بخشی از مقاله
چکیده:
روترهای نوری ،یکی از مولفههای اصلی در طراحی و ساخت مدارهای مجتمع نوری است. استفاده از ساختار تداخل سنج ماخ-زندر، نقش مهمی در طراحی انواع روتر، سوئیچ، گیت و کوپلرهای نوری دارد. در این مقاله، به طراحی و آنالیز یک روتر سیگنال الکترواپتیکی 1×6 مبتنی بر تداخل سنج ماخ-زندر پرداخته شده است.
در این روتر، برای بهره گرفتن از اثرات الکترواپتیکی، در بازوهای ماخ-زندر تشکیل دهنده روتر، الکترودهایی کار گذاشته شده است که اعمال ولتاژ به این الکترودها، سبب تغییر ضریب شکست بستر بازوی تداخل سنج شده و این تغییر ضریب شکست، منجر به تغییر فاز سیگنال ورودی میشود. به این طریق، سیگنال بین موجبرها کوپل شده و در طول ساختار انتشار مییابد. با اعمال ولتاژ کنترل شده، میتوان به خروجی مطلوب از پورتهای خروجی موردنظر دست یافت. شبیهسازیها و محاسبات با استفاده از روش انتشار باریکه - BPM - ، انجام شده است.
-1 مقدمه
برای اینکه بتوان دادههایی با ظرفیت بالا و مسافت طولانی انتقال داد، باید از تکنولوژیهای موجود در ارتباطات نوری استفاده کرد. امروزه نیاز به انتقال داده و در نتیجه شبکههای مخابراتی نوری با قابلیت انتقال بالا، افزایش یافته است. روتر نوری یکی از مولفههای کلیدی در طراحی و ساخت مدارات مجتمع نوری میباشد که مسیر انتقال دادههای نوری را تعیین میکند و یک روش جدید برای ایجاد ارتباط شفاف نوری بین گرههای شبکه که از یک رویکرد مبتنی بر جریان استفاده میکنند، میباشد.[1] مدارهای تداخلسنج ماخ-زندر - - MZI به دلیل قابلیت استفاده به عنوان یکی از عناصر سازنده ابزارهای نوری مجتمع همانند فیلترهای نوری، مدولاتورهای شدت، سوییچها و گیتهای نوری از اهمیت زیادی برخوردار است.
ساختار تداخلسنج ماخ-زندر که بر اساس اثر الکترو-اپتیک کار میکند قابلیت خیلی قوی در سوییچ سیگنال نوری بین پورتهای خروجی از خود نشان میدهد. در کارهای مهم انجام شده قبلی در این راستا، یک روتر سیگنال 1×4 مبتنی بر اثر الکترواپتیک در ساختار تداخلسنج ماخ-زندر[2] و یک روتر سیگنال 1×8 با پیکربندی آبشاری مبتنی بر تداخلسنج های ماخ-زندر پیشنهاد شده است.
تحقیقات نشان میدهد که روتر سیگنال 4×4 پیشنهاد شده توسط اقای سانتوش کومار و همکارانش، میتواند برای فراهم کردن سرویسهای IP و شبکههای با سرعت بالا به کار رود.[4] با مطالعه بر روی کارهای قبلی میتوان به کاربردهای موثر پدیده سوییچ نوری در فراهم کردن گیتهای منطقی پی برد.[5] در این مقاله به طراحی و آنالیز یک روتر الکترو-اپتیکی 1×6 مبتنی بر تداخلسنج ماخ-زندر پرداخته شده است. افزاره طراحی شده به وسیله کاشت تیتانیوم در بستر لیتیوم نیوبایت طراحی شدهاست .سوییچ بین پورتهای خروجی به وسیله اثر الکترو-اپتیک موجود در ساختار به دست میآید. شبیه سازی ها و محاسبهها با استفاده از روش انتشار باریکه - BPM - ، انجام شده است
-1-1 ساختار روتر سیگنال 1×6
در محیط نرم افزاری OptiBPM در یک بستر از جنس لیتوم نیوبایت، کانال موجبری طراحی شده است. هر MZI دو پورت وروی دارد و دو پورت خروجی. سیگنال وارد شده از پورت ورودی به وسیله کوپلر ورودی بین دو بازوی تداخلسنج تقسیم شده و در کوپلر خروجی تداخلسنج، دوباره به هم رسیده و تقسیم می شوند. مسیر نوری دو بازو متفاوت است. در واقع با قرار دادن الکترودها حول یکی از بازوهای تداخل سنج، یک مدولاتور فاز ایجاد شده است. وقتی ولتاژ اعمالی صفر هست یک تداخل سازنده رخ میدهد و زمانی که ولتاژ غیر صفر است، تداخل ویرانگر رخ خواهد داد. شکل1، ترکیب 6 عدد MZI را در محیط شبیهسازی BPM نشان میدهد.
دو پورت خروجی MZI1 به پورتهای ورودی MZI2 و MZI3متصل شدهاند و به این ترتیب هر کدام از پورتهای خروجی MZI2 و MZI3 به پورتهای ورودی هر کدام از MZI4، MZI6، MZI5 متصل شدهاند. حال با اعمال ولتاژ به الکترود 2 در هر MZI، میتوان سیگنال متناسب با ولتاژ اعمالی را در بازو نگه داشت یا به بازوی دیگر انتقال داد. با اعمال ولتاژ مناسب 6/75 ولت، برای پارامترهای موجود، سیگنال در همان موجبر باقی میماند. ولی اگر هیچ اختلاف پتانسیلی نباشد، یعنی V 0 ، سیگنال به موجبر دیگر انتقال پیدا میکند. بنابراین با اعمال سیگنال کنترلی مناسب، که چیزی جز پتانسیل اعمالی به الکترود 2 هر MZI نیست، میتوان هر کدام از پورت های خروجی را از بین 6 پورت خروجی انتخاب کرد. بنابراین، این طرح موجبری میتواند به عنوان یک روتر سیگنال مورد استفاده قرار بگیرد.
شکل. 1 طرح روتر1×6
-2 نتایج و بحث
شکل2، شبیهسازی های انجام شده توسط روش BPM را نشان میدهد، که برای طراحی ساختار روتر سیگنال 1×6، از 6 عدد MZI استفاده شده است .در شکل -2 - الف - ، ولتاژ کنترلی S1 در MZI1 برابر است با 6/75 ولت، بنابرین سیگنال از MZI1 به MZI2 وارد میشود. در MZI2 ولتاژ کنترلی S2 برابر صفر است بنابراین سیگنال به موجبر دیگری شیفت پیدا میکند و وارد MZI4 می-شود.
در MZI4 ولتاژ کنترلی S4 برابر صفر بوده و سیگنال شیفت پیدا کرده و در نهایت از پورت 1 خارج میشود. مقادیر ولتاژهای کنترلی S3 ،S5 و S6 تاثیری در دریافت خروجی از این پورت ندارند و دارای مقدار - 0 یا X= - 6/75 ولت میباشند و شکل.2 انتشار میدان اپتیکی برای ترکیب های متفاوت از مقادیر سیگنالهای کنترلی، که همان مقادیر ولتاژهای اعمالی به الکترود دوم هر MZI میباشد.
خروجی از - الف - پورت یک برای مقادیر s1 =6/75v ، s2=0v ، s4 =0v ، 6/75 - یا .s6 = s5 = s3 =x = - 0 - ب - پورت دو برای مقادیرs1=6/75 v ، s2=0v ،s4=6/75 v ، 6/75 - یا = s3 =x= - 0 - .s6=s5پ - پورت سوم برای مقادیر s1=6/75v ، s2 =6/75v ،s6=6/75 v ، 6/75 - یا s5= s4 =s3 = x= - 0 . - ج - پورت چهارم برای مقادیر s1=6/75v ، s2 =0v ،s6=0v ، 6/75 - یا s5= s4 =s3 = x = - 0 . - د - پورت پنجم برای مقادیر s1 =0v ، s3 =0v ، s5=6/75 v ، 6/75 - یا s2=s4 =s6= x= - 0 . - ه - پورت ششم برای مقادیر s1 =0v ، s3 =0v ، s5=0 v ، 6/75 - یا . s2 =s4 =s6= x= - 0
مشابه همین، با انتخاب مقادیر مناسب برای سیگنال های کنترلی میتوان سیگنال نوری را در مسیر مورد نظر انتقال داد و از پورت مورد دلخواه خارج کرد. در شکل 2، در قسمت های - الف - ، - ب - ، - پ - ، - ج - ، - د - و - ه - با انتخاب های مختلف و مناسب از ولتاژهای کنترلی، چندین مسیر انتقال و پورت خروجی متفاوت شبیهسازی شده است. در واقع اعمال اختلاف پتانسیل به هر تداخلسنج باعث ایجاد شیفت فاز به اندازه ، در همان تداخلسنج شده است که
این شیفت فاز مانع شیفت سیگنال به شاخه مقابل در تداخل سنج میشود. بنابراین بر حسب اختلاف فاز بین دو بازو، سیگنال ها به دو پورت خروجی تقسیم میشوند. میتوان نتایج بالا را، با استفاده از متلب، با به کارگیری عبارات ریاضی مناسب تولید کرد.
