光纤通信光纤线路技术及器件 波分复用器件ppt课件

1、波分复用器件波分复用器件(WDM)(WDM)n波分复用技术是在一根光纤中传输多个波分复用技术是在一根光纤中传输多个波长信号从而提高传输容量的一种技术。波长信号从而提高传输容量的一种技术。n波分复用器件包含光分波器和光合波器，波分复用器件包含光分波器和光合波器，它的作用是将多个波长不一的信号光融它的作用是将多个波长不一的信号光融入一根光纤或者将交融在一根光纤中的入一根光纤或者将交融在一根光纤中的多个波长不一的信号光分路。多个波长不一的信号光分路。n主要有光栅型、干涉滤波片型、阵列光主要有光栅型、干涉滤波片型、阵列光波导型和熔锥型四种根本方式。波导型和熔锥型四种根本方式。AB单纤双向传输棱镜型光栅

2、型光栅型n光栅是指具有周期性透射或反射构造的器件。光栅是指具有周期性透射或反射构造的器件。不同频率的光照射光栅时，由于衍射效应，透不同频率的光照射光栅时，由于衍射效应，透射或反射光将以不同的空间角度传播，就可将射或反射光将以不同的空间角度传播，就可将不同频率的光在空间进展合波或分波。不同频率的光在空间进展合波或分波。 闪耀光栅剖面图闪耀光栅剖面图l ln nBOE1l1 l1 lnlnL1L2l1l1F1透射式二元光学波分复用器件透射式二元光学波分复用器件干涉滤波片型干涉滤波片型n采用干涉滤波片来实现不同波长的光的采用干涉滤波片来实现不同波长的光的分别，实现分分别，实现分/ /合波功能。合波功

3、能。n由于采用了微等离子体镀膜技术，介质由于采用了微等离子体镀膜技术，介质膜窄带滤光片的光学性能有了很大改善，膜窄带滤光片的光学性能有了很大改善，工艺也较为成熟。透过率高，带宽窄，工艺也较为成熟。透过率高，带宽窄，中心波长温度系数可小于中心波长温度系数可小于3pm/3pm/C C。同时，。同时，DWDMDWDM系统市场的日益增长也使多腔介质系统市场的日益增长也使多腔介质膜窄带滤光片的批量本钱降低。膜窄带滤光片的批量本钱降低。干涉滤波片干涉滤波片l l0 , l l1，l lnl l1， l lnl l0n1L1n2L2腔 3腔 2腔 1反射介质玻璃衬底介质薄膜滤波器的传输谱介质薄膜滤波器的传输

4、谱0.9964030200100.99811.0021.0043腔2腔1腔l0 / l滤波器的传输谱 / dB介质薄膜型波分复用器件介质薄膜型波分复用器件信道信道1信道信道2信道信道8信道信道7窄带滤波器窄带滤波器l l1, l l8l l1l l2l l8l l7公共端公共端1547.71555.71562.1-450介质膜波分复用器件各信道上光传输特性介质膜波分复用器件各信道上光传输特性波长波长(nm)功功率率波分复用技术的开展n1310nm/1550nm窗口的波分复用窗口的波分复用:n仍用于接入网，很少用于长间隔传输仍用于接入网，很少用于长间隔传输n1550nm窗口的密集波分复用窗口的密

5、集波分复用(DWDM):n广泛用于长间隔传输广泛用于长间隔传输n1550nm窗口的稀疏波分复用窗口的稀疏波分复用(CWDM):n用于城域网用于城域网DWDMnDense Wavelength Division MultiplexernITU-T G692n信道间隔：信道间隔： nm量级量级nDlDfn1.6nm100Gn0.8nm50Gn0.4nm25GFrequency(THz)Wavelength(nm)Frequency(THz)Wavelength(nm)196.11528.77193.11552.52196.01529.55193.01553.33195.91530.33192.91

6、554.13195.81531.12195.81554.94195.71531.9192.71555.75通道号中心波长中心频率4 波系统8 波系统16 波系统32 波系统11535.82195.2*21536.61195.1*31537.40195.0*41538.19194.9*51538.98194.8*61539.77194.7*71540.56194.6*81541.35194.5*91542.14194.4*101542.94194.3*111543.73194.2*121544.53194.1*131545.32194.0*141546.12193.9*151546.92193.

7、8*161547.72193.7*171548.51193.6*181549.32193.5*1 19 91 15 55 50 0. .1 12 21 19 93 3. .4 4*201550.92193.3*2 21 11 15 55 51 1. .7 72 21 19 93 3. .2 2*221552.52193.1*2 23 31 15 55 53 3. .3 33 31 19 93 3. .0 0*241554.13192.9*2 25 51 15 55 54 4. .9 94 41 19 92 2. .8 8*261555.75192.7*271556.55192.6*281557

8、.36192.5*291558.17192.4*301558.95192.3*311559.79192.2*321560.61192.1*CWDMnCoarse Wavelength Division Multiplexern稀疏波分复用、粗波分复用稀疏波分复用、粗波分复用n信道间隔：信道间隔： 20nmn常用的波长为常用的波长为1470nm、1490nm、1510nm、1530nm、1550nm、1590nm以以及及1610nm。n正在思索正在思索1290nm、1310nm、1330nm、0nm、0nm、1400nm、1420nm、1440nm阵列光波导型阵列光波导型(AWG)nArraye

9、d Waveguide GratingAWGl1,l2,l3,l41111l1,l2,l3,l42222l1,l2,l3,l43333l1,l2,l3,l44444l1,l2,l3,l41234l1,l2,l3,l44123l1,l2,l3,l43412l1,l2,l3,l42341熔锥型熔锥型n利用消逝波耦合原理进展分波或合波，即经利用消逝波耦合原理进展分波或合波，即经过熔拉两根单模光纤使两根光纤的纤芯相互过熔拉两根单模光纤使两根光纤的纤芯相互充分接近，两个基模经过消逝波变为耦合模，充分接近，两个基模经过消逝波变为耦合模，因此光功率可互易地由一根光纤转移到另一因此光功率可互易地由一根光纤转移

10、到另一根光纤。根光纤。n功率转移的大小与输入的两光波长和光纤的功率转移的大小与输入的两光波长和光纤的纤芯间距以及相互作用长度有关。可以经过纤芯间距以及相互作用长度有关。可以经过调理纤芯距和耦合长度来实现合波与分波。调理纤芯距和耦合长度来实现合波与分波。n它的优点是制造容易，运用方便，缺陷是复它的优点是制造容易，运用方便，缺陷是复用的两波长差较大，不适宜于密度波分复用。用的两波长差较大，不适宜于密度波分复用。 光梳状滤波器光梳状滤波器(Interleaver) n一种三端口光分波一种三端口光分波/ /合波安装合波安装 25GHzInterleaver50GHzInterleaver100GHzI

11、nterleaver50GHzInterleaver200GHz Demux200GHz Demux200GHz Demux200GHz Demux200GHz Demux200GHz Demux200GHz Demux200GHz Demux100GHzInterleaver100GHzInterleaver100GHzInterleaver基于偏振干涉的光梳状滤波器基于偏振干涉的光梳状滤波器n偏振干涉系统：起偏器偏振干涉系统：起偏器P1、双折射晶体平行、双折射晶体平行平板及检偏器平板及检偏器P2 P1P2XZXYP145XYSFn透过起偏器的光场的振幅为透过起偏器的光场的振幅为A0A0，光

12、经过，光经过双折射晶体平行平板后在双折射晶体平行平板后在X X、Y Y方向的分方向的分量分别为量分别为n no no和和nene分别为寻常光和非常光的折射率分别为寻常光和非常光的折射率 )/2exp(45sin)/2exp(45cos00lleyoxLnjAALnjAAXYP245)(2exp1)2exp(21)2exp()2exp(2145sin45cos002lllleoeoeyxPnnLjLnjALnjLnjAAAA)(2exp12leoPnnLjAXYP245)(, 2, 1, 0)(, 2, 1, 0)(000nnLcnnnLncnnnnLenennennlXYP245)(2exp1

13、)2exp(21)2exp()2exp(2145sin45cos002lllleoeoeyxPnnLjLnjALnjLnjAAAAXYP245)(2exp12leoPnnLjA)(, 2, 1, 0)(2) 12(, 2, 1, 0212)(000nnLcnnnLcnnnnnLenennennl偏振滤波器偏振滤波器XYP245XYP245, 2, 1, 0)(0nnnLncenn, 2, 1, 0)(2) 12(0nnnLcnennP1P2XYP145波分复用器件的性能目的 n中心波长及任务范围中心波长及任务范围n插入损耗插入损耗n波长隔离度、串扰：波长隔离度、串扰：n远端串扰系数远端串扰系数

14、 近端串扰系数近端串扰系数 WDMl1l1P1(l1)P2(l1)2112lg10PPAWDMl1l1P1(l1)P2(l1)2112lg10PPAlllll22cfdcdfcfAWG l2 l3 l4 l2 l3 l4 l2 l3 l4 l2 l3 l4 l2 l2 l3 l3 l4 l4 l2 l2 AWGl1 l2 l3 l4l1 l2 l3 l4l1l1 l2 l2 l3 l3 l4 l4 AWGl1 l2 l3 l4l1 l2 l3 l4l1l1 l2 l2 l3 l3 l4 l4 光纤通讯波段nS+：14501490nmnS：14901530nmnC：15301570nmnL：15

15、701610nmnL+：16101650nm密集波分复用中的光源技术密集波分复用中的光源技术 nDWDM系统中，信道间距小，各个光通道的系统中，信道间距小，各个光通道的波长稳定性极为重要。波长稳定性极为重要。ITU-T G.692规定了规定了DWDM系统中每通道允许的波长最大偏移量系统中每通道允许的波长最大偏移量小于小于1/5通道间隔。通道间隔。nDWDM系统中运用的主要为系统中运用的主要为DFB激光器，激激光器，激光器管芯的温度变化会引起资料折射率及腔光器管芯的温度变化会引起资料折射率及腔长的变化，引起激光器的波长变化；激光器长的变化，引起激光器的波长变化；激光器的老化同样会引起激光器的波长

16、漂移，有必的老化同样会引起激光器的波长漂移，有必要采用外部波长基准锁定激光器的波长。要采用外部波长基准锁定激光器的波长。n激光器波长的稳定技术就分基于温度反响的激光器波长的稳定技术就分基于温度反响的波长控制技术和基于波长反响的波长控制技波长控制技术和基于波长反响的波长控制技术。术。 基于温度反响的波长控制技术基于温度反响的波长控制技术 局限性局限性 n温度反响波长稳定系统对于温度是闭环，温度反响波长稳定系统对于温度是闭环，而对于波长那么是开环。而对于波长那么是开环。nDFBDFB激光器的波长不仅与激光器的管芯温激光器的波长不仅与激光器的管芯温度、注入电流等有关，还与激光器管芯度、注入电流等有关

17、，还与激光器管芯的端面反射率有关。随着外界环境温度的端面反射率有关。随着外界环境温度的变化及激光器的老化，激光器的波长的变化及激光器的老化，激光器的波长都会发生变化。都会发生变化。 基于波长反响的波长锁定技术基于波长反响的波长锁定技术 波长检测方法波长检测方法 n利用原子的受激态吸收谱线及分子的振利用原子的受激态吸收谱线及分子的振动谱线动谱线n利用无源滤波器的通带滤波特性，经过利用无源滤波器的通带滤波特性，经过检测透过的光信号的强度变化来判别光检测透过的光信号的强度变化来判别光信号波长偏移，目前信号波长偏移，目前DWDMDWDM可以采用这种可以采用这种方法锁定激光器的波长方法锁定激光器的波长

18、采用介质膜滤波片的波长锁定器采用介质膜滤波片的波长锁定器 光外调制光外调制n内调制：直接改动半导体激光器的注入电流内调制：直接改动半导体激光器的注入电流来进展的，不顺应于高调制速率系统。来进展的，不顺应于高调制速率系统。n外调制：当功率恒定的激光束进入利用电光外调制：当功率恒定的激光束进入利用电光效应、磁光效应、声光效应和其他效应制造效应、磁光效应、声光效应和其他效应制造的光外调制器时，其输出端可以得到调制的的光外调制器时，其输出端可以得到调制的信号光。信号光。LD外调制器外调制器调制的调制的信号光信号光调制信号调制信号电光调制器n电光效应：对于某些电光晶体，如磷酸二氢电光效应：对于某些电光晶体，如磷酸二氢钾钾KDPKDP晶体、铌酸锂晶体、铌酸锂LiTaO3LiTaO3晶体、晶体、砷化钾砷化钾GaAsGaAs晶体等，当被施加电场时，晶体等，当被施加电场时，其折射率将发生微小的变化。其折射率将发生微小的变化。n泡科尔泡科尔PockelPockels s效应：折射率的变化效应：折射率的变化量正比于外加电场强度量正比于外加电场强度n克尔克尔KellKell效应：折射率的变化量正比于效应：折射率的变化量正比于外加电场强度的二次方外加电场强度的二次方n电光波导调制器的任务机理基于泡科尔效应，电光波导调