بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله سعی کرده ایم یک ساختار جدید با قابلیت مجتمع سازي ، ارتقاء پذیري بالا و عملکرد دو طرفه یکی از بلوکهاي اساسی در سیستمهاي پردازش سیگنال را که بلوك مالتی پلکسر/ دي مالتی پلکسر می باشد ارائه نماییم. ساختار پیشنهاد شده در این مقاله مبتنی بر آرایه اي از تشدید کننده هاي حلقوي است. بطوریکه ساختار مورد نظر قابلیت پیاده سازي در سیتمهاي نوري با تکنولوژي ساخت سطحی را دارد. تلاش خواهیم کرد تا نشان دهیم که بلوك ارائه شده قابلیت ترکیب و جدا سازي طول موجها با پهناي باند زیر 0/1 نانو متر را دارد. نتیجه این امر افزایش ظرفیت کانالهاي مخابراتی خواهد بود.
.1 مقدمه
قابلیتهاي موجود در سیستمهاي تمام نوري و پتانسیل نهفته در این حوزه از علم فوتونیک باعث شده است که آینده شبکه هاي مخابراتی به سمت تمام نوري شدن میل کند. یکی از کلیدي ترین عناصر براي افزایش ظرفیت فیبرهاي نوري در ارسال اطلاعات در بخش مخابرات نوري مخصوصا براي سیستمهاي مالتی پلکسینگ طول موجی با چگالی بالا - DWDM - بدون اینکه فیبر نوري اضافه اي وارد سیستم بکنند، بلوك مالتی پلکسر- دي مالتی پلکسر - - MUX-DMUX می باشد.
مالتی پلکسرها/دي مالتی پلکسرها یکی از بخشهاي مهم سیستمهاي DWDM هستند که بخش بزرگی از تحقیقات مخابراتی را به خودشان اختصاص داده اند .[1] سیستمهاي DWDM به تعداد زیادي کانال نیاز دارند که تا با همدیگر ترکیب یا از همدیگر تفکیک داده شوند. به همین خاطر همه سیتمهاي مخابرات نوري مبتنی بر مالتی پلکسینگ طول موجی نیاز به این بلوك دارند.
همچنین براي برقراري ارتباطات با ظرفیت بالا نیاز به سرعت عملکرد بالایی است. به همین خاطر تحقق تمام نوري این بلوك گزینه مناسبی براي این امر خواهد بود. در سیستمهاي مالتی پلکسینگ طول موجی - WDM - با تعداد کانالهاي بیشتر، تقاضاي اصلی این است که همه این کانالها را در داخل یک فیبر نوري تکی قرار دهند. براي انجام این امر چندین عنصر ارائه شده که می توان به آرایه اي از توري هاي موجبري - Array-Waveguide Grating - AWG - - که گزینه مناسبی می باشد اشاره کرد. اما به نوبه خود این عنصر یک سري محدودیتهایی را در بکار گیري در سیستمهاي DWDM دارد.
یکی از این محدودیتها مربوط به مقدار عرض باند - FSR - طیف آزاد است که باعث کاهش تعداد کانالها هنگام ترکیب یا تفکیک شدن می شود. یکی دیگر از محدودیتها مربوط به کوچکترین فاصله جداسازي بین کانالها است. براي ارزیابی این فاکتور چیزي که نیاز است عبارت از این که باید یک روشی براي محاسبه ابعاد فیزیکی AWG داشته باشیم، تا با استفاده از آن فاصله بینابین کانالها و پهناي باند کانالهاي سیستم DWDM را محاسبه کنیم .[3-1]
یکی دیگر از گزینه هاي موجود براي عمل مالتی پلکسینگ/دي مالتی پلکسینگ فیلترهاي تداخلی لایه نازك یا چند لایه اي هستند. با سري کردن این فیلترها در مسیرهاي نوري طول موجها می توانند از هم تفکیک و یا با هم ترکیب شوند. فیلتر طراحی شده بر اساس یک القوي مشخص طول موجی را منتقل و بقیه را منعکس می کنند . [1] با توجه به این مشکلات در این مقاله ما سعی کرده ایم یک ساختار جدید براي سیستمهاي MUX/DMUX با استفاده از آرایه از تشدید کننده هاي حلقوي - Array of Ring Resonators - ARR - - ارایه کنیم.
در سیستمهاي MUX/DMUX مبتنی بر ARR هر تشدید کننده حلقوي اشتراکی کار جدا سازي کانالهاي WDM را انجام می دهد. به دنبال این کار این کانالها بوسیله آرایه اي از تشدید کننده هاي حلقوي مسیر دهی می شوند. همچنین این عنصر می تواند به عنوان یک عنصر مسیر یاب طول موج غیر فعال در گره هاي شناور در مخابرات نوري بکار گرفته شود.
در این ساختار شده تابع مالتی پلکسینگ/دي مالتی پلکسینگ با استفاده از میکرو حلقه هاي تشدیدي به راحتی می تواند ساخته شود. از طرف دیگر این عنصر می تواند به عنوان بلوك پایه براي شبکه هاي غیر فعال نوري - Passive Optical Network - PON - - که امروزه در اکثر کشورها براي گسترش فیبر نوري در داخل منازل بکار گرفته شود.
میکرو حلقه هاي تشدیدي این اجازه را به طراح می دهد که انعطاف پذیري شبکه را از لحاظ سرعت بالا و سویچینگ نقطه به نقطه، از یک نقطه به چند نقطه و بر عکس را در ارتباطات باند وسیع بالا ببرد. قابلیت مجتمع سازي با مدارات مجتمع نوري، قابلیت عملیاتی دو طرف همزمان با طول موجهاي متفاوت، خواص مالتی پلکسینگ طول موجی با تعداد کانالهاي بالا، خاصیت فلتریگ ذاتی منحصر به فرد و قابلیت ارتقاء پذیري بالا می تواند مشاهده شود .[4] سازماندهی این مقاله به قرار زیر است. در بخش دوم ایده اساسی براي ساختار MUX/DMUX و نتایج شبیه سازي ارائه می شود. در نهایت مقاله با یک نتیجه گیري تمام می شود.
.2 ایده اساسی براي ساختار MUX/DMUX
در این بخش ایده اصلی براي تحقق بلوك MUX/DMUX در سیستمهاي DWDM را ارائه می کنیم. در این بلوك باید بتوانیم طول موجها را با بهره گیري از استاندارهاي سیستم DWDM از یک موجبر تک مد استخراج کنیم. همچنین این سیستم باید قابلیت عملکرد دو طرفه را داشته باشد. عملکرد مالتی پلکسینگ در شکل - 1 - نشان داده شده است. براي تحقق این بلوك پیشنهادي آرایه اي از تشدید کننده هاي حلقوي مورد استفاده قرار گرفته است.
بلوك دیاگرام نشان داده شده در شکل - 2 - براي پیاده سازي این تابع ارائه شده است. همانطوریکه مشاهده می شود، در این شکل از N عدد تشدید کننده حلقوي براي استخراج کانالهاي سیستم DWDM بهره گرفته شده است. هر تشدید کننده حلقوي داراي دو عدد موجبرمستقیم است که به موجبر حقوي دیگر کوپل شده اند. یکی از این موجبرهاي مستقیم دربر گیرنده سیگنال ارسالی و دیگري به عنوان ترمینال خروجی براي عملکرد DMUX در شکل با پیکان علامت گذاري شده است. از ترمینال دیگر براي عملکرد دو جهته اش می توان نوري را به سیستم کوپل کرد.
همچنین براي عملکرد مالتی پلکسینگ می توان سیگنال نوري دیگري را از طریق موجبر دوم به سیستم کوپل کرد. این عملکردها با استفاده از این بلوك دیاگرام قابل تحقق است. در ایده بالا که به آن اشاره شد طول موج ارسالی و دریافتی براي هر کانال یکسان است. ایده اي که ما در اینجا ارائه کرده ایم می تواند براي انتخاب یک باند طول موجی نیز بکار گرفته شود. براي نشان دادن این بخش از ایده ارائه شده می توان شکل - 3 - را در نظر گرفت. براي محقق سازي این بخش از ایده ارائه شده می توان بلوك دیاگرام شکل - 4 - را در نظر گرفت.
با توجه به شکل - 4 - در این بلوك N ستون داریم که هر کدام آنها از آرایه از تشدید کننده هاي حلقوي تشکیل شده اند که مجموعه اي از کانالها را بصورت یک باند طول موجی استخراج می کنند. بنابراین با استفاده از این ساختارها هر توزیعی از کانالها می تواند با استفاده از عملکرد دي مالتی پلکسینگ از همدیگر استخراج شوند. همچنین ساختار پیشنهاد شده به راحتی می تواند طوري بسط داده شود که در طول موجهاي ارسالی و دریافتی متفاوتی کار کنند. براي محقق ساختن این امر این کافی است که دو ستون مجاور را طوري تنظیم کنیم که طول موجهاي ارسالی و دریافتی را استخراج کند. لذا روش پیشنهاد شده با استفاده از آرایه اي از تشدید کننده هاي حلقوي به راحتی قابل تحقق است.
