Componenti Optoelettronici ed Amplificazione Ottica

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1 Componenti Optoelettronici ed Amplificazione Ottica Nicola Ferrari Telecom Italia S.p.A.

2 Contenuti Introduzione Interazione luce materia Sorgenti LED Sorgenti Laser Fotorivelatori Amplificatori ottici a fibra attiva (EDFA) Attualità e conclusioni

3 Introduzione

4 Schema a Blocchi di un Impianto in Fibra Ottica Sorgente Trasduttore E/O Informazione Amplificatore Informazione Fotorivelatore Trasduttore O/E t

5 Interazione Luce - Materia

6 Interazione Luce - Materia La luce presenta una natura duale : Natura corpuscolare La luce è costituita da un insieme di fotoni aventi: velocità c=3 x 10 8 m/s; energia E=h x ν ; momento p=h x n x ν/c. Natura ondulatoria La luce è un onda elettromagnetica definita da: Ampiezza; Frequenza; Lunghezza d onda λ=c/ ν.

7 Spettro E.M. nella Regione Ottica Spettro dall UV all IR Vis: 0.4µm λ 0.7µm vis UV: 0.01µm λ 0.4µm UV IR: 0.7µm λ 1000µm IR λ = Tv = v f v = lunghezza d onda per una radiazione monocromatica c n λ0 = velocità di propagazione della luce in un mezzo c f lunghezza d onda della radiazione nel vuoto dove: c = velocità della luce nel vuoto f = frequenza della radiazione T = periodo della radiazione n = indice di rifrazione del mezzo v = velocità della luce nel mezzo considerato

8 Interazione Luce - Lateria Banda di conduzione E g, Energy Gap Assorbimento Emissione E g < h ν = h c λ Banda di valenza λg=hc/eg

9 Band Gap Energia E Energia del fotone hν=e dir Energia E Fonone di energia E f Energia del fotone hν=e dir -E f Momento k Momento k

10 Band gap Diretto e Indiretto esempio di semiconduttore a band gap diretto (GaAs( GaAs) numero d onda k (k=2π/λ) esempio di semiconduttore a band gap indiretto (Si)

11 Interazione Luce Materia Assorbimento, Emissione Spontanea, Emissione Stimolata Banda di conduzione Banda di conduzione Banda di conduzione Banda di valenza Assorbimento Silicio Germanio InGaAs FOTODIODI Banda di valenza Emissione Spontanea Condizioni: - bandgap diretto Materiali: - GaAs - InGaAsP LED Banda di valenza Emissione Stimolata Condizioni: - bandgap diretto - inversione di pop. Materiali: - GaAs - InGaAsP LASER

12 Emissione senza e con Inversione della Popolazione Banda di conduzione Banda di conduzione Senza inversione di popolazione Emissione spontanea Assorbimento Con inversione di popolazione Emissione spontanea Emissione stimolata Banda di valenza Banda di valenza

13 Sorgenti LED (Light Emitting Diode)

14 Sorgenti Ottiche - LED Struttura schematica di un LED ad emissione di superficie; la regione attiva è ristretta ad una zona circolare, adattata alle dimensioni del core della fibra (si accoppia sino all 1% della potenza ottica emessa). Con un cono di emissione di circa 120. fibra metallizzazione substrato substrato Strato n Strato p Isolante SiO 2 Isolante SiO 2 Metallizzazione Heat sink Strati della }eterogiunzione Regione attiva Contatto metallico circolare

15 Sorgenti Ottiche - LED Struttura schematica di un LED ad emissione laterale o di spigolo. Mentre un LED ad emissione di superficie ha un cono di emissione di circa 120, un LED ad emissione laterale è molto più direttivo (circa 30 ) nella direzione perpendicolare al piano della giunzione. Isolante SiO 2 Metallizzazione Strato p+ Strato p Strato n Substrato n+ Metallizzazione Heat sink Isolante SiO 2 Contatto strip definisce l area attiva Area attiva 30

16 Light Emitting Diode (LED) Emissione: superficie e spigolo Potenza: MMF -10dBm (100µW) SMF -20dBm (10µW) Larghezza Spettrale: Dl=40 100nm Frequenza max di Modulazione: f max < 300MHz λ 0 λ

17 Laser Sorgenti Laser (Light amplification by stimulated Emission of Radiation)

18 Emissione Stimolata condizioni necessarie 1) Band gap diretto 2) Inversione di popolazione E 3 E 4 Decadimento rapido pompaggio f 0 =(E 2 -E 1 )/h Decadimento rapido E 2 pompaggio f 0 =(E 3 -E 2 )/h Emissione stimolata E 3 E 2 Emissione stimolata Decadimento rapido E 1 E 1

19 Cavità Fabry - Perot Processo di oscillazione (Retroazione ottica) L, lunghezza della cavità Mezzo attivo Uscita ottica Specchio posteriore Coefficiente di riflessione di Fresnel R 2 Specchio anteriore n 1 = Per n=3.5 R 30% n + 1

20 Laser a Cavità Fabry - Perot

21 LASER Fabry - Perot Iniezione di corrente Modo dominante specchio Regione attiva specchio Uscita ottica perdite guadagno L Modi longitudinali f= GHz 10 THz Aumentando l iniezione di corrente, aumenta il guadagno del mezzo, fino a quando i modi prossimi al picco del guadagno raggiungono la soglia laser.

22 Curva Caratteristica del Laser e Condizioni di Soglia Pot. Ottica di uscita (mw) EMISSIONE SPONTANEA EMISSIONE STIMOLATA LASER CORRENTE DI SOGLIA Light Amplification by Stimulated Emission of Emissione spontanea (LED) Corr. di ingresso (ma) Radiation alfa(p)=perdite interne della cavità alfa(u)=potenza in uscita dal laser. G=α(p)/ α(u) Alla soglia il guadagno deve uguagliare tutte le perdite in cavità

23 LASER Multimodali (1) L ampiezza spettrale rappresenta un limite al bit rate a causa della dispersione cromatica generata in fibra. Lo spettro tende a restringersi quanto più si supera la soglia. Potenza ottica di uscita Corrente di pilotaggio del LASER

24 Corrente di Soglia e Temperatura Pot. Ottica di uscita (mw) 20 C 35 C 65 C 50 C Corr. di ingresso (ma)

25 LASER Multimodali (2) Potenza ottica di uscita Corrente di pilotaggio del laser Lunghezza d onda

26 Laser a Guida di Guadagno e di Indice a laser a guida di guadagno b c HIGH BANDGAP MATERIAL d laser a guida d indice

27 FP LD: Caratteristiche Laser Gain Guided e Index Guided Potenza: Tipica 0 dbm (1 mw) Larghezza Spettrale: Dl=1 6 nm Frequenza di Modulazione: f max < 20GHz λ 0 λ

28 Struttura Interna del Laser FIBRA TERMISTORE FOTODIODO CELLA PELTIER LASER

29 Struttura Interna del Laser FIBRA TERMISTORE CELLA PELTIER FOTODIODO LASER

30 Struttura Interna del Laser E mostrato, schematicamente, un laser buried heterostructure del tipo a guida di indice forte. n InP contatto p InP n InP Strato attivo InGaAsP p InP p InP n InP Substrato n + InP Θ L 5-10 Θ T 30-50

31 Laser a Singola Riga di Emissione: Distributed Feed Back LD (DFB) Distributed Bragg Reflector (DBR) Λ GRATING Esempio: Condizione di Bragg Λ = m(λ0/2nmedio) Da cui si ricava: 2 Λ n λo = m con" m" intero Se si vuole che il laser DFB emetta a λb = 1.55 µm, utilizzando nella legge di Bragg m = 1 e nmedio= 3.3, si ottiene che il passo del reticolo deve essere Λ 235 nm.

32 Laser a Singola Riga di Emissione: Distributed Feed Back LD (DFB) Distributed Bragg Reflector (DBR) LASER DFB Tipo P STRATO ATTIVO Tipo N LASER DBR Tipo P STRATO ATTIVO Tipo N

33 Laser a Singolo Modo Longitudinale Applicando al laser un filtro selettivo in frequenza che selezioni solo la potenza del modo principale si ottiene un laser a singolo modo longitudinale. Ciò si realizza con: a) LD a retroazione distribuita (DFB e DBR); b) LD a pozzi quantici multipli (MQW); c) LD a cavità verticale (VCSEL). perdite Modo dominante MSR=P mf /Pml max MSR LD 30 db guadagno Modi longitudinali Df = GHz 10 THz

34 DFB e DBR LD: Caratteristiche DFB - DBR Potenza: Tipica 0 dbm (1 mw) Larghezza Spettrale: Dl= nm f=10 MHz Frequenza di Modulazione: Wavelength 1530 (nm 154 f max < 80GHz Wavelength (n Rel. amplitude (db) Rel. amplitude (db)

35 Laser a Pozzi Quantici Multi Quantum Well (MQW) InP:Fe InP:Zn InP:Sn (buffer) Struttura SI-BH (eterostruttura sepolta, semiisolante) Processo MOCVD per la realizzazione di un laser MQW con strati InGaAsP/ InGaAsP. L=250 mm I th =6mA-20 C I th =25 ma-80 C F mod. = 10 GHz

36 Laser a Cavità Verticale Vertical Cavity Surface Emitting Laser (VCSEL) Passivato (SiO 2 ) contatto contatto p-serie di specchi Vista dall alto Vertical Regione Attiva Confinamento superiore Confinamento inferiore n-serie di specchi substrato n-gaas contatto 12 µm Regione di conduzione Regione attiva molto corta (specchi ad alta riflettività) Non richiede fotodiodo di monitor nè feedback sulla potenza Cavity Surface Emitting Laser

37 VCSEL Laser a Cavità Verticale P < 1mW λ = 850 nm o 980 nm (dimostrato a 1290 nm) Ith<5mA fascio circolare a bassa divergenza

38 VCSEL Modulo Parallelo Connessioni ottiche senza bisogno di allineamento L allineamento laterale è garantito da un elemento di riferimento Perdite di accoppiamento sono di circa 0.5 db

39 Spettri di Emissione (riassunto) L emissione spontanea produce una radiazione incoerente e di scarsa monocromaticità. Questo vuol dire che lo spettro di emissione del LED è piuttosto largo. Il LASER invece è caratterizzato dall avere uno spettro stretto, grazie all emissione stimolata ,5 0,5 0, LED nm nm nm LASER multimodo LASER monomodo

40 Sorgenti: Riassunto Sorgenti LED LASER λ λ = 1 6 nm Fabry-Perot DFB λ = nm f=10mhz λ 0 λ = nm λ Rel. amplitude (db) λ Wavelength (nm)

41 Fotorivelatori

42 Fotorivelatori Se il materiale è investito da una potenza ottica P, un flusso di elettroni e lacune, in presenza di un opportuno campo elettrico, può attraversare il dispositivo, e originare una fotocorrente Ip, data da I p = R P Essendo R la responsività (A/W) del dispositivo. La responsività è correlata all efficienza quantica η secondo la relazione: η= rate di generazione di elettroni rate di arrivo di fotoni = hν q R q carica dell elettrone

43 Fotodiodi Fotodiodi PIN Alta velocità Bassa sensibilità APD Bassa Velocità Alta sensibilità

44 Fotodiodo Positive Intrinsic Negative (PIN) Struttura schematica di un fotodiodo PIN e distribuzione del campo elettrico per polarizzazione inversa. hν Zona p Zona i Zona n Campo elettrico

45 Fotodiodo Avalance Photo Diode (APD) Struttura schematica di un fotodiodo APD e distribuzione del campo elettrico per polarizzazione inversa. hν Zona p + Zona i p Zona n + Campo elettrico

46 Amplificatori Ottici (EDFA)

47 Un po di Storia: dagli Elettroni ai Fotoni Sistemi analogici con amplificazione elettronica a valvole e a transistor T AE AE AE T 4-9 km Sistemi con rigenerazione effettuata mediante conversione optoelettronica T 3R 3R 3R T 135 km Sistemi con amplificazione ottica T AO AO AO 90 km Fibra attiva Isolatore ottico WDM Isolatore ottico LASER FILTRO T T = AE= Apparati terminali Amplificatore elettronico R = AO = Rigeneratore optoelettronico Amplificatore ottico

48 Sistemi di Trasmissione: Come aumentare il prodotto capacità-distanza SDM : (Space Division Multiplexing) 2.5-Gbit/s transmitter 2.5-Gbit/s transmitter 2.5-Gbit/s transmitter 2.5-Gbit/s trasmettitore 2.5-Gbit/s receiver 2.5-Gbit/s receiver 2.5-Gbit/s receiver 2.5-Gbit/s ricevitore TDM : (Time Division Multiplexing) WDM : (Wavelength Division Multiplexing) 10-Gbit/s trasmettitore 2.5-Gbit/s trasmettitore 2.5-Gbit/s trasmettitore 2.5-Gbit/s trasmettitore 2.5-Gbit/s trasmettitore M U X 10-Gbit/s rigeneratore 10-Gbit/s ricevitore D E M U X 2.5-Gbit/s ricevitore 2.5-Gbit/s ricevitore 2.5-Gbit/s ricevitore 2.5-Gbit/s ricevitore Senza bisogno di fibra addizionale Senza bisogno di rigeneratori

49 Evoluzione dei Sistemi di Trasmissione (1) TDM 1. LED MMF,0.85 Qualche centinaia di Mb/s pochi km TX RG RG RG RG RG RG RX Limitazione: dispersione modale 2. MM laser SMF: 1.3 Qualche centinaia di Mb/s 40 km TX RG RG RG Pochi Gb/s RX Limitazione: attenuazione 3. SLM laser Capacità di 10-Gbit/s su oltre 100 km di fibra NDSF SMF: km TX RG RG RX Limitazioni: attenuazione e dispersione cromatica

50 Evoluzione dei Sistemi di Trasmissione (2) WDM SM laser TX 1 TX 2 TX n km Lunga distanza Edfa/ofa/Raman pump km Gb/s x 128 waves (molti Tb/s) RX RX RX Limitazioni: dispersione cromatica; dispersione di polarizzazione; effetti non lineari

51 Multiplazione La multiplazione di canale serve a sfruttare al massimo la capacità del sistema trasmettendo molti canali simultaneamente. TDM (Time Division Multiplexing) : bit associati a canali differenti vengono intervallati nel dominio del tempo per formare flussi di bit. FDM (Frequency Division Multiplexing): i diversi canali sono spaziati nel dominio della frequenza. Ogni canale avrà la propria portante. Nel dominio ottico FDM WDM.

52 Wavelenght Division Muliplexing (WDM) WDM: tecnica di multiplazione che consente di trasmettere contemporaneamente su una singola fibra ottica una molteplicità di segnali generati da sorgenti laser diverse, accordate su diverse lunghezze d onda indicate in genere come λ. DWDM: Dense WDM la differenza tra le lunghezze d onda di canali adiacenti è inferiore a 1nm. In un sistema DWDM tutti i canali sono allocati in una stessa finestra di trasmissione.

53 Le Bande WDM

54 Sistemi Dense Wavelenght Division Muliplexing (DWDM) Schema di principio di un verso trasmissivo di un sistema DWDM monodirezionale Ogni canale ottico è rappresentato schematicamente dal proprio spettro in frequenza. Accoppiatore passivo N:1 : convoglia gli N segnali generati dai laser verso una unica fibra di uscita. Per permettere ai dispositivi posti in ricezione di filtrare in frequenza e quindi separare i segnali, le λ dei laser devono essere diverse. Amplificatore di lancio o di potenza (booster): serve a recuperare l attenuazione introdotta dall accoppiatore passivo e lanciare in fibra una potenza sufficientemente elevata.

55 Criticità della Trasmissione ad Alta Velocità (1) Tecnologia chiave per la realizzazione dei sistemi ottici di trasmissione (TDM o WDM) ad elevatissima capacità trasmissiva: amplificatore ottico a fibra attiva drogata con erbio (EDFA)

56 Criticità della Trasmissione ad Alta Velocità (2) Gli EDFA consentono di compensare l attenuazione della fibra ottica ma: comportano l accumulo degli effetti dispersivi (dispersione cromatica e di polarizzazione) causano l insorgenza di effetti legati alla risposta non lineare della fibra ottica possono operare solo nell intervallo di lunghezza d onda tra 1530 e 1565 nm (banda C) Al crescere della capacità trasmissiva i sistemi ottici di trasmissione (TDM o WDM) risultano più vulnerabili agli effetti di distorsione del segnale!!!!

57 Confronto tra EDFA e Rigeneratore Elettronico 3R

58 Amplificazione Ottica Banda di conduzione Con inversione di popolazione Emissione spontanea Emissione stimolata Banda di valenza In un sistema energetico a due livelli, se un fotone di energia hv che si propaga nel materiale può interagire con un elettrone sul livello l 2 riuscendolo a farlo saltare sul livello l 1, durante questa transizione si ha un emissione di un altro fotone in accordo di fase e di frequenza con il fotone che lo ha generato.

59 Amplificazione Ottica λ p λ 1 λ p λ 2 λ n λ ase λ 1 λ 2 λ n λ ase Ioni di Erbio Er 3+ con densità fino a ioni/cm 3

60 Amplificazione Ottica EDFA: Erbium Doped Fiber Amplifier 1) Il laser di pompa stimola gli ioni di erbio al livello stabile 4 I 15/2 facendo saltare gli elettroni al τ= 1µS 4 I 11/2 livello instabile 4 I 11/2 4 I 2) Il livello instabile 4 I 13/2 11/2 viene abbondanato velocemente con restituzione di energia sotto forma di vibrazione del reticolo (calore). 980 nm 1480 nm τ= 14mS 4 I 15/2 3) Gli elettroni al livello metastabile 4 I 13/2, interagendo con la radiazione del segnale da amplificare, generano una emissione stimolata in accordo di fase e di frequenza col segnale stesso.

61 Amplificazione Ottica Accoppiatore Fibra Attiva Ingresso Isolatore Uscita Laser di Pompa Configurazione di pompaggio per un amplificatore a fibra attiva di tipo propagante. BASSO RUMORE: PREAMPLIFICATORE IN RX

62 Amplificazione Ottica Fibra Attiva Accoppiatore Ingresso Isolatore Uscita Configurazione di pompaggio per un amplificatore a fibra attiva di tipo contro-propagante. MAX POTENZA IN USCITA: BOOSTER Laser di Pompa

63 Amplificazione Ottica Fibra Attiva Accoppiatore Accoppiatore Ingresso Isolatore Uscita Laser di Pompa Laser di Pompa Configurazione di pompaggio per un amplificatore a fibra attiva di tipo bidirezionale.

64 Amplificazione Ottica Il guadagno G La potenza di saturazione La cifra di rumore

65 Amplificazione Ottica Si definisce Guadagno Totale della fibra attiva, di lunghezza l, la seguente grandezza: P sig (l) G = Psig (0) 50 G [db] 40 P in = -40 dbm P in = -30 dbm Dove P sig (l) è la potenza totale in uscita e P sig (0) è la potenza in ingresso. Valori tipici: da 30 a 35 db ma sono possibili anche valori da 45 a 50 db P in = -20 dbm P in = -10 dbm P Pin = 0 dbm Curva di saturazione λ [nm]

66 Amplificazione Ottica Si definisce Cifra di rumore dell amplificatore ottico, la seguente grandezza: [S/N] in NF = [S/N]out Dove [S/N] in e [S/N] out rappresentano rispettivamente il rapporto segnale rumore all ingresso e all uscita dell amplificatore. Nelle applicazioni pratiche, la cifra di rumore dipende in modo sensibile dalla lunghezza d onda di pompaggio. Per gli EDFA pompati a 980 nm è generalmente nell ordine dei 6 db.

67 Caratteristiche Trasmissive di un EDFA I parametri caratteristici di un amplificatore ottico sono: 1) il guadagno > 30 db 2) la potenza massima di uscita > 15 dbm 3) la cifra di rumore: 4-6 db Il loro valore dipende: a) lunghezza della fibra attiva e drogaggio in erbio; b) potenza e lunghezza d onda del laser di pompa (980 nm /1480 nm); c) configurazione di pompaggio ( copropagante; contropropagante; bidirezionale)

68 Attualità e Conclusioni

69 Crescita delle Applicazioni WDM

70 L era del Terabit I. 1980: l= 0.8 mm (multimodali), B=45Mb/s, L=10km limitate da perdite e dispersione II. anni 80: λ=1.3µm (monomodali), B~1.7Gb/s, L=50km, perdite ~0.5 db/km (comm. 87) III. anni 80-90: λ=1.5µm (monomodali), B~2.5-10Gb/s, L=60-70km, perdite ~0.2 db/km (comm. 90) IV. anni 90: amplificatori ottici + multiplazione a divisione di lunghezza d onda (WDM), B~5Gb/s, L=100km, (comm. 96) (TAT13: 5Gbit/s) V. fine anni 90: in campo sistemi DWDM a 2.5 Gb/s a 8 λ e 12 λ (pari a 20 Gb/s e 30 Gb/s) su rete nazionale. 1998: sistema AC- 1 (Atlantic Crossing) consente una capacità di 40 Gb/s, estendibile fino a 80 Gb/s). VI. 2001: sistema Flag Atlantic 2.4Tb/s!!! L era del Terabit è iniziata

71 Dense Wavelength Division Multiplexing. UN NUOVO RECORD MONDIALE NELLA TRASMISSIONE OTTICA!!!! LA PIU LUNGA LINEA DWDM NON RIGENERATA: 160 CANALI A 40 Gbit/s DWDM IN UN COLLEGAMENTO CON TRATTE MAGGIORI DI 1000 Km. IL SISTEMA COSTITUSCE PARTE DEL BACKBONE DI CHINA UNICOM LUNGO Km!!

72 Dense Wavelength Division Multiplexing. IL SISTEMA DENOMINATO TRANSXPRESS INFINITY CONSENTE SU UNA COPPIA DI FIBRE FINO A 20 MILIONI DI COMUNICAZIONI ISDN SIMULTANEE ED INCREMENTA DI 640 VOLTE LA VELOCITA E LA CAPACITA DI INTERNET PER IL TRASPORTO DI DATI E VIDEO!!!!

73 Dense Wavelength Division Multiplexing. TRANSXPRESS INFINITY E L ULTIMO PRODOTTO DWDM IN GRADO DI SUPERARE 15 TRATTE AD OLTRE 20 db FINO AD UN MAX DI 1500 Km SENZA RIGENERAZIONE ELETTRICA INTERMEDIA!!

74 Rete in Fibra di Telecom Italia AOSTA TORINO ALESSANDRIA SAVON A GENOVA MILANO (3) BRESCIA BOLZANO VERONA PADOVA PIACENZA BOLOGNA PISA CIVITAVECCHIA FIRENZE UDINE * VENEZIA PERUGIA ROMA IN TRIESTE ANCONA PESCARA Rete di giunzione: 2.4 milioni chilometri Rete di accesso: chilometri SASSARI GOLFO ARANCI ROMA LA POMEZIA NOLA NAPOLI SALERNO FOGGIA POTENZA BARI TARANTO CASTROVILLARI CAGLIARI LAMEZIA CATANZARO PALERMO MESSINA CATANIA REGGIO CALABRIA

75 Reti Ad Anello Totalmente Ottiche

76 OXC (Optical( Cross Connect) N ingressi N uscite M porte locali Σ i λ i Σ i λ i Σ i λ i Σ i λ i OXC λ converters Σ i λ i Σ i λ i Σ i λ i Σ i λ i Local Tx and Rx Instradamento di λ; Inserzione / estrazione di uno o più lambda da un multiplo WDM; conversione di λ Reti magliate

77 Tecnologia delle Matrici Ottiche degli OXC ELEMENTO FONDAMENTALE: COMMUTATORE DI λ; SCOPO: TECNOLOGIE: TRASFERISCE UNA PORTANTE OTTICA DA UNA PORTA DI INGRESSO AD UNA DI USCITA; a) NELLO SPAZIO LIBERO (FREE SPACE) b) IN GUIDA D ONDA (GUIDED WAVE)

78 Commutatori Free Space / Guided Wave FREE SPACE DEVIA IL FASCIO LUMINOSO DA UNA PORTA ALL ALTRA IMPIEGANDO SUPERFICI RIFLETTENTI (SPECCHI) O ELEMENTI RIFRANGENTI (PRISMI); GUIDED WAVE DEVIA IL FASCIO LUMINOSO DA UNA PORTA ALL ALTRA IMPIEGANDO GUIDE D ONDA O ELEMENTI ATTIVI ELETTRO-OTTICI O TERMO-OTTICI CHE DEVIANO LA TRAIETTORIA DEL FASCIO LUMINOSO.

79 Commutatori Free Space MICRO-MACHINED ELECTRO-MECHANICAL SYSTEMS (MEMS); PRINCIPIO: INSERZIONE DI UNO O PIU SPECCHI MOBILI SULLA TRAIETTORIA DEL FASCIO LUMINOSO CONTROLLABILI ELETTRICAMENTE. MATRICI 3D E MATRICI 2D 3D/2D SI RIFERISCE AI GRADI DI LIBERTA DEGLI SPECCHI: 3D: POSSIBILITA DI RUOTARE LUNGO 2 ASSI ORTOGONALI; 2D: POSSIBILITA DI RUOTARE LUNGO 1 ASSE; LA DISTANZA TRA GLI SPECCHI E DI 1 mm; DIAMETRO DI CIASCUN SPECCHIO 0.5 mm.

80 Micro-Electro Mechanical Systems (MEMS): L Crossconnect Optical MEMS 2-D - con funzione add/drop L approccio 2-D I microspecchi e le fibre sono disposti su un piano, gli specchi possono assumere solo due posizioni possibili (ON - OFF) Un grande vantaggio di questo approccio è nella semplicità di controllo: un driver che fornisce il livello di tensione necessario a ogni microspecchio per posizionarsi.

81 Matrice di Commutazione Ottica (MEMS) Specchi sollevabili Controllo digitale In spazio libero Specchi a scorrimento Controllo digitale In ottica guidata

82 MEMS: Microspecchi Le loro dimensioni tipiche si misurano in micron combinano circuiteria elettronica con strutture meccaniche Optical-crossconnect MEMS con array di specchi 2-D 8x8 Per ottenere switches ottici i componenti chiave sono specchi microlavorati in tecnologia MEMS, realizzati su piastrine di silicio.

83 Matrice Spaziale in Micromeccanica MEMS Fibre I/O Riflettore Specchi inclinabili MEMS a 2-assi Lenti focalizzatrici Intrinsecamente trasparente al bit rate e al formato di modulazione. Interconnessione ottica in spazio libero. Ottica compatta (~25mm x 50mm x 50mm per un OXC 256x256). Tempo di commutazione < 5msec. Diafonia <-50dB

84 Matrice di Specchi a Micromeccanica (MEMS) «WAVESTAR (tm) LAMBDA ROUTER» (la tecnologia Lucent)

85 «WAVESTAR (tm tm) LAMBDA ROUTER» Elementi di deflessione per un cross-connect ottico 256 x 256 Passo specchi 1mm, diametro specchi 0.5mm Montaggio cardanico a flessione su 2 assi

86 Grazie Nicola Ferrari Telecomitalia S.p.A. Tel