WDM wewnątrz modułu: filtry, AWG, BiDi, stabilizacja długości fali

Wiele modułów to same w sobie małe systemy WDM. Moduł LR4 albo FR4 multipleksuje cztery lasery do jednego światłowodu i demultipleksuje cztery długości fali na drugim końcu; moduł BiDi albo PON nadaje i odbiera w jednym światłowodzie przez filtr; moduł DWDM latami utrzymuje swoją długość fali z dokładnością do kilku gigaherców. Ta strona opisuje optykę, która to umożliwia — filtry i multipleksery falowodowe, splitter BiDi, chłodziarki i stabilizatory długości fali — oraz straty i tryby awarii, jakie one dodają.

Gdzie w modułach występuje WDM

Typ modułu	Wewnętrzny WDM	Długości fali	Port światłowodowy
40GBASE-LR4, 100GBASE-LR4/ER4	4-kanałowy mux + demux LAN-WDM	1295,56 / 1300,05 / 1304,58 / 1309,14 nm (odstęp 800 GHz)	dupleks LC
100G CWDM4, 400G FR4, 800G 2×FR4	4-kanałowy mux + demux CWDM	1271 / 1291 / 1311 / 1331 nm (odstęp 20 nm)	dupleks LC
40G/100G SWDM4	4-kanałowy mux krótkofalowy na MMF	850 / 880 / 910 / 940 nm	dupleks LC, OM4/OM5
BiDi (1G–100G), ONU/OLT sieci PON	filtr 2- lub 3-portowy (BOSA)	1310/1490, 1270/1330, 1490/1310/1550…	pojedynczy LC lub SC/APC
400G BiDi (SR4.2)	2 długości fali na światłowód, na 4 parach	850 / 910 nm	MPO
DWDM stały / przestrajalny	brak multipleksera wewnątrz; precyzyjna pojedyncza długość fali	siatka ITU, 100/50 GHz	dupleks LC — multiplekser zewnętrzny
PSM4, DR4, SR4	brak — światłowody równoległe	jedna długość fali	MPO

Plany kanałów i pasma: Pasma długości fali i plany kanałów.

Technologie multiplekserów

Technologia	Jak działa	Tłumienność wtrąceniowa (na kanał, mux lub demux)	Uwagi
Blok filtrów cienkowarstwowych (TFF) — „Z-block”	dielektryczne filtry interferencyjne przyklejone do szklanego bloku; światło biegnie zygzakiem, każdy filtr przepuszcza jedno pasmo i odbija resztę	1–1,5 dB	wytrzymały, atermiczny, koń roboczy TOSA i ROSA w LR4/CWDM4/FR4
AWG (siatka z macierzy falowodów, krzemionkowy PLC)	fazowany układ falowodów rozprasza długości fali na osobne wyjścia	2–3 dB	kompaktowy przy wielu kanałach; czuły na temperaturę, jeśli nie jest atermalizowany; stosowany w części LR4 i w sprzęcie DWDM
Siatka / pryzmat w wolnej przestrzeni	optyka objętościowa	2–4 dB	rzadkość w modułach wpinanych
Multiplekser fotoniki krzemowej	rezonatory pierścieniowe lub siatki eszelonowe na chipie	1–3 dB	zintegrowany z modulatorami w konstrukcjach SiPh FR4; może wymagać strojenia termicznego
Filtr BiDi	pojedyncza płytka dichroiczna pod kątem 45°: przepuszcza jedno pasmo do PD, odbija pasmo lasera do światłowodu	0,5–1 dB	izolacja 30–40 dB między pasmami Tx i Rx

Straty wewnętrznego mux + demux (2–5 dB w obie strony) to część powodu, dla którego moduły WDM emitują więcej mocy na linię niż moduły równoległe, i dlaczego ich Tx na linię w DDM wygląda na niższy niż rzeczywista moc wyjściowa lasera (Typowe wartości).

Dlaczego LR4 potrzebuje chłodzenia, a CWDM4 nie

Niechłodzony DFB dryfuje o około 0,1 nm/°C — 7 nm w zakresie temperatury obudowy 0–70 °C.

Siatka	Odstęp	Pasmo przepustowe filtra	Dryf bez chłodzenia mieści się?
CWDM (CWDM4, FR4)	20 nm	±6,5 nm	tak — bez TEC, mniejszy pobór mocy, taniej
LAN-WDM (LR4, ER4)	800 GHz ≈ 4,5 nm	±1 nm lub mniej	nie — każdy laser siedzi na TEC w stałej temperaturze (albo stosuje się konstrukcję lasera o szerokim zakresie temperatur)
DWDM	100 GHz ≈ 0,8 nm, 50 GHz ≈ 0,4 nm	±0,1 nm	nie — TEC plus stabilizator długości fali

Dlatego moduły 100G LR4 pobierają 3,5–4,5 W tam, gdzie CWDM4 pobiera 2–3 W, i dlatego TOSA w LR4 mają obudowy typu box, a nie TO-can (Obudowy optyczne).

Utrzymanie długości fali DWDM

 laser na TEC ──► odczep 1–5 % ──► etalon (filtr Fabry–Pérot) ──► PD1
                              └──────────────────────────────► PD2 (odniesienie)
 stosunek PD1/PD2 → MCU → regulacja nastawy TEC (precyzyjnie) lub prądu lasera → długość fali ustabilizowana

TEC + termistor — element Peltiera pod podstawką lasera utrzymuje go w punkcie nastawy (25–45 °C) z dokładnością ±0,1 °C; pętlę prowadzi MCU. DDM może udostępniać temperaturę lasera i prąd TEC (Temperatura i napięcie).
Stabilizator długości fali — etalon, którego transmisja faluje z okresem siatki ITU; porównanie mocy odczepionej przez niego z odniesieniem mówi kontrolerowi, po której stronie kanału znajduje się laser. Dokładność ±1–2,5 GHz przez cały okres eksploatacji.
Lasery przestrajalne dodają mechanizm zgrubny: sekcje DBR z siatką próbkowaną, matrycę DFB z kombinerem i strojeniem termicznym, albo wnękę zewnętrzną (ECL); pakowane jako ITLA / micro-ITLA / nano-ITLA w modułach koherentnych albo jako kompaktowe przestrajalne TOSA w SFP+/XFP. Wybór kanału i status przechodzą przez SFF-8690 / strony CMIS 04h–12h; przestrajanie trwa sekundy, a Tx jest w tym czasie wyciszany (Transceivery przestrajalne).

Optyka BiDi i PON

BOSA umieszcza laser i fotodiodę za jednym portem światłowodowym. Filtr WDM pod kątem 45° odbija długość fali lasera do światłowodu i przepuszcza długość fali przychodzącą do fotodiody; izolacja między dwoma pasmami (30–40 dB) oraz stromość zbocza filtra decydują, ile własnego światła modułu przecieka do jego odbiornika. PON dodaje elektronikę trybu burst na ONU (laser włączony tylko w swojej szczelinie czasowej) i na OLT (odbiornik, który resetuje próg między burstami od różnych ONU) — dlatego Rx OLT w DDM to średnia z wielu nadawców (Transceivery PON).

Moduły BiDi występują w wariantach parowanych (-U/-D albo według długości fali), ponieważ filtr w każdym jest nastrojony odwrotnie; dwa takie same nigdy się nie połączą (Niedopasowania fizyczne).

Polaryzacja i odbicia

Wewnętrzne filtry i AWG są nieznacznie zależne od polaryzacji (PDL 0,1–0,3 dB); polaryzacja w światłowodzie wędruje, więc odbierana moc może wahać się o kilka dziesiątych dB bez żadnej usterki. Każda wewnętrzna powierzchnia też trochę odbija; izolatory za każdym laserem nie dopuszczają tego do kryształu (Obudowy optyczne).

Tryby awarii charakterystyczne dla wewnętrznego WDM

Awaria	Objaw	Uwagi
Awaria TEC w LR4/DWDM	temperatura lasera dryfuje, prąd TEC na granicy, Rx jednej linii na dalekim końcu spada w miarę zjeżdżania z pasma filtra	temperatura modułu może wyglądać normalnie
Rozwarstwienie / utrata justowania filtra	jedna linia niska zarówno w Tx (do światłowodu), jak i w Rx dalekiego końca, zależnie od długości fali	wstrząs mechaniczny, cykle termiczne
Dryf stabilizatora długości fali	kanał DWDM poza siatką, odfiltrowany przez multiplekser → niski Rx, błędy	Tx w DDM bez zmian — światło jest, ale na złej długości fali
Przeciek filtra BiDi	słaba czułość, błędy na krótkich łączach (własny Tx zalewa Rx)	gorzej przy dużej mocy nadawanej i odbiciach
Starzenie jednego lasera w 4-liniowym module WDM	prąd polaryzacji jednej linii rośnie, potem moc spada; pozostałe trzy w porządku	Diagnostyka poszczególnych linii

W CodingBox

Bajty identyfikacyjne opisują konstrukcję WDM: długość fali (1310 jako nominalny środek dla LR4/CWDM4, albo dokładny kanał dla DWDM), kody zgodności lub zastosowania (LR4 kontra CWDM4 kontra FR4) oraz, dla modułów przestrajalnych, siatkę kanałów i bieżący kanał na stronach przestrajalnych. DDM dla poszczególnych linii na ekranie DDM pokazuje każdy wewnętrzny laser osobno; temperatura lasera i prąd TEC pojawiają się tam, gdzie moduł je udostępnia.

Jeśli znajdziesz nieścisłość lub błąd w tym materiale, zaznacz odpowiedni fragment i naciśnij Ctrl+Enter, aby .