5.8 FILTER

Dalam sistem optik saat ini, filter jarang digunakan atau dibutuhkan. Mereka kadang-

kadangdigunakan di depan LED untuk mempersempit linewidth sebelum transmisi, tetapi dalam

beberapaperan lainnya.

Dalam jaringan WDM yang diusulkan di masa depan, filter akan sangat penting untuk

berbagai keperluan:

Sebuah filter ditempatkan di depan penerima koheren dapat digunakan untuk memilih

sinyal khusus dari berbagai sinyal tiba

Jaringan WDM yang diusulkan yang menggunakan filter untuk mengontrol jalan melalui

jaringan sinyal akan mengambil.

Ada banyak prinsip penyaringan diusulkan dan berbagai jenis perangkat

telah dibangun di laboratorium. Hasilnya adalah bahwa ada banyak jenis aktif,

filter merdu tersedia yang akan menjadi penting dalam jaringan WDM. Ini, seperti

laser, memiliki karakteristik yang lebih luas Anda membuat rentang tuning, semakin lambat

akan tuning waktu.

Penting untuk dicatat bahwa kisi-kisi adalah filter. Memang FBGs mungkin yang paling

filter optik penting dalam dunia komunikasi. Karena pentingnya mereka

mereka dibahas dalam bagian terpisah. Lihat: 5,7, "Difraksi grating" pada

Halaman 206.

5.8.1.1KarakteristikFilter

Ketika mendiskusikan filter ada beberapa konsep yang perlu dipahami.

Selain itu, banyak perangkat yang tidak disebut filter tetap memiliki

karakteristik filter dan harus dipertimbangkan bersama dengan mereka. perangkat tersebut

sebagai switch, modulator, AWGs, kisi multiplexors dll semua bisa dianggap

jenis filter dan memiliki banyak karakteristik filter.

Gambar 189. Karakteristik Transmisi Filter Ideal. Perangkat di sebelah kiri akan berlalu

berbagai panjang gelombang didefinisikan tanpa redaman dan memblokir semua panjang

gelombang lain.ituperangkat di sebelah kanan akan lulus semua panjang gelombang tapi blok

(menyerap atau mencerminkan) kisaran yang ditetapkan.

Dalam dunia yang ideal filter mungkin memiliki karakteristik yang serupa dengan yang

ditampilkan di

Gambar 189. Namun, tidak ada dunia yang ideal. Filter praktis hampir selalu

sangat berbeda dari ideal. Profil dari dua filter praktis ditunjukkan dalam

Gambar 190.

Gambar 190. Karakteristik Transmisi Dua Filter Praktis. Kurva sebelah kiri adalah

karakteristik filter acustooptic atau elektro-optik. Hak-tangan merupakan khas

bentuk node tunggal dari filter Fabry-Perot dengan cermin hanya sekitar 40% reflektifitas.

Karakteristik penting dari filter ini adalah:

Pusat Wavelength

Ini adalah panjang gelombang rata-rata antara dua sisi pita. Hal ini biasanya

dikutip tanpa kualifikasi tapi kadang-kadang mungkin diperlukan untuk mengutip

jarak di bawah puncak di mana pusat diukur.

puncak Wavelength

Panjang gelombang di mana pelemahan filter paling (seperti digambarkan dalam

mencari).

Panjang gelombang nominal

Panjang gelombang dari filter yang dimaksudkan oleh produsen. ini

biasanya dicetak pada bagian luar perangkat. Panjang gelombang pusat nyata adalah

kadang-kadang berbeda.

Bandwidth

Sangat mudah untuk melihat dari bentuk filter kanan bahwa bandwidth

filter akan tergantung banyak pada hanya di mana Anda mengukurnya. Bandwidth

adalah jarak antara tepi filter (dalam nm) pada tertentu yang ditunjuk

jarak di bawah puncak. Jarak ini selalu dikutip dalam dB. sekarang

umum untuk berbicara tentang 1 dB bandwidth bandwith dB 3 atau bahkan

30 dB bandwidth.

Polarisasi juga merupakan faktor penting di sini. Kedua panjang gelombang pusat dan

bandwidth yang sering polarisasi tergantung meskipun karakteristik ini

biasanya dikutip asumsi cahaya unpolarised. Kadang-kadang panjang gelombang pusat dan

bandwidth dikutip sebagai maxima dan minima menunjukkan berbagai variasi

mungkin dengan mengubah polarisasi.

5.8.2 Fabry-Perot Filter (Etalon)

Salah satu filter yang paling sederhana pada prinsipnya didasarkan pada interferometer Fabry-

Perot.ituterdiri dari rongga dibatasi di setiap akhir oleh cermin parsial-perak. Jika

cermin dapat dipindahkan dalam hubungan satu sama lain perangkat disebut

"Interferometer". Jika cermin tetap dalam hubungan satu sama lain (seperti dengan

spacer) maka hal itu disebut "Etalon" .77

Pada prinsipnya ini sama seperti hampir setiap instrumen angin musik

(organ, flute, oboe ...) .78 Ketika kita merangsang kolom udara dalam angin

instrumen, kolom beresonansi pada frekuensi (panjang gelombang) ditentukan oleh

panjang kolom udara dan kecepatan suara di udara dalam

kolom. Panjang gelombang yang dihasilkan adalah sedemikian rupa sehingga jumlah

integral

setengah panjang gelombang harus pas dalam kolom. Faktor-faktor lain seperti

apakah ujung kolom terbuka atau tertutup menyulitkan analogi sehingga

kami akan mengambilnya lagi.

Operasi adalah sebagai berikut:

77 Ini benar-benar versi optik elektronik "mengetuk delay line", "transversal" filter atau Berdiri

Acoustic Wave (SAW) filter. disinyal dunia pengolahan digital proses ini dilakukan dengan

register geser.

78 instrumen Sebagian lain juga, tapi analogi ini tidak begitu jelas karena dengan instrumen

angin.

Cahaya diarahkan ke luar salah satu cermin.

Kebanyakan tercermin dan beberapa memasuki rongga.

Ketika mencapai cermin berlawanan beberapa (sebagian kecil) melewati keluar tapi

sebagian dipantulkan kembali.

Pada cermin sebaliknya proses berulang yang sama.

Hal ini terus terjadi dengan cahaya baru memasuki rongga di tingkat yang sama seperti

cahaya daun itu.

Jika Anda mengatur rongga harus persis ukuran yang tepat, pola interferensi mengembangkan

yang menyebabkan panjang gelombang yang tidak diinginkan untuk menjalani interferensi

destruktif. hanya satupanjang gelombang (atau sempit) melewati keluar dan semua yang lain

adalahsangatdilemahkan.

Ini adalah proses yang sangat menarik dan hanya generalisasi dari contoh sebelumnya

cahaya melewati selembar kaca di 2.1.3.2, "Penularan melalui Lembar suatu

Kaca "pada halaman 22. Efek menarik terjadi pada cermin di masuk ke

rongga:

Ketika cahaya dari panjang gelombang non-resonan mencapai cermin sebagian besar

(tergantung pada pantulan cermin) akan tercermin. Jumlah kecil yang

akan melalui ke dalam rongga akan terpental sekitar untuk sementara waktu tetapi pada

akhirnya akan keluarmelalui salah satu cermin akhir atau diserap oleh kerugian.

Ketika cahaya dari panjang gelombang resonansi mencapai cermin masuk lewat

melalui ke rongga tanpa kehilangan! Ini adalah efek yang sangat menarik.

- Dengan asumsi sudah ada cahaya beresonansi panjang gelombang yang benar dalam

rongga sebagian (kecil) cahaya ini akan mencoba untuk keluar dari rongga

(karena cermin hanya sebagian reflektif).

- Tiba cahaya yang pada panjang gelombang resonansi dan koheren dengan itu dalam

rongga akan mencoba untuk mencerminkan (atau sebagian besar akan).

- Namun, ada interferensi destruktif antara cahaya (dari resonansi

panjang gelombang) meninggalkan rongga dan cahaya koheren dengan itu mencerminkan

dari

cermin entri.

- Hasil sini adalah bahwa 100% dari insiden sinar resonansi panjang gelombang

melewati cermin dan ke rongga!

- Selain cahaya dengan panjang gelombang resonansi sudah berada di dalam rongga tidak

bisakeluar melalui cermin ini (karena interferensi destruktif dengan

cahaya yang masuk). 100% itu tercermin dan oleh karena itu hanya dapat meninggalkan

rongga melalui cermin berlawanan! (Atau mungkin diserap oleh kerugian.)

Jadi cahaya hanya panjang gelombang resonansi diterima ke dalam rongga tanpa

kerugian sementara semua panjang gelombang lain mengalami refleksi signifikan.

Kebutuhan yang paling penting untuk fungsi dari filter Fabry-Perot adalah bahwa

mencerminkan permukaan harus sangat datar (sebaiknya dalam seperseratus

panjang gelombang) dan benar-benar paralel. Dan tentu saja ini adalah tantangan terbesar dalam

membangunnya. Hal ini biasa untuk perak permukaan kaca sehingga setiap membentuk 99%

cermin reflektif.

Mengakui ukuran "kebaikan" dari sebuah filter FP disebut "Finesse". ini

adalah rasio dari jumlah energi yang tersimpan dalam filter untuk jumlah energi

melewatinya. Hal ini banyak konsep yang sama seperti "Q" dalam sirkuit listrik.

Semakin tinggi kemahiran semakin sempit passband dan tajam batas.

Faktor utama yang mempengaruhi kemahiran adalah reflektifitas cermin - semakin

reflektif mencerminkan semakin tinggi kemahiran. Penyerapan di dalam perangkat dan

terutama dalam cermin mengurangi ketajaman puncak filter.

Ini diilustrasikan pada Gambar 192. Perhatikan bahwa tiga baris yang mewakili cermin

reflectivities dari 5%, 70% dan 90% masing-masing semua telah mencapai 100% transmisi

(melalui filter) di puncak. Puncak adalah panjang gelombang resonansi (lobus

dari filter). Jarak antara puncak disebut "Rentang spektral Gratis"

(FSR) dari filter FP.

FSR ¿π 2

2 xnxD

Di sini, n sama dengan RI dari bahan antara cermin dan D sama dengan jarak antara mereka.

Kemahiran dari filter adalah rasio jarak antara puncak transmisi

(rentang spektral gratis) dengan lebar setiap baris spektral pada titik FWHM79

Dimana m adalah bilangan bulat sembarang 1,2,3...

Jika kita memiliki perangkat dengan celah udara (RI = 1) dari 500 mikron maka urutan pertama

(M = 1) panjang gelombang resonansi akan menjadi 1 mm yang tentu saja tidak ringan tapi

microwave. Melihat resonansi di wavebands kepentingan kita menemukan (dengan n =

645) baris di 1,552.8 nm, nm 1,550.39, 1,547.99 nm dll

Filter FP secara inheren multi-lobed dalam arti bahwa ia memiliki beberapa passbands tetapi

dalam prakteknya hanya lobus tunggal digunakan. Dengan jarak antara garis (FSR) hanya

sekitar 2 nm filter ini tidak akan sangat berguna untuk memulihkan sinyal dari

WDM streaming (katakanlah) 20 nm lebar. Untuk meningkatkan FSR kita harus mengurangi

jarak antara cermin.Energi yang tidak melewati filter mengganggu dan dipantulkan kembali ke

source. Ini harus dipertimbangkan dalam setiap desain sistem sebagai refleksi bisa menjadi

sumber kebisingan di banyak sistem.

Ketika filter yang mengalir (dihubungkan secara seri) perangkat yang dihasilkan beroperasi

sebagai filter baru. Filter baru memiliki passband dimana passbands yang mengalir FP

filter bersamaan. Passband selalu menyempit. Finesse ditingkatkan sangat

secara signifikan sebagai FSR telah melebar sedemikian rupa sehingga terendah umum

kelipatan dua FSRs dari filter yang dibuat itu. Jadi FSR meningkat

sangatsignifikan.

Jika dua filter karakteristik yang sama yang mengalir maka kita hanya mendapatkan

penyempitandari passband. Maka filter mengalir memiliki FSRs berbeda maka FSR dari

filter baru jauh lebih besar. Pembahasan lebih lanjut tentang efek filter Cascading mungkin

ditemukan dalam 9.4.1.1, "Cascading Filter" pada halaman 439.

5.8.2.1 Dielektrik Fabry-Perot Filter

Gambar 194. Filter Fabry-Perot Menggunakan Mirror Dielektrik

Dalam teknologi microoptic filter Fabry-Perot sering dibuat dengan menggunakan "tumpukan"

bahan yang berbeda RI sebagai cermin. Sangat tipis (1/4 panjang gelombang) lapisan bahan

dengan alternating (tinggi dan rendah) RIS digunakan. Biasanya lapisan ini terbuat dari

SiO ² (RI 1,46) dan TiO ² (RI 2.3) meskipun bahan lain yang kadang-kadang digunakan.

Setiap lapisan bahan memiliki ketebalan tepat 1/4 dari panjang gelombang terpanjang

yang harus ditangani.

Dengan hati-hati memilih bahan dan jumlah lapisan cermin dari reflektifitas yang kami

keinginan dapat dibangun. Selain itu, tahap resonator ("celah" dalam gambar)

dapat mengalir. Dengan demikian kita dapat mengontrol sangat persis passband dan bentuk

saringanperangkat.

Sebuah multiplexer / demultiplexor perangkat WDM menggunakan dielektrik FP filter dijelaskan

dalam5.8.5, "Dielektrik Filter untuk WDM Multiplexing / Demultiplexing" pada halaman 237.

ituPrinsip ini juga digunakan secara luas di perangkat berbasis semikonduktor. The VCSEL

adalahdibangun menggunakan prinsip identik dengan yang dijelaskan di sini. Lihat 3.3.14,

"VertikalCavity Surface Emitting Laser (VCSELs) "pada halaman 125.

5.8.2.2TunableFabry-PerotFilter

Perangkat dapat disetel dengan melampirkan salah satu cermin untuk kristal piezoelektrik

dan mengubah tegangan pada kristal. Kristal tersebut dapat dikendalikan untuk

titik bahwa Anda bisa mendapatkan akurasi gerakan turun menjadi kurang dari diameter

atom! Satu-satunya masalah adalah bahwa Anda biasanya membutuhkan cukup tegangan tinggi

(300-500volt) menyebabkan jumlah yang diperlukan deformasi kristal. perangkat praktis

membutuhkan sekitar 1 ms untuk menyelesaikan tala yang cukup cepat untuk beberapa aplikasi

tetapiterlalu lambat untuk aplikasi yang diusulkan seperti paket optik switching.

Gambar195.MerduFibreFabry-PerotFilter

Gambar 195 menunjukkan variasi cerdik dari Fabry-Perot filter. Dua potong

fiber yang digunakan dengan tujuan mereka dipoles dan keperakan. Ujung ditempatkan tepat

berlawanan satu sama lain dengan jarak yang diukur (ini adalah bagian yang sulit). Hal ini untuk

menghindari biaya mendapatkan cahaya masuk dan keluar dari "biasa" FP filter - karena tiba dan

daunpadaseratsendiri.

Perangkat ditampilkan dipasang pada dua kristal piezo-listrik. Dengan menerapkan tegangan

melintasi kristal kita dapat mengubah jarak antara ujung serat dan

maka panjang gelombang resonansi. Seperti disebutkan di atas, kristal piezo-listrik dapat

dikontrol sedemikian rupa sehingga gerakan yang dihasilkan sebanding dengan diameter

atom!

Jika Anda ingin menyetel filter FP maka tentu saja ada dua pendekatan alternatif.

Anda secara fisik dapat memindahkan cermin sehingga ukuran perubahan kesenjangan atau

mungkin Anda bisa mengubah RI dari bahan di dalam rongga!

Merdu FP filter dapat dibangun dengan meletakkan bahan kristal cair ke celah. itu

RI dari bahan kristal cair dapat berubah sangat cepat dengan melewatkan arus

melalui cairan. Dilaporkan tala kali untuk jenis filter sekitar 10 μsec

namun secara teori kali sub-mikrodetik harus dicapai. Kisaran tuning

30-40 nm. Filter tersebut diharapkan menjadi rendah biaya dan memerlukan sangat rendah

kekuasaan.

Gambar 196. Cascading merdu Filter Fabry-Perot dari FSR

Jika filter FP merdu yang mengalir sebagaimana digambarkan dalam Gambar 196, tuning

rentang

diperpanjang sangat signifikan dan tuning kecepatan juga ditingkatkan. Sebagai salah satu sisir

adalah

pindah akan berbaris dengan sisir lain pada puncak yang berbeda. Jadi tuning lebar

range dengan jumlah yang relatif kecil gerakan dapat dibangun.

5.8.3 In-Fibre Bragg Grating Filters

Gambar 197. Dalam Serat-Bragg Grating Digunakan sebagai Filter

Dalam Serat-Bragg grating (lihat 5.7.2, "In-Fibre Bragg grating (FBGs)" pada halaman 211)

yang dekat filter sempurna. Namun mereka memiliki cacat utama. Mereka reflektif

sifat mereka daripada transmissive. Sebuah GDP akan menghapus panjang gelombang tertentu

dari aliran panjang gelombang campuran dengan merefleksikan kembali menuju sumbernya.

untukmemanfaatkan suatu GDP sebagai filter transmissive kita perlu menggunakan sebuah

circulator.

iniditunjukkan pada Gambar 198.

5.8.4 Fibre Ring Resonators

Gambar 198. Resonator Cincin Serat. Dua jenis utama langsung Coupling Fibre Cincin

Resonator (DFR) dan Cross-Coupling Resonator Cincin Serat (CFR).

Resonator cincin sangat mirip pada prinsipnya untuk filter Fabry-Perot. Namun, tidak seperti

filter FP, panjang gelombang non-resonan melewati daripada tercermin

kembali ke sumbernya. Panjang gelombang resonansi diserap oleh kerugian di

perangkat.

Daya optik recirculates pada cincin jika (dan hanya jika) panjang cincin adalah integral

kelipatan dari panjang gelombang. Alasan Anda membangun cincin serat resonator adalah agar

cincin bisa sangat lama (dalam beberapa kasus hingga 1 km). Sebuah cincin panjang berarti

bahwapengaturan jarak antara resonansi (yaitu, kisaran spektral gratis) sangat kecil.

Ini jarak dekat resonansi sangat membatasi kegunaan dari cincin serat

resonator dalam sinyal penyaringan dan WDM aplikasi rutin. Namun, cincin serat

resonator digunakan untuk banyak tujuan lain:

Analisa spektrum (The jarak dekat resonansi merupakan keuntungan besar di sini.)

Sensor

Filter bandwidth yang sempit

Dalam bentuk yang sedikit berbeda resonator cincin serat juga digunakan dalam:

laser cincin

interferometer

Giroskop pasif serat

Kesulitan utama dengan resonator cincin serat telah bahwa kemahiran mereka terbatas

oleh kerugian di ring (termasuk kerugian coupler). Kerugian ini dapat

cukup tinggi dan kemahiran (selektivitas) perangkat mungkin tidak sebaik kita

butuhkan.

Sebuah single-mode resonator tergantung untuk operasi pada efek gangguan pada

coupler. Untuk efek ini untuk bekerja dengan baik Anda memerlukan dua kondisi lain:

1. Cincin harus mempertahankan negara polarisasi. (Jika interferensi

efek dalam coupler tidak akan terjadi dengan benar.)

2. Panjang cincin harus kurang dari panjang koherensi dari sumber laser.

Jenis lain dari resonator cincin yang sangat panjang dan tidak perlu kondisi ini

juga digunakan meskipun ini benar-benar cincin jenis garis menunda optik daripada

resonator.

Gambar 199. Amplified Serat Cincin Resonator

Untuk mendapatkan puncak resonansi disetel ke tempat kami berniat mereka untuk menjadi kita

perlu beberapa Metode untuk mengubah indeks bias atau panjang dari cincin serat. Hal ini

karenaAnda tidak bisa membangun sebuah cincin serat panjang dengan panjang akurat untuk

beberapa nm. Sebuah tala sederhanaperangkat dapat dibuat dengan menggunakan loop serat

sekitar poros yangdapatdiperluas (sangat sedikit memang) oleh kristal piezo-listrik. Ini

membentang seratdan perubahan panjang cincin. (Jumlah total peregangan yang Anda butuhkan

adalahkurang dari panjang gelombang dan sehingga efek dibutuhkan adalah kecil.) Memang,

secara praktisperangkat mekanisme ini diperlukan juga untuk mengimbangi efek dari suhu

variasi.

Salah satu cara sekitar masalah cincin kerugian untuk menempatkan EDFA di atas ring untuk

memperkuatsinyal. Ini meningkatkan kemahiran tetapi memperkenalkan masalah utama:

Sebuah cincin serat dengan EDFA di dalamnya bisa menjadi laser! (Setiap amplifier dengan

mekanisme umpan balik dapat Lase.) Emisi spontan dalam EDFA dapat menimbulkan

penguat (sekitar 1.553 nm). Hal ini dimungkinkan karena ada pasti menjadi

panjang gelombang resonansi dalam band ASE dari EDFA - sejak resonansi

sangat erat spasi. Untuk mengatasi masalah ini, Anda perlu menempatkan FP serat penyaring

pada panjang gelombang masukan ke dalam ring. Juga isolator diperlukan untuk mencegah

penguatmembangundalamarahmundur.

Laser cincin Serat dibahas dalam 3.3.16, "Serat Laser Cincin" pada halaman 129.

Namun, panjang mereka membuat mereka sangat sensitif terhadap perubahan suhu dan

getaranmekanik.

5.8.4.1ResonatorCincinplanar

Resonator cincin dapat dibuat dalam teknologi planar. Dalam hal ini mereka bisa

pendek(beberapa cm) dan dengan demikian passbands dapat dipisahkan banyak lebih jauh dari

satu sama laindaripada diperangkat berbasis fiber.

5.8.5 Dielectric Filters for WDM Multiplexing/Demultiplexing

Gambar 200. Dielektrik Filter berbasis WDM multiplexer / demultiplexor

A "dielectric filter" beroperasi pada prinsip yang sama sebagai filter Fabry-Perot. itu

perbedaan adalah bahwa itu dibuat dengan mendepositokan lapisan "dielektrik" bahan

dikendalikanketebalan. Permukaan material membentuk cermin dari filter FP. Seperti dengan

semuaFP menyaring panjang gelombang yang dipilih ditransmisikan dan semua panjang

gelombang lain tercermin.

Atas perangkat menunjukkan kristal bahan transparan (kristal sangat ideal

karena kita membutuhkan sisi benar-benar paralel sini) di mana serangkaian dielektrik

filter dari ketebalan yang berbeda telah disimpan. Setiap filter memungkinkan berbeda

panjang gelombang yang akan dikirim dan semua yang lain akan tercermin.

Jadi sinar cahaya yang masuk perangkat progresif akan memiliki panjang gelombang yang

berbedadipisahkan dari itu. Masalah besar dengan perangkat ini adalah bahwa ada beberapa

redaman pada setiap tahap proses penyaringan. Jadi (dalam gambar) panjang gelombang 5

dilemahkan secara signifikan lebih dari panjang gelombang 1.

Tentu saja perangkat akan beroperasi secara terbalik dan bertindak sebagai multiplexer WDM.