波分复用器讲解课件

1、第10章 光波分复用器10.1 光波分复用技术 10.2 光波分复用器电时分复用（TDM）存在的问题：“电子瓶颈”限制： 10Gb/s40Gb/s光纤色散限制单波长通信系统远不能有效利用光纤带宽signal1signal21 0 1 11 0 0 11 1 0 0 1 0 1 1TDM signal问题的提出光纤损耗谱特性 仅利用光纤的两个低损耗传输窗口，总带宽超过30THz，全波光纤的带宽更宽。 光纤的可利用带宽非常宽。 若一根光纤仅传输一个波长信号，是对光纤带宽资源的极大浪费。因此，产生了光波分复用技术。1. 波分复用的定义2. 波分复用的原理3. 波分复用技术的发展4. 波分复用系统的基

2、本结构5. 波分复用的技术优势10.1 光波分复用技术 1. 波分复用的定义光波分复用(WDM: Wavelength Division Multiplexing)： 在一根光纤中同时传输多个波长光信号的一项技术.2. 波分复用的原理 光波分复用的基本原理：在发送端将不同波长的光信号组合起来（复用）；并耦合进光缆线路上同一根光纤中进行传输；在接收端将组合波长的光信号进行分离（解复用），并作进一步处理后恢复出原信号送入不同终端。 波分复用原理示意图光发送机1光发送机2光发送机3光接收机3光接收机2光接收机1复用器解复用器1 2 N单根光纤3. 波分复用技术的发展 CWDM：利用1.3和1.55m

3、附近两个低损耗窗口构 成两个波长的WDM系统。 由于1310/1550 nm的复用超出了EDFA的增益范围， 只在一些专门场合应用。 DWDM：在1.55 (1.501.60) m窗口，同时用8，16 或更多个波长的WDM系统，其中各波长之 间的间隔约为1.6nm，0.8nm或更小，对应 于200GHz, 100GHz或更窄的频率间隔。 DWDM技术得到广泛应用。 目前水平：商用系统：4010Gb/s 实验室：8240Gb/s=3.28Tb/s 基于WDM和波长选路的光传送网已成为主要的核心 网。 4. 波分复用系统的基本结构光转发器1光转发器n光合波器BALAPA光分波器光接收器1光接收器n

4、光监控信道发送器光监控信道接收/发送器光监控信道接收器光发送机光接收机光中继放大 光 纤 光 纤网络管理系统ssss1nn1n1n1光发送机将来自不同终端的多路光信号分别由光转发器（OTU）转换为各自特定波长的光信号后，经光合波器合成组合光信号，再通过光功率放大器（BA）放大输出至光纤中传输。光中继放大采用了增益平坦技术的EDFA（LA）实现对不同波长光信号的相同增益放大。光接收机先由前置光放大器（PA）放大经传输衰减的主信道光信号，再用分波器从主信道光信号中分出不同特定波长的光信号。光监控信道（OSC）监控系统内各信道的传输情况。在发送端，插入本节点产生的波长为s的光监控信号（如帧同步、公务

5、及各种网管开销字节），与主信道的光信号合波输出；在接收端，将收到的光信号进行分离，输出为s波长的光监控信号和业务信道光信号。网络管理系统通过光监控信道物理层传送的开销字节到其他结点或接收来自其他结点的开销字节对WDM进行管理，实现配置、故障、安全、性能管理等功能，并与上级管理系统通信。 WDM系统的基本构成主要有以下两种形式： 双纤单向传输和单纤双向传输。 (1) 双纤单向传输 单向WDM传输：指所有光通路同时在一根光纤上沿 同一方向传送； 由于各信号是通过不同光波长携带 的，彼此之间不会混淆； 在接收端通过光解复用器将不同波 长的信号分开，完成多路光信号传 输的任务。双纤单向传输 (2) 单

6、纤双向传输 双向WDM传输：指光通路在一根光纤上同时向两个不同的 方向传输。所用波长相互分开，以实现双 向全双工的通信。 单纤双向WDM传输双向WDM系统的优点： 可以减少使用光纤和线路放大器的数量。双向WDM系统的缺点： 其开发和应用相对说来要求较高。 如为了抑制多通道干扰(MPI)，必须注意 光反射的影响、 双向通路之间的隔离、 串扰的类型和数值、 两个方向传输的功率电平值和相互间的依赖性、 光监控信道(OSC)传输、 自动功率关断等， 要使用双向光纤放大器。5. WDM技术的主要优势充分利用光纤的巨大带宽资源。 同时传输多种不同类型的信号。 节省线路投资。 降低器件的超高速要求。 高度的

7、组网灵活性、经济性和可靠性。 1. 光波分复用器的 定义 2. 光波分复用器的 光学特性 3. 几种 光波分复用器8.2 光波分复用器插入损耗2. 串音3. 通带带宽：信道之间的间隔、信道的带宽棱镜解复用器是一种用来耦合不同波长的光信号或者分离不同波长的光信号的无源器件。1. 波分复用器的 定 义从原理上讲， 这种器件是互易的(双向可逆)，即只要将解复用器的输出端和输入端反过来使用， 就是复用器。因此复用器和解复用器是相同的(除非有特殊的要求)。主要光学特性：2. 波分复用器的 光学特性a. 解复用器中心波长中心波长范围； （平均信道间隔的10）中心波长对应 的最小插损；隔离度。解复用器波长插

8、入损耗关系曲线图主要光学特性：b. 复用器中心波长中心波长范围； （平均信道间隔的10）中心波长对应 的最小插损；复用器波长插入损耗关系曲线图3. 几种波分复用器a. 干涉膜型光波分复用器b. 嵌入式光波分复用器优点： 全光纤构成，省去准直元件，降低了插入损耗； 光纤和滤光片有一定角度，有效地抑制了回波损耗； 易于批量生产，产品一致性好。熔锥光纤型波分复用器结构和特性c. 熔锥光纤型波分复用器对特定波长为1和2，选择光纤参数，调整耦合长度，使：在直通臂：P1out(1)=1， P1out(2)=0;在耦合臂：P2out(1)=0， P2out(2)=1;对于1和2分别为1.3m和1.55 m的

9、模耦合型解复用器，可以做到附加损耗为0.5 dB，波长隔离度大于20 dB。c. 熔锥光纤型波分复用器两种提高模耦合型波分复用器隔离度的基本方法：串拉法 混合方式Multilayer Dielectric Thin-Film Filter多层介质膜：通过某一波长，阻止其它波长 d. 介质膜多波长光波分复用器 d. 介质膜多波长光波分复用器 基于窄带介质薄膜滤光片的8通道波分复用/解复用器介质膜波分复用器的缺点： 波长数不大于16CH；波长间隔不小于0.8nm； 价格较高； 是16通道WDM系统中主要选用的器件。介质膜波分复用器的优点： 通带特性好（平顶、隔离度高25dB）； 偏振相关损耗小（0

10、.2dB）； 插损低（57dB）； 采用高稳定的带通滤光片，温度敏感性小（0.0005nm/oC， 不需温控）。 e. 光栅型多波长光波分复用器采用普通透镜的WDM采用渐变折射率透镜，简化了装置的校准。 在Si衬底上沉积环氧树脂后制造成光栅。多波长信号经光纤输入和普通透镜或棒透镜聚焦在反射光栅上，反射光栅将各波长分开，然后经透镜将各个波长的光聚焦在各自的光纤。光栅型波分复用器的缺点： 温度敏感（0.01nm/oC），需温度补偿（温控、材料补偿）； 高斯型通带（采用特殊技术可实现平顶，但增大损耗）。光栅型波分复用器的优点： 波长通道数大（132Ch）； 通道间隔小（商用0.4nm）； 插损不随通

11、道数增加（67dB）。f. 阵列波导光栅解复用器（AWG）array-waveguide-grating阵列波导光栅星形耦合器星形耦合器输入输出12N.DL=常数l1l2l3l4l1l2l3l4l1l2l3l4neffl1l2lN.lNl1l2AWG: 规则排列的波导，相邻波导的长度相差固定值L2.工作原理罗兰圆与凹面光栅罗兰圆的半径为r，凹面光栅的曲率半径为R=2r，二者内切且罗兰圆通过光栅中心。通过光路分析及近似可得，罗兰圆上任一点发出的光，经凹面光栅衍射之后仍聚焦在罗兰圆上，不同衍射级次对应不同衍射角。AWG的工作原理AWG的输入/输出星形耦合器采用类似凹面反射式光栅和罗兰圆的结构。输入

12、/输出波导的端口位于罗兰圆的圆周上，阵列波导位于凹面光栅的圆周上，但阵列波导相当于透射式光栅。输入星形耦合器与输出星形耦合器成镜像关系，输入波导发出的光信号经阵列波导衍射，不同波长聚焦到不同输出波导阵列波导输入波导输出波导输入星形耦合器输出星形耦合器图中罗兰圆上C点发出的光信号经凹面光栅反射衍射，不同波长聚焦到罗兰圆上的不同点。对于AWG来说，波导C相当于某输入波导，在该位置输入的光信号，经阵列波导反射衍射并聚焦到不同输出波导中， 1 - 7所在位置相当于不同的输出波导。阵列波导区域相邻波导间的长度差是固定的，记为L传统的衍射光栅的光栅方程为，其中m为主极大的级次， 为光程差AWG满足的方程为

13、 输入耦合器+ 阵列波导 + 输出耦合器 =m AWG的光栅方程传统AWG满足的光栅方程为，d为阵列波导的周期m为AWG工作的衍射级数对于由中心波导输入并由中心波导输出的中心波长满足通过对 的设定可以决定衍射级数，一般较大的m可以产生较高的分辨率.相邻阵列波导的长度差 为光在输入输出平板波导上的衍射角，i、j为输入输出波导的序列号(中心波导记为0)， 为输入输出端的波导间隔，Lf 为平板波导的聚焦长度阵列波导折射率平板波导折射率3.AWG的应用复用和解复用上下话路(OADM)AWGAWGAWG并入串出，串入并出 阵列波导光栅(AWG)，也称作相位阵列(Phased Array)，是WDM 通信

14、系统中的关键器件，除了可作为波分复用/解复用器外, 它还是光互连器件的关键组成部分, 已经成为WDM系统中不可缺少的核心器件。 列阵波导光栅复用器能同时提供有波长选择的N N 联结。它可以工作在高衍射级，因而可有10- 2纳米级的分辨率。 同时，它还可用作分波器、合波器、波长选择开关、多波长激光器等。 用SiO 2， InGaAsP/ In 以及多种有机材料制备的实用化器件已经出现。它结构紧凑，集成度高，性能稳定，信号畸变小，通道间窜扰小，误码率低，输入输出及片内的损耗都较低。可以确信， 采用列阵波导光栅的高可靠性的N 通道的DWDM 光互联系统是可以实现的。AWG由三个主要部分，即输入/输出（I/O）光波导阵列、两个相同的自由传播区的平板波导和弯曲的波导阵列。 I/O光波导阵列和弯曲的波导阵列通