阵列波导光栅的滤波特性集成光器件可作为波长路由器课件

1、光纤通信概述光纤通信的层次架构光纤通信的特点主要优点传输频带宽、通信容量大传输损耗小中继距离长抗电磁干扰能力强保密性能好体积小、重量轻原材料来源丰富潜在价格低廉不足之处易碎不易接续

……

事物往往都有两面性，人们利用的是其优点！11、光纤通信概述光纤通信的层次架构1光纤通信系统的基本组成下图示出单向传输的光纤通信系统，包括发射、接收和作为广义信道的基本光纤传输系统。光纤通信系统的目的是传送信号，因此可以根据信号的具体传输过程不同进行分类。

2光纤通信系统的基本组成下图示出单向传输的光纤通信系统，包括发2、波分复用的定义波分复用是光纤通信中特有的一种传输技术，它利用了一根光纤可以同时传输多个不同波长的光载波的特点，将光纤的低损耗窗口划分成若干个波段，每个波段用作一个独立的通道传输一种预定波长的光信号。通常将波分复用缩写为ＷＤＭ(WavelengthDivisionMultiplexing)。

32、波分复用的定义波分复用是光纤通信中特有的一种传输技术，它波分复用原理光波分复用的基本原理是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。光发送机λ1光发送机λ2光发送机λ3光接收机λ3光接收机λ2光接收机λ1复用器解复用器λ1λ2…4波分复用原理光波分复用的基本原理是在发送端将不同波长的光信号ITU－TDWDM标称波长频率(THz)波长(nm)频率(THz)波长(nm)频率(THz)波长(nm)196.1001528.77194.8001538.98193.5001549.32196.0001529.55194.7001539.77193.4001550.12195.9001530.33194.6001540.56193.3001550.92195.8001531.12194.5001541.35193.2001551.72195.7001531.90194.4001542.14

193.1001552.52195.6001532.68194.3001542.94193.0001553.33195.5001533.47194.2001543.73192.9001554.13195.4001534.25194.1001544.53192.8001554.94195.3001535.04194.0001545.32192.7001555.75195.2001535.82193.9001546.12192.6001556.55195.1001536.61193.8001546.92192.5001557.36195.0001537.40193.7001547.72192.4001558.17194.9001538.19193.6001548.51192.3001558.98

频率间隔=100GHz波长间隔约0.8nm192.2001559.79192.1001560.615ITU－TDWDM标称波长频率(THz)波长(WDM技术的主要优势利用多个波长并行传输，充分利用光纤的巨大带宽资源，使单根光纤的传输容量比单波长传输增加几倍、几十倍甚至几百倍，节省线路投资各波长的信道相对独立，可同时传输不同类型、不同速率的信号可降低对O/E，E/O器件的超高速要求在光域传输的透明性好高度的组网灵活性、经济性和可靠性6WDM技术的主要优势利用多个波长并行传输，充分利用光纤的巨大（1）角色散型（光栅型）（2）干涉型(干涉膜滤波器型,

AWG型)（3）单模光纤耦合器型（见耦合器）3、WDM复用器件7（1）角色散型（光栅型）3、WDM复用器件7光栅型d为光栅常数,k是光栅的衍射级数,N是光栅的槽数。可见,要得到性能好的光栅，总槽数N应尽量多，光栅常数d应尽量小，并尽量选用高的衍射级数。特点:并行器件，它可以同时分开多路不同波长的信号，使各路的插损都差不多。角色散本领色分辨本领题7图（P178）光栅方程：

8光栅型d为光栅常数,k是光栅的衍射级数,N是光栅的槽数。干涉型（1）干涉膜滤波器型多层介质薄模自聚焦透镜构成:9干涉型多层介质薄模构成:9多层介质薄膜A1和A2路程差：相位差：透射波长：m是整数。10多层介质薄膜A1和A2路程差：相位差：透射波长：m是整数。1薄膜透射性质11薄膜透射性质11安装在自聚焦轴上的波分复用器件采用光垂直入射到干涉膜上,消除偏振敏感性。12安装在自聚焦轴上的波分复用器件采用光垂直入射到干涉膜上,消除特点:干涉膜滤光片型解复用器具有插损小、隔离度高、工作稳定等优点;通带特性好,边沿陡峭,顶部有较大的平顶,对波长漂移的容差较大;但它是一种串行器件，当复用路数较多时，各路的插损差异较大。

干涉膜型解复用器特性示例13特点:干涉膜滤光片型解复用器具有插损小、隔离度高、工作稳定等（3）阵列波导光栅ArrayedWaveguideGrating阵列波导光栅（AWG）由输入波导、两个平面耦合波导、阵列波导（其路径长度依次递减）和输出波导构成，可在输出端的不同位置形成主极强.

14（3）阵列波导光栅阵列波导光栅（AWG）由输入波导、两个平面阵列波导光栅的滤波特性集成光器件，可作为波长路由器；对温度较为敏感邻近信道隔离度较差.15阵列波导光栅的滤波特性集成光器件，可作为波长路由器；154、波分复用系统的基本结构光监控信道（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λs为的光监控信号（如帧同步、公务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λs波长的光监控信号和业务信道光信号。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网络管理系统164、波分复用系统的基本结构光监控信道（OSC）——监控系统1、光传送网(OTN)的产生WDM技术的出现为传送网络的容量扩展提供了一种很好的解决方法。开始人们称这种提供客户信号透明传输的网络“全光通信网”，后来ITU-T将其定名为光传送网(OTN)。OTN是指为客户层信号提供光域处理的传送网络，主要的功能包括传送、复用、选路、监视和生存性功能等。OTN处理的最基本的对象是光波长，客户层业务以光波长形式在光网络上复用、传输、放大，在光域上分插复用和交叉连接，为客户信号提供有效和可靠的传输。OTN的主要特点是引入了“光层”概念。171、光传送网(OTN)的产生WDM技术的出现为传送网络的容量SDH网络WDM网络电路层电路层通道层电通道层复用段层电复用段层再生段层光层物理层物理层光传送网电路层电路层虚通道PDH通道层SDH通道层虚通道电复用段层电复用段层光信道层光复用段层光传输段层物理层WDM全光网的分层结构18SDH网络WDM网络电路层电路层通道层电通道层复用段层电复用

2、OXC节点结构光交叉连接(OXC)设备是光网络最重要的网络设备，具有光通道的交叉连接和本地上下路两个主要功能。192、OXC节点结构光交叉连接(OXC)设备是光网络最重要波长变换器改变传输波长而保持其所载的信息不变两种基本类型：光电型和全光型OROS波长可调利用非线性光学原理（如四波混频）用SOA＋滤波器可构成波长变换器（类似于电的混频器）为降低费用，在OXC中采用部分波长变换器20波长变换器改变传输波长而保持其所载的信息不变OROS波长可调波长交叉的OXC类型WDM光路交换的基本单元(粒度)——光波长基于空间交换的OXC结构

a.基于空间光开关矩阵和波分复用/解复用器对的OXC结构

b.基于空间光开关矩阵和可调谐滤波器的OXC结构

c.基于分送耦合开关的OXC结构

d.基于平行波长开关的OXC结构基于波长交换的OXC结构

a.基于阵列波导光栅复用器的三级波长交换OXC结构

b.

完全基于波长交换的OXC结构基于光开关和基于电交叉芯片的结构21波长交叉的OXC类型WDM光路交换的基本单元(粒度)——光波3、光分插复用器光分插复用器(OADM)是构成WDM环形网络的基本网络节点，可以看成OXC的简化，主要功能是提供光信号的上下路由(分出和插入)，可以上下固定波长，也可以动态可选择上下波长（ROADM）。

OADM结构分波器＋波长交换单元（光开关矩阵）＋合波器耦合单元＋滤波单元（光纤光栅）＋合波器基于波长光栅路由器（WGR）223、光分插复用器光分插复用器(OADM)是构成WDM环形网络格状网和路由波长优化算法路由波长分配问题：要为连接请求建立一个光通道（连接源宿节点的波长信道），存在如何选择路由并分配波长(RWA，RoutingandWavelengthAssignment)的问题。RWA问题是非确定型多项式-完备（NP-C）问题，即随着网络规模的增大，问题求解的复杂性也急剧上升。为简化分析，一般将RWA问题分为路由子问题和波长分配子问题分别研究，即先确定路由，再分配波长，其中路由算法起到一个重要作用。

23格状网和路由波长优化算法路由波长分配问题：要为连接请求建立一路由波长分配(RWA)问题RWA（RoutingandWavelengthAssignment）：为连接请求计算路由并分配波长优化目标：最小的全网阻塞率(DLE)、或最大的资源利用率(SLE)、或考虑全网负载的均衡路由选择子问题：FR，AFR，AR波长分配子问题：FF，LL，MaxSum…24路由波长分配(RWA)问题RWA（Routingand三种波长分配算法（1）First-Fit（首次命中）：对全网中的波长按一定顺序排列，选择波长时依次查找，选择首先可用的波长。（2）LeastLoaded（最小负载）：选择能够使瓶颈链路中可用波长容量最大的波长（负荷最小）。（3）MAX-SUM（最大和）：波长的选择应使整个网络的剩余容量为最大。25三种波长分配算法（1）First-Fit（首次命中）：对全网4、全光网的同频串扰串扰原因：（1）复用器/解复用器引入的串扰

（2）光开关

的隔离度有限（3）滤波器引入的串扰

类型：(1）异频串扰（2）同频串扰相干串扰非相干串扰264、全光网的同频串扰串扰原因：26智能的OXC/OADM节点结构示意图

27智能的OXC/OADM节点结构示意图271、光纤通信概述光纤通信的层次架构光纤通信的特点主要优点传输频带宽、通信容量大传输损耗小中继距离长抗电磁干扰能力强保密性能好体积小、重量轻原材料来源丰富潜在价格低廉不足之处易碎不易接续

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事物往往都有两面性，人们利用的是其优点！281、光纤通信概述光纤通信的层次架构1光纤通信系统的基本组成下图示出单向传输的光纤通信系统，包括发射、接收和作为广义信道的基本光纤传输系统。光纤通信系统的目的是传送信号，因此可以根据信号的具体传输过程不同进行分类。

29光纤通信系统的基本组成下图示出单向传输的光纤通信系统，包括发2、波分复用的定义波分复用是光纤通信中特有的一种传输技术，它利用了一根光纤可以同时传输多个不同波长的光载波的特点，将光纤的低损耗窗口划分成若干个波段，每个波段用作一个独立的通道传输一种预定波长的光信号。通常将波分复用缩写为ＷＤＭ(WavelengthDivisionMultiplexing)。

302、波分复用的定义波分复用是光纤通信中特有的一种传输技术，它波分复用原理光波分复用的基本原理是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。光发送机λ1光发送机λ2光发送机λ3光接收机λ3光接收机λ2光接收机λ1复用器解复用器λ1λ2…31波分复用原理光波分复用的基本原理是在发送端将不同波长的光信号ITU－TDWDM标称波长频率(THz)波长(nm)频率(THz)波长(nm)频率(THz)波长(nm)196.1001528.77194.8001538.98193.5001549.32196.0001529.55194.7001539.77193.4001550.12195.9001530.33194.6001540.56193.3001550.92195.8001531.12194.5001541.35193.2001551.72195.7001531.90194.4001542.14

193.1001552.52195.6001532.68194.3001542.94193.0001553.33195.5001533.47194.2001543.73192.9001554.13195.4001534.25194.1001544.53192.8001554.94195.3001535.04194.0001545.32192.7001555.75195.2001535.82193.9001546.12192.6001556.55195.1001536.61193.8001546.92192.5001557.36195.0001537.40193.7001547.72192.4001558.17194.9001538.19193.6001548.51192.3001558.98

频率间隔=100GHz波长间隔约0.8nm192.2001559.79192.1001560.6132ITU－TDWDM标称波长频率(THz)波长(WDM技术的主要优势利用多个波长并行传输，充分利用光纤的巨大带宽资源，使单根光纤的传输容量比单波长传输增加几倍、几十倍甚至几百倍，节省线路投资各波长的信道相对独立，可同时传输不同类型、不同速率的信号可降低对O/E，E/O器件的超高速要求在光域传输的透明性好高度的组网灵活性、经济性和可靠性33WDM技术的主要优势利用多个波长并行传输，充分利用光纤的巨大（1）角色散型（光栅型）（2）干涉型(干涉膜滤波器型,

AWG型)（3）单模光纤耦合器型（见耦合器）3、WDM复用器件34（1）角色散型（光栅型）3、WDM复用器件7光栅型d为光栅常数,k是光栅的衍射级数,N是光栅的槽数。可见,要得到性能好的光栅，总槽数N应尽量多，光栅常数d应尽量小，并尽量选用高的衍射级数。特点:并行器件，它可以同时分开多路不同波长的信号，使各路的插损都差不多。角色散本领色分辨本领题7图（P178）光栅方程：

35光栅型d为光栅常数,k是光栅的衍射级数,N是光栅的槽数。干涉型（1）干涉膜滤波器型多层介质薄模自聚焦透镜构成:36干涉型多层介质薄模构成:9多层介质薄膜A1和A2路程差：相位差：透射波长：m是整数。37多层介质薄膜A1和A2路程差：相位差：透射波长：m是整数。1薄膜透射性质38薄膜透射性质11安装在自聚焦轴上的波分复用器件采用光垂直入射到干涉膜上,消除偏振敏感性。39安装在自聚焦轴上的波分复用器件采用光垂直入射到干涉膜上,消除特点:干涉膜滤光片型解复用器具有插损小、隔离度高、工作稳定等优点;通带特性好,边沿陡峭,顶部有较大的平顶,对波长漂移的容差较大;但它是一种串行器件，当复用路数较多时，各路的插损差异较大。

干涉膜型解复用器特性示例40特点:干涉膜滤光片型解复用器具有插损小、隔离度高、工作稳定等（3）阵列波导光栅ArrayedWaveguideGrating阵列波导光栅（AWG）由输入波导、两个平面耦合波导、阵列波导（其路径长度依次递减）和输出波导构成，可在输出端的不同位置形成主极强.

41（3）阵列波导光栅阵列波导光栅（AWG）由输入波导、两个平面阵列波导光栅的滤波特性集成光器件，可作为波长路由器；对温度较为敏感邻近信道隔离度较差.42阵列波导光栅的滤波特性集成光器件，可作为波长路由器；154、波分复用系统的基本结构光监控信道（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λs为的光监控信号（如帧同步、公务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λs波长的光监控信号和业务信道光信号。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网络管理系统434、波分复用系统的基本结构光监控信道（OSC）——监控系统1、光传送网(OTN)的产生WDM技术的出现为传送网络的容量扩展提供了一种很好的解决方法。开始人们称这种提供客户信号透明传输的网络“全光通信网”，后来ITU-T将其定名为光传送网(OTN)。OTN是指为客户层信号提供光域处理的传送网络，主要的功能包括传送、复用、选路、监视和生存性功能等。OTN处理的最基本的对象是光波长，客户层业务以光波长形式在光网络上复用、传输、放大，在光域上分插复用和交叉连接，为客户信号提供有效和可靠的传输。OTN的主要特点是引入了“光层”概念。441、光传送网(OTN)的产生WDM技术的出现为传送网络的容量SDH网络WDM网络电路层电路层通道层电通道层复用段层电复用段层再生段层光层物理层物理层光传送网电路层电路层虚通道PDH通道层SDH通道层虚通道电复用段层电复用段层光信道层光复用段层光传输段层物理层WDM全光网的分层结构45SDH网络WDM网络电路层电路层通道层电通道层复用段层电复用

2、OXC节点结构光交叉连接(OXC)设备是光网络最重要的网络设备，具有光通道的交叉连接和本地上下路两个主要功能。462、OXC节点结构光交叉连接(OXC)设备是光网络最重要波长变换器改变传输波长而保持其所载的信息不变两种基本类型：光电型和全光型OROS波长可调利用非线性光学原理（如四波混频）用SOA＋滤波器可构成波长变换器（类似于电的混频器）为降低费用，在OXC中采用部分波长变换器47波长变换器改变传输波长而保持其所载的信息不变OROS波长可调波长交叉的OXC类型WDM光路交换的基本单元(粒度)——光波长基于空间交换的OXC结构

a.基于空间光开关矩阵和波分复用/解复用器对的OXC结构

b.基于空间光开关矩阵和可调谐滤波器的OXC结构

c.基于分送耦合开关的OXC结构

d.基于平行波长开关的OXC结构基于波长交换的OXC结构

a.基于阵列波导光栅复用器的三级波长交换OXC结构

b.

完全基于波长交换的OXC结构基于光开关和基于电