mireabulletinRussian Technological JournalRussian Technological Journal2782-32102500-316XRTU MIREA10.32362/2500-316X-2022-10-2-7-13mireabulletin-479Research ArticleСОВРЕМЕННЫЕ РАДИОТЕХНИЧЕСКИЕ И ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫMODERN RADIO ENGINEERING AND TELECOMMUNICATION SYSTEMSВолоконно-оптические WDM-мультиплексоры/демультиплексоры с малыми изгибными потерямиFiber optical WDM multiplexers/demultiplexers with low bending losseshttps://orcid.org/0000-0001-5437-7522ИвановД. А.IvanovD. A.

Иванов Дмитрий Александрович, аспирант кафедры оптико-электронных приборов и систем Института перспективных технологий и индустриального программирования

119454, Москва, пр-т Вернадского, д. 78

Dmitry A. Ivanov, Postgraduate Student, Department of Optoelectronic Devices and Systems, Institute for Advanced Technologies and Industrial Programming

78, Vernadskogo pr., Moscow, 119454 

d.ivanov@tmvos.comМИРЭА – Российский технологический университетРоссияMIREA – Russian Technological UniversityRussian Federation202202042022102713Copyright © Иванов Д.А., 20222022Иванов Д.А.Ivanov D.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.rtj-mirea.ru/jour/article/view/479

Цели. Одной из актуальных задач развития радиоэлектронных систем различного назначения является резкое увеличение объема и скорости передачи информации между элементами этих систем. Такая задача наиболее успешно решается с использованием средств волоконно-оптической техники, не имеющих альтернативы по ряду показателей. Применение оптических волокон (ОВ) в качестве физической среды позволило осуществить передачу больших потоков информации на значительные расстояния. Увеличение пропускной способности систем связи подталкивает производителей к разработке новых марок ОВ с улучшенными оптическими и эксплуатационными характеристиками, что позволяет усовершенствовать различные оптические компоненты, которые используют волоконный световод в качестве активной среды передачи информации. Наиболее широко используемыми в волоконно-оптических системах связи (ВОСС) являются двухканальные одномодовые WDM-мультиплексоры/демультиплексоры, представляющие собой вид спектрально-селективных разветвителей. Среди преимуществ WDM-мультиплексирования стоит отметить передачу большого объема информации по одному ОВ за счет организации каналов на разных длинах волн, возможность передавать по одному ОВ одновременно в обоих направлениях сигналы нескольких длин волн, которые не взаимодействуют друг с другом (дуплексная связь). В процессе эксплуатации WDM-мультиплексоры могут подвергаться различным внешним воздействиям, влияющим на работу и стабильность параметров устройства. В настоящее время отсутствуют данные по влиянию изгибов ОВ на оптические характеристики WDM-мультиплексоров. В связи с этим актуальным является исследование данной зависимости, которое включает в себя измерение параметров оптической изоляции и вносимых потерь. Цель работы – отработка технологии изготовления и исследование изготовленных WDM-мультиплексоров на основе определенных видов ОВ, устойчивых к изгибу.Методы. Для формирования двухволновых WDM-мультиплексоров использована технология сплавной биконической вытяжки (FBT), позволяющей достичь низких вносимых потерь одновременно с высокой степенью изоляции каналов в широком диапазоне температур.Результаты. В работе рассмотрены возможности изготовления волоконных мультиплексоров на основе изгибоустойчивого волокна Corning SMF-28 Ultra. Представлены результаты изготовления и исследования оптических характеристик экспериментальных образцов WDM-мультиплексоров. Установлено, что применение кварцевого волокна SMF-28 Ultra позволило существенно снизить девиацию оптической изоляции каналов при возникновении механических напряжений в световодной структуре мультиплексоров.Выводы. Экспериментально показана возможность создания двухволновых мультиплексоров с малыми изгибными потерями и оптической изоляцией до 20–22 дБ. Рассмотрены возможные механизмы влияния скручивания волоконных выводов мультиплексора на оптическую изоляцию каналов. Полученные результаты показывают, что при возникновении механических напряжений в сплавленной структуре мультиплексора изменение коэффициента оптической изоляции на двух рабочих длинах волн не превышало 1 дБ.

Objectives. One of the topical tasks in the development of radio electronic systems for various purposes is a sharp increase in the volume and data transfer rate between the elements of the system. This problem is most successfully solved using fiber optic technology, which has no alternative to meet a number of indicators. The use of optical fibers (OF) as a physical medium made it possible to transfer large information flows over considerable distances. Increasing the capacity of communication systems is pushing manufacturers to develop new OF brands with improved optical and operational characteristics, which makes it possible to improve various optical components that use an OF as an active information transmission medium. The dual-channel single-mode wavelength division multiplexing (WDM) multiplexers/demultiplexers, which are one of spectral selective splitters types, are most widely used in fiber-optic communication systems. Among the advantages of WDM, it is worth to note the transmission of a large amount of information over one OF by the arrangement of channels at different wavelengths and the ability to transmit signals of several wavelengths simultaneously in both directions via one OF that do not interact with each other (duplex communication). During operation, WDM multiplexers can be subjected to various external influences that affect the operation and stability of the device parameters. Currently, there are no data on the effect of OF bending on the optical characteristics of WDM multiplexers. In this regard, it is important to study this dependence, which includes measuring the parameters of optical isolation and insertion loss. The purpose of the study is to work out the manufacturing technology and investigate the manufactured WDM multiplexers based on certain types of bend-resistant OF.Methods. For the formation of two-channel WDM multiplexers, the technology of fused biconical tapering was used, which makes it possible to achieve low insertion loss along with a high degree of channel isolation in the wide temperature range.Results. In the paper, the possibilities of manufacturing fiber multiplexers based on bend-resistant fiber Corning SMF-28 Ultra were discussed. The results of manufacturing and studying the experimental samples of WDM multiplexers optical characteristics were presented. It was established that the use of SMF-28 Ultra quartz fiber made it possible to significantly reduce the deviation of the channel optical isolation in the event of mechanical stresses in the multiplexers OF structure. Conclusions. The possibility of creating two-channel multiplexers with low bending losses and optical isolation up to 20–22 dB was experimentally shown. Possible mechanisms of the influence of the multiplexer fiber twisting on the optical isolation of channels were considered. The results obtained showed that when mechanical stresses in the fused structure of the multiplexer occur, the change in the optical isolation coefficient at two operating wavelengths does not exceed 1 dB.

волоконно-оптические системы связиизгибоустойчивое оптическое волокномультиплексорWDM-мультиплексорFBT-технологияобласть связиfiber-optic communication systemsbend-resistant optical fibermultiplexerWDM multiplexerfused biconical taper technologycoupling regionReferencesЛутченко С.С., Копытов Е.Ю., Богачков И.В. Оценка надежности ВОЛС с учетом влияния внешних факторов. Динамика систем, механизмов и машин. 2017;5(4):34–39. https://doi.org/10.25206/2310-9793-2017-5-4-34-39Lutchenko S.S., Kopytov E.Yu., Bogachkov I.V. Evaluation of FOCL reliability taking into account the impact of external factors. Dinamika sistem, mehanizmov i mashin = Dynamics of Systems, Mechanisms and Machines (Dynamics). 2017;5(4):34–39 (in Russ.). https://doi.org/10.25206/2310-9793-2017-5-4-34-39Иванов В.И. Применение технологии WDM в современных сетях передачи информации. Казань: ЗАО «Новое знание»; 2012. 223 с. ISBN 978-5-89347-679-8Ivanov V.I. Primenenie tekhnologii WDM v sovremennykh setyakh peredachi informatsii (Application of WDM technology in modern information transmission networks). Kazan: Novoe znanie; 2012. 223 p. (in Russ.). ISBN 978-5-89347-679-8Беспрозванных В.Г., Мосунова И.Д. Оптические характеристики одномодовых изгибоустойчивых волокон при укладке в малых замкнутых объектах. Инновационная наука. 2019;1:19–23.Besprozvannykh V.G., Mosunova I.D. Optical characteristics of single-mode bend-resistant fibers at construction in small closed objects. Innovatsionnaya Nauka = Innovation Science. 2019;1:19–23 (in Russ.).Мосунова И.Д., Селезнев Д.А., Ременникова М.В. Исследование спектрального пропускания оптического волокна при малых изгибах. Прикладная фотоника. 2019;6(1–2):17–23.Mosunova I.D., Seleznev D.A., Remennikova M.V. Research of the spectral transmittance of optical fibers at small bends. Prikladnaja fotonika = Applied Photonics. 2019;6(1–2):17–23 (in Russ.).Matthijsse P., Kuyt G. Влияние изгибов оптических волокон на их характеристики. Кабели и провода. 2005;4(293):17–22.Matthijsse P., Kuyt G. Influence of bending of optical fibers on their characteristics. Kabeli i Provoda = Cables and Wires. 2005;4(293):17–22 (in Russ.).Дорожкин А., Наний О., Трещиков В., Шихалиев И. Волокно с малыми изгибными потерями – новая жизнь для систем связи диапазона C+L. Первая Миля. 2018;8(77):48–53. https://doi.org/10.22184/2070-8963.2018.77.8.48.53Dorozhkin A., Nanii O., Treshchikov V., Shikhaliev I. Low bendingloss fiber – a new life for C+L communication systems. Pervaya Milya = Last Mile. 2018;8(77):48–53 (in Russ.). https://doi.org/10.22184/2070-8963.2018.77.8.48.53Рождественский Ю.В. Сплавные волоконно-оптические мультиплексоры/демультиплексоры и их применение в телекоммуникационных системах. Фотон-Экспресс. 2004;1(31):16–18.Rozhdestvenskii Yu.V. Fusion fiber-optic multiplexers/ demultiplexers and their application in telecommunication systems. Foton-Express. 2004;1(31):16–18 (in Russ.).Берикашвили В.Ш., Елизаров С.Г., Ключник Н.Т., Кузнецов В.А., Яковлев М.Я. Волоконные WDMмультиплексоры с уменьшенным спектральным интервалом между каналами. Фундаментальные проблемы радиоэлектронного приборостроения. 2014;14(5):112–115.Berikashvili V.Sh., Elizarov S.G., Klyuchnik N.T., Kuznetsov V.A., Yakovlev M.Ya. WDM fiber multiplexers with reduced spectral spacing between channels. Fundamental’nye problemy radioelektronnogo priborostroeniya = Fundamental Problems of Radioengineering and Device Construction. 2014;5:112–115 (in Russ.).Басиладзе Г.Д., Бержанский В.Н., Долгов А.И., Милюкова Е.Т. Преобразование сердцевин волокон в условиях слабого и сильного сплавления оптического разветвителя. Вестник Физико-технического института Крымского федерального университета имени В.И. Вернадского. 2010;23(62):75–80.Basiladze G.D., Berzhanskiy V.N., Dolgov A.I., Milyukova E.T. Transformation of the fiber cores under conditions of weak and strong fusing of optical coupler. Vestnik Scientific Notes of Taurida National V.I. Vernadsky University. Series: Physics and Mathematics Sciences. 2010;23(62):75–80 (in Russ.).Берикашвили В.Ш., Дементьев С.Г., Ключник Н.Т., Яковлев М.Я. Спектрально-селективные оптические разветвители с повышенной изоляцией каналов. Фундаментальные проблемы радиоэлектронного приборостроения. 2011;11(1):190–193.Berikashvili V.Sh., Dement’ev S.G., Klyuchnik N.T., Yakovlev M.Ya. Spectral selective optical splitters with increased channel isolation. Fundamental’nye problemy radioelektronnogo priborostroeniya = Fundamental Problems of Radioengineering and Device Construction. 2011;11(1):190–193 (in Russ.).Hui R., O’Sullivan M. Fiber Optic Measurement Techniques. Elsevier; 2009. 672 p. ISBN: 978-0-12-373865-3Hui R., O’Sullivan M. Fiber Optic Measurement Techniques. Elsevier; 2009. 672 p. ISBN: 978-0-12-373865-3Базакуца П.В., Боев М.А., Никитин А.И. Исследование спектральных характеристик оптических разветвителей. Фотон-Экспресс. 2019;6(158):178–179. https://doi.org/10.24411/2308-6920-2019-16089Bazakutsa P.V., Boyev M.A., Nikitin A.I. Investigation of the spectral characteristics of optical splitters. FotonEkspress = Foton-Express. 2019;6(158):178–179 (in Russ.). https://doi.org/10.24411/2308-6920-2019-16089Шестаков И.И. Анализ применимости FBT-разветвителей 1 × 2 в сетях PON. Век качества. 2019;3:137–148.Shestakov I.I. Analysis of applicability of FBT 1 × 2 splitters on PON networks. Vek kachestva = Age of Quality. 2019;3:137–148 (in Russ.).Takeuchi Y., et al. Characteristics of ceramic microheater for fiber coupler fabrication. Jpn. J. Appl. Phys. 1998;37(6):3665–3668. https://doi.org/10.1143/JJAP.37.3665Takeuchi Y., et al. Characteristics of ceramic microheater for fiber coupler fabrication. Jpn. J. Appl. Phys. 1998;37(6):3665–3668. https://doi.org/10.1143/JJAP.37.3665Takeuchi Y., Horiguchi M. Microheater control of wavelength-flattened fiber coupler properties. Appl. Opt. 1994;33(6):1029–1034. https://doi.org/10.1364/AO.33.001029Takeuchi Y., Horiguchi M. Microheater control of wavelength-flattened fiber coupler properties. Appl. Opt. 1994;33(6):1029–1034. https://doi.org/10.1364/AO.33.001029Takeuchi Y. Characteristics analysis of wavelengthdivision-multiplexing fiber couplers fabricated with a microheater. Appl. Opt. 1996;35(9):1478–1484. https://doi.org/10.1364/ao.35.001478Takeuchi Y. Characteristics analysis of wavelengthdivision-multiplexing fiber couplers fabricated with a microheater. Appl. Opt. 1996;35(9):1478–1484. https://doi.org/10.1364/ao.35.001478Дементьев С.Г., Ключник Н.Т., Кузнецов В.А., Яковлев М.Я. Волоконно-оптические демультиплексоры для систем передачи информации. Технология и конструирование в электронной аппаратуре. 2010;2:43–46.Dement’ev S.G., Klyuchnik N.T., Kuznetsov V.A., Yakovlev M.Ya. Fiber-optic demultiplexers for information transmission systems. Tekhnologiya i konstruirovanie v elektronnoi apparature = Technology and Design in Electronic Equipment. 2010;2:43–36 (in Russ.).Беспрозванных В.Г., Мосунова И.Д., Носова Е.А., Кривошеев А.И. Исследование характеристик сплавных волоконных разветвителей на основе изгибоустойчивого волокна. Прикладная фотоника. 2021;8(1):51–67.Besprozvannykh V.G., Mosunova I.D., Nosova E.A., Krivosheev A.I. Investigation of the characteristics of fusion fiber splitters based on bend-resistant fiber. Prikladnaya fotonika = Applied Photonics. 2021;8(1):51–67 (in Russ.).Ключник Н.Т., Дементьев С.Г., Кузнецов В.А., Яковлев М.Я. Одномодовые спектрально-селективные разветвители с повышенной механической стойкостью. Фундаментальные проблемы радиоэлектронного приборостроения. 2010;10(1):164–167.Dement’ev S.G., Klyuchnik N.T., Kuznetsov V.A., YakovlevM.Ya. Singlemode wavelength-selective splitters with increased mechanical resistance. Fundamental’nye problemy radioelektronnogo priborostroeniya = Fundamental Problems of Radioengineering and Device Construction. 2010;10(1):164–167 (in Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.