دانلود مقاله برق

چکیده

 یک کانکتور موج- فیبر به نام مدار موج نوری مسطحPlanar lightwave circuit (PLC) که برای تشخیص واسط قابل دریافت در ماژولهای نوری مبتنی بر PLC برای ساخت صفحات مدار نوری مقرون به صرفه طراحی شده در این مقاله مورد بررسی قرار خواهد گرفت.

 این کانکتور می تواند بین PLC و فیبرهای تک وضعیتی اتصال محکم و با چگالی بالا برقرار کند. تولید آن نیز هزینه زیادی لازم ندارد زیرا برای برقراری اتصال فیزیکی بین فیبر و PLC از نیروی الاستیک تولدی شده توسط خود فیبرها استفاده می کند. ما از یک کانکتور PLCی دوپلکس برای یک ماژول فرستنده و گیرنده نوری استفاده نموده و یک کانکتور PLCی چندگانه را برای ماژول نوری چند کاناله بکاربردیم که ضایعات اتصال را به 0.2,0.33 دسی بل رساندیم.

به علاوه، با این تحقیق مشخص شد که کانکتورها دارای دوام محیطی مناسبی میباشند همچنین از واسط های داخلی 2و34 کاناله در ماژول فرستنده و گیرنده استفاده کردیم. یک ماژول سوئیچ گرمایی-نوری نیز با بکارگیری کانکتور دوپلکس در ماژول ها و سه کانکتور چندگانه نیز بکاررفت.

1.مقدمه

شبکه های ارتباطی دارای سرعت و ابعاد زیاد در آینده نزدیکی و پس از معرفی سیستم هایی مثل شبکه های FTTH [1] و مالتی پلکسینگ با تقسیم پهنای خطوط بسیار متراکم (DWDM)موارد استفاده زیادی خواهند یافت. البته واضح است که هزینه و اندازه سیستمهای پردازش نوری با توجه به تکنولوژی کنونی افزایش خواهد یافت زیرا تعداد کانالهای مورد پردازش اضافه می شود. برای رفع این مشکل، نه تنها باید اجزای نوری را اصلاح کنیم بلکه باید روشهای بسته بندی نوری را نیز ارتقا بخشیده و از سیستم های سیم کشی فیبر نوری روی بردهای الکترونیکی استفاده کنیم تا کارایی، فشردگی و قیمت آن کاهش یابد.

اگرواسط را طوری طراحی کرد که به صورت یک کانکتور ماژول- فیبری نوری عمل کند، پروسه بسته بندی ماژول نوری را می توان تا حد قابل توجهی اصلاح کرد. در حال حاضر، با استفاده از ماژول های نوری متصل به فیبر می توان پروسه بسته بندی اقتصادی شامل سوارکردن اتوماتیک ماژول ها و دیگر اجزا را ارزیابی نمود. ماژول های دارای واسط receptacle امکان بکارگیری یک روش بسته بندی را فراهم
می کنند زیرا می توان از آنها بدون نیاز به pigtail استفاده کرد. روش های متعددی برای اتصال waveguide-fiber مجزا وجود دارند که عبارتند از :

1-فیبرهای کوتاه که بصورت شیارهای V شکل در لایه ای از Si قرار گرفته اند تا اتصال
 waveguide-fiber ثابت و یک کانکتور دارای بستهای حلقوی را ایجاد نمایند.[1]

2-یک کانکتور انتقال پذیر مکانیکی که در آن یکی از plugها توسط شیارهای V در لایه waveguide قرار گرفته است. [2],[3].

3-یک کانکتور فیبری بدون پوشش و فیبرهای کوتاه بین waveguide ها و کانکتور قرار گرفته اند.[4] .

شمای اول برای اتصال تکی یا دوتایی مناسب است .

شمای دوم و سوم به ترتیب برای ایجاد اتصالات 24 و 18 فیبری بکار می روند.

البته هر کدام از این شماها نمی توانند تمامی نیازهای اتصال تک حالته با اتلاف پایین و تراکم بالا و قیمت پایین را برآورده کنند.

در این مقاله یک کانکتور waveguide-fiber را به نام کانکتور مدار  PLC مورد بررسی قرار خواهیم داد. این کانکتور می تواند اتصال تراکم بالایی بین یک PLC  و فیبرهای تک حالته برقرار کند زیرا از فیبر بدون پوشش بجای حلقه و بست استفاده می کند و به این وسیله اتصال فیزیکی یا PC را برقرار می سازد..[5],[7] .

کانکتور PLC یکی از اجزای اصلی شمای بسته بندی مدار نوری به نام مدیریت فیبر روی بورد یا FMOB می باشد. برخلاف بسته بندی مدار رایج، که از سیم بندی و ترکیب فیبری جالبی برخوردار نیست FMOB سیستم سیم بندی فیبر نوری فشرده و مقرون به صرفه ای را ارائه می نماید.[8],[9].

در شکل یک این مدل را می بینید. ما کار خود را با توصیف اصول و ساختار اصلی این کانکتور PLC آغاز می کنیم و بعد به سراغ ساختار و شکل اصلی کانکتور PLCی دوپلکس پرداخته و کارایی نوری و نتایج تست قابلیت اعتماد را گزارش خواهیم کرد.[5],[6].

 در انتها به بررسی کارایی نوری، ساختار، و شکل اصلی کانکتور PLCی چند فیبره در ماژولهای نوری چند کاناله و کاربرد آن در ماژول سوئیچ نوری می پردازیم. [7].

شکل 1 : دیاگرام شماتیک بسته بندی مدار نوری به روش FMOB با استفاده  از بورد

سیم بندی فیبر و کانکتورهای پی.ال.سی.

2. اصول و ساختار کانکتور پی.ال.سی

اخیرا به شرح یک کانکتور فیبر نوری چندگانه به نام کانکتور FPC یا کانکتور تماس فیزیکی پرداخته ایم که ساخت فیبرهای نوری بدون پوشش را برای ایجاد ارتباطات PC کمک می کنند[10],[11].

کانکتور PLC از این روش اتصال پی.ال.سی برای ایجاد اتصال میان یک پی.ال.سی و endfaceها استفاده می کند. شکل 2 ساختار اصلی کانکتور PLCرا نشان می دهد که در آن یک waveguide در یک پی.ال.سی. مبتنی بر سیلیکا و یک فیبر به هم متصل می شود  قرار دارد . کانکتور به دو بخش تقسیم شده است :

 یک receptacle متصل به انتهای پی.ال.سی plug حاوی یک فیبر یک fiber guide دارای microhole  و قطر 125µm طوری به PLC endface متصل شده که microhole و محورهای waveguide دقیقا در یک ردیف قرار گیرند.

فیبر به مکان plug متصل شده و یک پایه تشکیل می شود و انتهای آن به مقدار ΔL از انتهای Plug بیرون می زند.

Endface های فیبر و PLC یک سطح صاف را تشکیل می دهند که توسط نیروی الاستیک در محورهای فیبر، بر محورهای نوری عمود می شود بنابراین نیروی buckling یا خمشی فیبر را خم می کند. اتصال PC بازتاب تداخل میان endfaceها را از بین می برد.

با استفاده از این روش اتصال، می توان انتظار داشت که کانکتور PLC دارای مزایای زیر باشد:

اتلاف اتصال کم (به دلیل اتصال مستقیم PLC وفیبر).

کارایی نوری با ثبات در نوسانات موقتی و همچنین عمر طولانی آن به دلیل عدم وجود حرکت index-matching در نقطه اتصال.

اتصال چندگانه با تراکم بالا بین فیبرها و PLC..

تولید کم هزینه کانکتور (به این دلیل که فنر و حلقه ای مورد استفاده قرار نمی گیرند).

ما اتصال پی.ال.سی با فشاردادن فیبر بر انتهای پی.ال.سی پس از تنظیم آن در fiber guide در شکل 3 نشان داده ایم. در اینجا فاصله میان fiber guide و fixture به اندازه L=7mm تنظیم شده و انتهای فیبر مانند شکل 3 سفت شده تا مساحت endface کاهش یابد. شکل 4 مثالی را از آزمایش جایگذاری و اتلاف بازگشت را در نقطه اتصال نیروی فشار محوری f در فیبر نشان می دهد. افزایش f به کاهش فاصله میان endfaceهامی انجامد و اتلاف جایگذاری کاهش می یابد ولی فقدان بازگشت به دلیل کاهش بازتاب تداخل، افزایش می یابد. ملاحظه می کنید که یک اتلاف بازگشت بالا و ثابت به مقدار بیشتر از 0.3 N ایجاد شده است. هنگامی که  مقدار آن به fb~0.7N می رسد. فیبر تا خورده و مقدار آن با تغییر مکان fixture  تغییر نمی کند. بطور کلی، نیروی خمشی به طول خمش بستگی دارد و اتصال پی.سی. در کمتر از 0.5 N برای فیبرهای دیگر ایجاد می شود. [10].

3. کانکتور پی.ال.سی. دوپلکس

در این بخش به طراحی کانکتور پی.ال.سی. دوپلکس می پردازیم که برای ساخت واسط receptacle در ماژولهای فرستنده گیرنده WDM نوری بکار می رود.[12]

شکل 2 : ساختار اصلی کانکتورپی.ال.سی الف: در حالت قبل از اتصال ب ) در حالت بعد از اتصال

شکل 3 : شکل آزمایشی اتصال پی.سی. میان پی.ال.سی و endfaceهای فیبر

شکل 4 : آزمایش جایگذاری و اتلاف بازگشت در نقاط اتصال waveguide و فیبر به صورت تابعی از نیروی فشار فیبر

شکل 5 : ساختار کانکتور پی.ال.سی دوپلکس

الف) ساختار و فابریکاسیون

شکل 5 ساختار کانکتورهای پی.ال.سی دوپلکس را برای اتصال فیبرها و waveguideها نشان می دهد. از یک پی.ال.سی مبتنی بر سیلیکا در انتهایی که دو waveguide با اختلاف Δ=45% و  فاصله گذاری 0.5mm   و فیبرسیلیکنی  Δ=0.3% استفاده نمودیم. مکان plug دارای دو فیبر بدون روپوش در  L=7mm و ΔL=30μm می باشد. این وضعیت نیروی خمشی برابر fb=0.7N  را تولید می کند که برای PC در بخش قبل مناسب بوده و اتلاف خمشی کمی را تولید می کند. endfaceهای سطح عمودی فیبرها توسط شکافتگی ایجاد می شوند. بعلاوه، انتهای فیبر مطابق شکل 6 نشان  داده شده است.

انتهای پی.ال.سی  که توسط بلوک شیشه ای تقویت می شود برای ایجاد یک سطح صاف با محلول فلوراید هیدروژن bufferشده روکش شده است (از این ماده برای کاهش اثرات تخریبی روکش دار کردن استفاده شده است).fiber guide ایجاد شده توسط بلوک شیشه ای دارای دو میکروسوراخ است که هر کدام قطری حدود 126µm و intervalی برابر waveguide می باشند. انتهای میکروسوراخ ها بصورت مخروطی توسعه یافته تا جایگذاری نرم فیبرها در میکروسوراخ ها راحت باشد. این کار با توجه به این امر انجام شده که انتهای فیبرها بصورت مایل قرار گرفته است. (chamfer)

Fiber guide به دقت و توسط یک کابل انعطاف پذیر UV چسبنده در مکانی متناظر با waveguideهای انتهای پی.ال.سی متصل شده اند و پس از آن یک روش تنظیم فعال مثل دو فیبر نظارت شده در میکروسوراخها قرار می گیرند.  دستگاهی که ما ساخته ایم می تواند این نوع اتصال فیبر را بصورت اتوماتیک انجام دهد. مکان receptacle  به تراشه پی.ال.سی و بسته پلاستیکی سفت شده است. مکان receptacle و پلاگ به روش تزریق- ذوب متصل شده است.  این بخشها از پلیمر کریستالی مایع با نسبت توسعه خطی کم حدود 0.5*10-5  ساخته  شده اند تا هنگام گرما امکان انبساط آن وجود داشته باشد.

هنگامی که پلاگ در receptacle (حفره) قرار می گیرد فیبرها در میکروسوراخهای متناظر قرار می گیرند تا اتصال PC را بتوان با خم کردن فیبر برقرار نمود. اتصال آن را می توان با بستن پلاگ به receptacle و با یک گره  سیم فلزی برقرار کرد. شکل 6 تصویری از کانکتور را نشان می دهد. این کانکتور در وضعیت متصل، پهنایی معادل 5 میلیمتر، ارتفاعی معادل 4 میلیمتر و طول 20 میلیمتر دارد. پی.ال.سی و بسته پلاستیکی مورد استفاده مشابه ماژول نوری هستند که کانکتور بر آن سوار شده است.

[1] - fiber-to-the-home