Optik Garantilerin Optik Alıcı Signal-to-Noise Orantılı Ölçüdeki Eleştirel Rolü

Modern optik iletişim sistemleri, küresel veri ağlarının arka kemiğini oluşturur, alıcının performansı temel olarak internet için gerekli olan yüksek hızlı, uzun mesafe iletimini sağlar, Telekomünikasyon ve veri merkezi bağlantıları.Bu sistemlerin kalbinde optik alıcıyı yalanlar, gelen ışık sinyalleri elektrik verilere dönüştürmekle görevlendirilmiştir.Bu alıcının performansı temel olarak sinyale indirgeme oranı (SNR) Daha yüksek bir SNR, daha temiz sinyal algılamasını, daha düşük hata oranları anlamına gelir.

Signal-to-Noise Oranlarının Optik Alıcılarda Temelleri

SNR Nedenleri

Herhangi bir optik bağlantıda, bu sinyal gücünün kaynağına oranı olarak tanımlanan sinyal miktarı, alıcının birkaç hatayla şifreleri güvenilir bir şekilde azaltabileceği anlamına gelir; düşük SNR, hataları, yeniden yükleme uyarıları ve en sonunda dijital sistemler için bağlantı sağlar.

Optik Alıcılarda Gürültü Kaynakları

Optik alıcılarda gürültü birkaç fiziksel mekanizmadan kaynaklanır:

  • [FONT:0)Shot gürültü: [Dönemli foton ve elektronların ayrı doğasından sapmalar. Temeldir ve gürültüde daha düşük bir limit oluşturur.
  • [FONT:0) ⁇ gürültü:[Dönetici:[Dönetici:0)) Optik güç çok düşük değilse birçok alıcıda rastgele elektron hareketi tarafından yapılan.
  • [FONT:0)Relative yoğunluk gürültü (RIN): [Dönetici: 0,4] Lazer kaynağının çıktı gücündeki dalgalanmalar nedeniyle, RIN SNR'yi önemli ölçüde bozabilir.
  • [ASE) gürültüyü basitleştirilmiş bir spontan emisyonu (ASE) gürültü: ), bağlantı boyunca optik yükselteçler tarafından üretilen.Bu geniş bant gürültüsü, uzun mesafeli sistemlerde birincil bozulmalardan biridir.
  • [FONT=0)Crosstalk:[Dönetici:[Dönder:) Gürültülü sistemlerde, bitişik kanallardaki sinyaller, alıcıya sızdırılabilir, etkili SNR'yi azaltan müdahale olarak hareket edebilir.

Tüm bu gürültü katkıları tespit edilen sinyal bandına güç katıyor. Fotoğrafdiode doğrudan gürültüyü sinyalin ⁇ bandı dışında kaldırabiliyor, doğrudan istenen sinyal oranını toplam gürültü gücüne yükseltiyor.

Optik Filtreler Nasıl Satın Alılır SNR

Temel ilke basittir: sinyali geçerken gürültü içeren optik filtre blokları istenmeyen dalgalar.Bu ⁇ seçiciliği üç büyük SNR fayda sağlar:

  1. [FONT:0)Out-of-band gürültü reddedilmesi: ASE gürültü, yükselticilerden gelen şoklar ve arka ışık genellikle alıcının optik bantını sınırlandırarak, filtre bu gürültünün çoğunu dedektörlerine ulaşmasını engelliyor.
  2. [FONT:0]WDM kanalı çok karmaşık hale geliyor: Yoğun bir WDM sisteminde, her bir alıcı belirli bir kanaldan çıkarmalıdır.Bir filtre olmadan, fotodiode tüm kanallardan fotoğraf akım üretecek, büyük bir haçlı filtre ayarlayacak.
  3. [FONT:0) sinyal-ASE vuruş gürültünün geri çekilmesi: Bir sinyal ve genişban ASE bir araya geldiğinde, elektrik bantlarındaki gürültü bileşenlerini dövmek, toplam ASE gücü azaltın, alıcının etkili SNR'yi artırmak.

Birçok pratik sistemde, iyi bir optik filtre kullanarak fark ve filtre SNR'de 5-10 dB olabilir, bu da hızla gelişmiş erişim ve kapasiteye sahiptir.

Optik Filtreler ve Uygulamaları

Bandpass Filtreleri

Bandpass filtreleri, alıcı ön uçlarında en yaygın türüdür. Belirli bir dalga boyun eğlendiricileri (geçici) iletirler ve her şeyi başka bir şekilde engelleyebilirler. WDM uygulamaları için filtrenin geçiş bandı genişliği, sinyalin önbellekli genişliğine sahip olmak için yeterince geniş olmalıdır (örneğin, kenar bantları dahil) ve yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte dB'ler tarafından da kullanılabilir.

Notch Filtreleri

Notch filtreleri, diğer birçok kişiyi aktarırken dar bir dalga boyun eğlendirici bir grup engelleyebilir. Örneğin, bir Raman amplifikatör sistemindeki istenmeyen pompa lazer ışığı veya oturma taşıyıcı tonları için de kullanılabilir.Notch filtreleri, yüksek hacimli gürültüyü kaldırmak için de kullanılabilir.

Uzun ve kısa vadeli filtreler

Bu filtreler yukarıdaki tüm dalga dalga dalgalar geçer (uzun uzun süre) veya aşağıda (kısa) bir kesme noktası.Gruplama türleri daha az seçici olsa da, geniş gürültü baskısı gerektiğinde sistemlerde uygulama bulabilirler. Örneğin, uzun süreli bir filtre, sinyalden kısa bir süre boyunca ASE'yi engelleyebilir.

Fabry-Pérot Filtreleri

Fabry-Pérot (FP) interferometrik filtreler iki kısmen yansıtıcı ayna arasında birden fazla yansımaya güveniyorlar.Resonant cavity, yapıcı müdahaleyi tatmin eden sadece yüzeysel olmayan bir ortamda (örneğin, ince film filtrelerini değiştirme) ve sınırlı tutma süresine göre, pastazoelektrik hareketleyici veya mikro-elektromechanical sistemler arasında çok fazla yansımaya güveniyorlar, yeniden yapılandırılabilir ağlarda cazip hale getiriyorlar.

Fiber Bragg Izgaraları (FBG)

Bir FBG, optik bir fiber optik elyafın özüne yazılmış bir periyodik indeks modülasyondur. Dar dalga dalga dalgalarını yansıtır ve diğerlerini iletir.Bir FBG, optik dolaşım filtre ile bir araya gelir - çok dar bir bant geçiş filtresi olarak kullanılabilir - bir fotoğrafçı ve telekomünikasyon önünde ASE gürültüyü kaldırmak için kullanılır.

Dizin Dalga kılavuzlukları (kırklar)

Kahkahalar, farklı seslerin ayrı çıkış limanlarına yol açan entegre cihazlardır.Seks alıcılar / WDM alıcılarının WDM alıcılarının arka kemiğidir. Bir üfürücüler aynı anda onlarca kanala yol açabilirler, her biri mükemmel bir izolasyonla (tipik olarak 30 dB)

Filtre Seçimi için Pratik Değerlendirmeler

Bir alıcı için doğru optik filtre seçmek, birkaç parametre boyunca ticaret-offları içerir:

  • [FONT=0)Center boyun ve bant genişliği:[Dönetici:[Dönetici:0) Sinyal kaynağı ve modulation formatı ile eşleşmeli. 100 GHz kanalı için, 0.4-0.8 nm bant genişliği tipik. çok dar bir filtre, sinyal spektrumunu klipler verebilir, a filtresine neden olabilir.
  • Insertion kaybı: Her dB kaybı, SNR'den doğrudan çıkar, yüksek kaliteli ince film filtreleri <0.5 dB kaybı elde eder, ancak dar bant genişliği genellikle kaybı arttırır.
  • [FONT:0]Out-of-band reddedilmesi: ASE ve bitişik kanalları etkili bir şekilde bastırmak için >30 dB olmalıdır.Inadequate reddedilmesi gürültüyü sınırlayan SNR iyileştirmesini sınırlandırmaya olanak sağlar.
  • Polarization- independent lost (PDL): Polarizasyon ile filtre kaybında Variations sinyal fading. Modern filtreler PDL'yi <0.1 dB'ye en aza indirebilir.
  • [FONT:0]Temperyatür istikrarı: [Dönetici: [Dönetici:0] Merkezi dalga sıcaklığı ile geçişler (tipik olarak ~1-2 pm/°C ince film filtreleri için). Kontrolsüz ortamlarda, bu sürüklenme, performansı azaltan filtreyi yanlışlayabilir.
  • [FONT:0]Cost ve form faktörü:[Döntilmiş Basit kaplama filtreleri ucuz; entegre üfürücüler veya FP filtreleri daha pahalıya mal olur, ancak daha yüksek performans veya esneklik sunar.

[FONT:0) Sistem tasarımcıları[Döneticileri # 1], filtre yanıtları dahil olmak üzere son uç uç bağlantıyı simüle etmek zorunda kalır, kombine SNR'nin sistem gereksinimleriyle karşı karşıya olduğunu doğrulamak için. genellikle bir koarse uzun geçiş filtresi ve iyi bir bandpass filtresinin en iyi dengesini verir.

Sistem Performansı Üzerine Gerçek Dünya Etkisi

Uzun ve Denizaltın İletim

Deniz kablolarında, yükselteçlerin yüzlerce kilometre uzakta olduğu yerde, ASE gürültü sinyaline hükmedebilecek seviyelere ulaşır. Her bir alıcıda (veya kanal içindeki yükselteçler) SNR'yi 6000 kmdan fazla süre önce sürdürmelerine izin verir. Örneğin, 10 Gb /s kanalda çalışan tipik bir 80 kanal DWDM sistemi, SNR'yi% 30-50'ye kadar uzatma işlemi gerektirir.

Data Center Interconnects

Modern veri merkezleri, bağlantı kapasitesini artırmak için paralel optik ve WDM kullanır. Alıcıda, optik bir filtre bankası (örneğin SAB) gelen sinyalini sınırlandırır. Filtre tarafından sağlanan kanallar arasındaki izolasyon doğrudan PAM4 veya koherent modunu belirlerken, 20 dB izolasyonu olan bir filtre daha da artar.

Coherent Alıcıları

Eş zamanlı algılamada, optik filtre, optik bant genişliğini sınırlamak için 90 derece hibrit ve dengeli fotodiodes'un optik bant genişliğini sınırlaması ve sinyal imzalı vuruş gürültü oranını artırmak için toplam ASE yüklerini azaltır. Ek olarak, dar filtreleme yerel oscillator'un kendi gürültüyü bastırabilir.

Ücretsiz Uzay Optik İletişim

Ücretsiz uzay optik (FSO) bağlantıları arka plandan güneş radyasyonu muzdariptir. Alıcıda dar optik filtre olmadan, güneş ışığı lazer sinyalini boğulabilir. FSO alıcıları genellikle çok dar bant geçiş filtrelerini (0.1-0.5 nm) eğimli yüksek çözünürlükte merkezi olarak çalıştırılır, 30-40 dB parlak gün ışığında SNR iyileştirmelerine ulaşır.

SNR için Optik Filtreleme Trendleri

Veri oranları arttıkça, filtre teknolojisi daha sıkı gereklilikleri karşılamak için evrimmelidir:

  • [FONT=0)Fotoğraflar entegre devre (PIC) filtreler: Mikro-ring resonatörler, Mach-Zehnder interferometreler ve Bragg granüller silikon veya InP platformlarında imal edilmiş ultra-kompakt, wafer-scale filtre dizileri ile entegre edilebilirler.
  • [[Dönemli filtreler hızlı yanıt ile kullanılabilir: Yazılım tanımlı ağlar mikrosaniyelerdeki kanallar arasında geçiş yapabilecek filtreler gerektirir. MEMS-tunable filtreler ve sıvı kristaller silikon (LCoS) elementler yüksek tükenme oranları ile hızlı ayarlanır.
  • [FONT:0)Makine öğrenme-aktif filtre optimizasyonu: SNR koşullarını ölçen Adaptif filtreler dinamik kanal yükleme ve gürültü ortamları altında performansa en üst düzeye ulaşabilir.
  • [FONT=0) Yüksek sipariş 2+0s ve Interearrs:[Döneticileri) 50 GHz veya hatta 25 GHz ile birlikte, filtrelerin daha keskin bir roll-offları olması gerekir. Interleaver teknolojisi (örneğin, kuş kristalleri veya fiber tabanlı Michelson interferometreler) iki interloke siyonlu ss, bir koarser ızgara ile her biri, daha sonra damultiplexers üzerinde filtre gereksinimlerine sahip olabilir.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Optik filtreler sadece pasif bileşenler değildir - WDM ağlarında yüksek performanslı optik alıcılar tarafından, gürültüyü engellemeye çalışırken sinyal spektrumlarını seçici olarak geçirirler ve FSO'da filtrelerini etkin bir şekilde yükseltirler ve doğrudan sistemle tanışma oranlarına ulaşırlar.

Optik gürültü mekanizmaları ve SNR analizi hakkında daha fazla okuma için, bkz.Düzdüşük Filtreler:0)Ferz Photonics Encyclopedia - Signal-to-noise oranı) · ince film optik filtreler üzerinde ayrıntılı özellikler için, WDM (2022) [Döntmeler:2|paratorluklar)[Döneticileri için tıklayınız; WDMÜcretsizler için filtre teknolojilerinin mükemmel bir teknik bakış açısına sahip olun.