ביחס של אות הרצוי לרעש מוחלט.

כיצד פילטרים משפרים את מקבלי ה-SNR

עקרון הליבה הוא פשוט: מסנן אופטי חוסם אורכי גל לא רצויים המכילים רעש תוך העברת האות.סלקטיביות ספקטרלית זו מספקת שלושה יתרונות עיקריים של SNR:

  1. (FLT:0Out-of-band דחייה:FreaLT:1) רעש ASE, פליטות מעוררות מגבר, ואור רקע מתפשטים לעתים קרובות על פני ספקטרום רחב.על ידי הגבלת רוחב הפס האופטי של המקלט, המסנן מונע הרבה רעש זה להגיע לגלאי.
  2. (FLT:0WDM ערוץ demultiplexing:BuildFLT) 1 במערכת WDM צפופה, כל מקלט חייב לבחור ערוץ גל ספציפי.ללא מסנן, photodiode יפיק photocurrent מכל הערוצים, יצירת צלב מסיבי. להקה מסונן לתקשורים הרצויים דוחה שכנים, שחזור גבוה SNR.
  3. (FLT:0) ניכוי רעש: ההרחבה 1 (ASE) כאשר אות ופס רחב ASE מזוהים יחד, הם מייצרים רכיבי רעש בתוך רוחב הפס החשמלי. Narrower אופטי מסנן מפחית את כוח ASE הכולל, חיתוך תקופת הרעש הפעימה ולהגדיל את טווח הרעש היעיל של המקלט SNR.

במערכות מעשיות רבות, ההבדל בין שימוש במסנן אופטי טוב-מחשבן, ואין מסנן יכול להיות 5-10 dB ב SNR, אשר מתורגם כדי לשפר באופן דרמטי את התפוקה ואת היכולת.

סוגים של מסננים אופטיים ויישומים שלהם

מסנני בנדק הם הסוג הנפוץ ביותר ב- קדמית המקלט.הם משדרים טווח ספציפי של אורכי גל (הפס Passband) וחוסנים כל דבר אחר.עבור יישומים WDM, רוחב פס המעבר של המסנן חייב להיות רחב מספיק כדי להתאים את רוחב הספקטרום של האות (כולל צדי מודולציה) ובלבד מספיק כדי לא לכלול ערוצים סמוכים.

מסננים

מסננים נוטרים להקה צרה של אורכי גל תוך העברת רוב האחרים.הם שימושיים במקלטים אופטיים כדי לדכא קווי התערבות ספציפיים - למשל, אור לייזר משאבה לא רצוי במערכת מגבר ראמן או אסיונים של ספקים מקומיים. מסננים נוטרצ' יכולים גם להיות מועסקים כדי להסיר אזורים ספקטרליים מזוהמים על ידי רעש רגיש גבוה, שיפור ה-SNR המצויד ב-spectrals סמוכים.

פילטרים ארוכים וקצר-pass

מסננים אלה עוברים את כל אורכי הגל לעיל (טווח ארוך) או מתחת (קיצור-pass) נקודת חיתוך. בעוד פחותסלקטיבית מסוגי פס, הם מוצאים יישום במערכות שבהן נדרש דיכוי רעש רחב.לדוגמה, מסנן ארוך טווח יכול לחסום ASE קצר גל קצר מגבר תוך העברת האות.

פברי-פרייזר מסננים

פברי-פוזי (FP) מסננים אינטרפרומטריים מסתמכים על השתקפות מרובה בין שתי מראות רפלקטיביים חלקית.הכוח המהדהד משדר רק אורכי גל המספקים התערבות קונסטרוקטיבית. FP מסננים מציעים טונה על ידי שינוי אורך הצלעות (למשל, אלא אם כן מנגנונים אדזואלקטריים או מערכות מיקרו-אלקטרוניקה), מה שהופך אותם אטרקטיביים ברשת נקייה, לעומת ספקטרום, עם פשטנית (אך, עם פשטנית) המוגבלת, עם פשטות, עם פשטות, עם פילטרים (אך, עם פשטות מוגבלת) פשטות, עם פשטות, עם פילטרים (אך ורק פשטנית).

סיבים Bragg Gratings (FBGs)

FBG הוא מודולציה אינדקס תקופתי שנכתבה לתוך הליבה של סיבים אופטיים.זה משקף להקה צרה של אורכי גל ומעביר אחרים.ב המקלט, FBG בשילוב עם מפיץ אופטי יכול לשמש מסנן מאוד צר מאוד של פסים - לעתים קרובות כדי להסיר רעש ASE מול תמונה בינונית שלהם רוחב פס צר (למטה עד 10-50) הוא אידיאלי עבור גבוה מאוד סמנן פסים מאוד, אבל הם דורשים סיבים רגישים דלקת ריאות.

המונחים: aWGs

AWGs הם מכשירים משולבים Planar כי נתב אורכי גל שונים כדי יציאות פלט נפרדים.הם לתפקד כמו מספר גדול שלxers /demultiplexers ב WDM מקלטs. AWG יכול בו זמנית demultiplex עשרות ערוצים, כל אחד מצופה תמונה אישית עם בידוד מעולה (בדרך כלל > 30 dB בין הערוצים הסמוכים). AWGs הם חזרה של מעמודי מקלט מודרניים ומרכזי נתונים ארוכים ו- WD.

שיקולים מעשיים לבחירת מסנן

בחירת מסנן אופטי הנכון עבור מקלט כרוך חילופי סחר על פני כמה פרמטרים:

  • (FLT:0Center גל אורך ורוחב הפס: FLT:1 חייב להתאים את מקור האות ואת פורמט Modulation. עבור 100 GHz ערוץ ספאcing, מסנן עם רוחב פס 0.4-0.8 nm הוא טיפוסי.
  • אובדן חזק>התמדה: כל dB של אובדן מפחית את עוצמת האות שמגיעה לתצלום, ישירות subtracting מ SNR. פילטרים די-סרטונים איכותיים להשיג <0.5 dB אובדן, אבל רוחב פס צר יותר לעתים קרובות מגביר את אובדן.
  • (ב) דחיית הדחייה:0Out-of-band: FLT:1 צריך להיות >30 dB כדי לדכא ביעילות ASE וערוצים סמוכים. דחייה בלתי צפויה מאפשרת לרעש להדליף באמצעות, הגבלת שיפור SNR.
  • אובדן תלוי ב-PDL (PDL): שינויים> באובדן מסנן עם קיטוב קלט יכול לגרום לקידוד אותות.פילטרים מודרניים ממזערים את PDL ל <0.1 dB.
  • (FLT:0) יציבות Temperature:FLT:1 מרכז שינויים אורך גל עם טמפרטורה (בדרך כלל - 1-2pm / C עבור מסננים סרטניים דקים) בסביבה לא מבוקרת, סחף זה יכול להטעות את המסנן עם האות, צמצום הביצועים. Athermal עיצובים או ייצוב פעיל להקל על זה.
  • (FLT:0) Cost וגורם צורה: FLT:1ir פשוט מסננים מצופים הם זולים; משולבים AWGs או טוטלי טונה FP מסננים עולה יותר אבל מציעים ביצועים גבוהים יותר או גמישות.

(FLT:0 Systems DesignersherFLT:1) חייב לדמות את הקישור מקצה לקצה, כולל תגובה מסנן, כדי לאמת כי ה-SNR המשולב עונה דרישות המערכת.לעתים קרובות קערה של מסנן ארוך קוארזה ופילטר דק של רצועת מגן מספק את האיזון הטוב ביותר של דחייה ועלות.

השפעה אמיתית על ביצועי מערכת

Long-Haul ו- Submarine Transmission

בכבלים מתחת למים, שבו מגברים הם במרחק של מאות קילומטרים בנפרד, רעש ASE מצטבר לרמות שיכולים לשלוט האות. מסנן אופטי צר בכל מקלט (או בתוך מגברי קו) חותך את כוח ASE המצטבר, ומאפשר אותות לנוע רחוק יותר לפני צורך התחדשות.ללא מסננים, מקסימום להגיע להפחתה של 30–50%, לדוגמה, טיפוסי 80-Wערוץ D6000 מ"מ דורש מעל 10.

מרכז המידע אינטרק

מרכזי נתונים מודרניים משתמשים באופטיקה מקבילה ו- WDM כדי להגדיל את יכולת הקישור. at the המקלט, בנק מסנן אופטי (לעתים קרובות AWG) מרתיע את האות הנכנס.הבידוד בין הערוצים המסופקים על ידי המסנן קובע ישירות את עונש הצלב. A מסנן עם 30 dB בידוד מוסיף רק -0.2 dB SNR עונש, בעוד מסנן עם ד"ר יכול להטיל >1b, 000 / מהירויות נוספות, כמו גם כדי להגדיל את דרישות קרינת GRE / מהירויות נוספות.

קבלנים

בגילוי קוהרנטי, מסנן אופטי ממוקם לפני ה-90 מעלות היברידית ומאוזנת photodiodes להגביל את רוחב הפס האופטי.זה מקטין את העומס הכולל ASE על הגלאים ומשפר את יחס הרעש של פעימות האות לחתימה.בנוסף, סינון יכול לדכא את רעש האינטנסיבי של אוסטור המקומי.

תקשורת אופטית חופשית לחלל

קישורים אופטיים חופשיים (FSO) סובלים מקרינה סולארית רקע.ללא מסנן אופטי צר במקלט, אור השמש יכול לטבוע את אות הלייזר.FSO מקלטים לעתים קרובות מעסיקים מסננים צרים מאוד (0.1-0.5 nm) במרכז אורכי גל משדר, השגת שיפור SNR של 30-40 dB באור יום בהיר.

מגמות עתידיות בסינון אופטי עבור SNR Enhancement

ככל ששיעורי הנתונים ממשיכים להגדיל, הטכנולוגיה המסנן חייבת להתפתח כדי לעמוד בדרישות מחמירות יותר:

  • (FLT:0) מסננים משולבים פוטושופ (PIC): ⁇ FLT:1 מיקרו-ring resonators, מאך-Zehnder interferometers, ו Bragg gratings המוטבע על סיליקון או פלטפורמות InP מציעים קידוד אולטרה-שותף, פילטרים בקנה מידה פילטרים.הם יכולים להשתלב ישירות עם photodiodes, צמצום אובדן וצורה על מנת לקדם את הפחתת הפחתת ה-of-of-of-of-of-band של דחיית יציבות תרמית של פילטרים.
  • (FLT:0 פילטרים בלתי ניתנים לזיהוי עם תגובה מהירה:ראהFLT:1) רשתות מוגדרות תוכנה דורשות מסננים שיכולים לעבור בין ערוצים במיקרו-שניות. MEMS-tunableפילטרים ו גביש נוזלי על סיליקון (LCoS) גורמים לספק כוונון מהיר עם יחס הכחדה גבוה.
  • (FLT:0) Machine Learning-oriented optimization:FreaLT:1 פילטרים הסתגלותיים שמתאימים לצורה הספקטרוםית שלהם בזמן אמת בהתבסס על תנאי SNR נמדדים יכולים למקסם את הביצועים תחת עומס ערוצים דינמיים וסביבות רעש.
  • (FLT:0) Higher-order AWGs ו- interleavers:FLT:1 עבור terabit-class WDM עם 50 GHz או אפילו 25 GHz ספאcing, המסננים חייבים להיות חדים יותר רולים.טכנולוגיית אינטרמבמור (למשל, גבישים דוטרנטים או מפרשי סיבים) יכול לחלק שני צלעות חדות, עם דרישות מעוקבות, כל אחד, על גבי פילטרים, כל אחד, על גבי פילטרים, על בסיס אחר כך, כל אחד, על גבי פילטרים, כל אחד, על בסיס פילטרים, על בסיס פילטרים, על גבי פילטרים, על בסיס פילטרים, על בסיס פילטרים, על בסיס סיבירי, או על גבי ריבועים, או על בסיס סיבירי, כל אחד, עם דרישות מעוקבים, על בסיס סיבירי, על בסיס סיבירי, עם דרישות מעוקבים, עם דרישות מעוקבים, עם דרישות מעוקבים, עם פילטרים, או מתווך, על בסיס סיבירי, או מעוקבים, על בסיס סיבירי, על בסיס סיבירי, על בסיס סיבירי, על בסיס סיבירי, על בסיס סיבירי, או מ

מסקנה

מסננים אופטיים אינם רק רכיבים פסיביים – הם מאפשרים פעילים של מקלטים אופטיים בעלי ביצועים גבוהים.על ידי העברת ספקטרום האות תוך חסימת רעש, ASE, וקרוסטור, הם מעלים ישירות את יחס האות ל-noise אשר קובע מערכת להגיע וקיבולת.מ- פילם דק-סרטים מקיפים את רשתות AWG במרכזי נתונים ולא דרישות מופחתות ב- FSOFSOFSOFSOSTS, כדי לענות על מנת לענות על פילטרים מהירים יותר, כמו גם על מנת לענות על רשתות אופטיים אופטיים אופטיים אופטיים, הן יכולות להמשיך לסינון אופטיים, כמו גם פילטרים, כמו פילטרים אופטיים, כמו פילטרים אופטיים, הן, כדי לענות על מנת לעמוד ב-ידי תיבות של רשתות אופטיים נמוכים יותר, כדי לענות על ידי רשתות אופטיים אופטיים אופטיים, כדי לענות על ידי רשתות אדמירמים אופטיים אופטיים, כדי לענות על ידי מצלמות אבטחה אופטיים אופטיים אופטיים, כדי לענות על ידי רשתות אופטיים, כדי לענות על ידי פילטרים אופטיים אופטיים, כדי לענות על ידי מצלמות אבטחה אופטיים, כדי לענות על ידי פילטרים, הן, הן, כדי לענות על ידי פילטרים, כדי

(ב) לקריאה נוספת על מנגנוני רעש אופטיים וניתוח SNR, ראה:0.RP אנציקלופדיה - יחס אותות-לכאורה (FLT:1) עבור מפרטים מפורטים על מסננים אופטיים דקים, בקר ב-FLT:2Thorlabs - Optical Bandpass Filters (DMLT) לקבלת סקירה טכנית מצוינת של טכנולוגיות מסננים מסוג WDM יכול להימצא ב-D4Fents (OL)