分叉復用器

分叉復用器，解復用器和光開關的OADM的典型結構。WDM信號從解復用器（DEMUX）輸入，被分解為單個波長通道，然後由光開關陣列對這些單波長通道進行有選擇的上下路，最後復用器（MUX）把所有波長合併為WDM信號輸出。

基本介紹

• 中文名：分叉復用器
• 外文名：Add/Drop Multiplexer
• 縮寫：ADM
• 結構：基於波長復用型的OADM

全名

通常譯作“分插復用器”

區別

隨著各種高速通信業務的出現和接入用戶數目的增加，對現有的通信網帶來了不少的壓力，由於WDM （波分復用）以及DWDM （密集波分復用）的出現，緩解了網路的頻寬問題。傳統的WDM中的分插復用設備（ADM）採用O-E-O的處理方式，對每個通道的信號都要單獨的處理，當WDM的通道數達到一定程度後，它需要的設備變得非常冗雜且成本也十分昂貴，除此之外，由於電子處理速率的瓶頸，當通道的速率達到一定值後，電處理就變得束手無策了。這就產生了在光域層來管理網路容量的強烈要求，而全光交換的OADM正適應了這種需求。全光交換無需光電轉換，因此不受電子處理速率瓶頸限制，且可透明傳輸各種接入方式的數據，能提高網路的靈活性和可控性，使其成為現代全光網的一個關鍵的器件。

結構分類

目前人們已經提出很多種基於不同技術的OADM結構，從功能上看OADM分成可重構OADM和非重構OADM。從結構上可分成：（1）基於波長復用型的OADM；（2）基於布拉格光纖光柵（FBG）和環形器型的OADM；（3）基於FBG和Mach-Zehnder干涉儀的OADM；（4）基於聲光可調濾波器（AOTF）的OADM；（5）基於法布里-珀羅腔的OADM。

結構介紹

圖1是基於復用、解復用器和光開關的OADM的典型結構。WDM信號從解復用器（DEMUX）輸入，被分解為單個波長通道，然後由光開關陣列對這些單波長通道進行有選擇的上下路，最後復用器（MUX）把所有波長合併為WDM信號輸出。其中的復用、解復用器可使用普通的薄膜濾波片（TFF）或陣列波導光柵（AWG）製成。這種方案的優點是結構簡單、控制方便、器件成熟可靠，但其缺點也很明顯，其交換速度主要依賴光開關的速度，現在缺乏一些高速且性能穩定的光開關。目前正在商用或正在研究的光開關有基於MEMS技術的微機械光開關和固態開光。微機械光開關具有插入損耗低隔離度高的優點，是目前研究的熱點；固態開光包括聲光開關、熱光開關、磁光開關、SOA門開關等。

基於FBG

圖2給出了由3連線埠環形器和FBG組成的OADM的典型結構，FBG能反射特定波長的光，直通其他所有的波長，環行器用於分離正向輸入的光與反射回來的光。它的工作原理是：WDM光信號從環形器的1連線埠輸入，從2連線埠輸出到FBG中，由於具有濾波的功能，調節FBG的中心反射波長使它與要下載的光通道波長一致，這樣下路光信號被反射迴環形器的3連線埠，實現波長的下載；上路光信號從第二個環形器2連線埠輸入，直接從3連線埠輸出，實現了波長的上載。這種結構的OADM缺點是由於光纖光柵的溫度特性和隔離度均不佳，致使它的穩定性不是很好，不過這可通過加入反饋控制系統來提高它的穩定性；優點有結構簡單、容易與其他器件連線、插入損耗小，同時通過用多個光纖光柵串聯的結構也可以實現多個波長的上下路，加入光開關選擇使用不同的光纖光柵，或者採用可調諧的光纖光柵，就可以實現上下路波長自由選擇。

除了使用3連線埠的環行器，現在出現了基於多連線埠環行器和FBG的OADM，圖3給出了一個使用9連線埠環行器的OADM，它能實現3個波長的上下路，據報導基於此種結構的OADM具有很低的插入損耗，性價比也很高。

基於mach－Zehnder干涉儀和FBG的OADM

基於布拉格光纖光柵和Mach-Zehnder干涉儀的OADM最早在文獻[1]中被報導，並且被證明在6通道10Gbit/s的試驗[2]中有出色的表現，其結構如圖4所示，這種OADM由Mach-Zehnder干涉儀和與其兩臂連線的兩個FBG構成。輸入光信號被第一個3dB耦合器分裂成兩路，分別進入干涉儀的兩臂，在Mach?Zehnder干涉儀的兩臂上分別安放兩個完全相同的FBG，並使FBG的諧振波長等於要被上路或下路的光通道的波長，光信號經過FBG後被放射回來，由於3dB耦合器有90°的相移，輸出的光信號與輸入信號剛好產生了180°的相移，這樣

就實現了該波長信號的下路，同理上路信號由於FBG的反射，兩次通過耦合器，從輸出連線埠輸出，其他的光通道並不受影響，直接通過該設備[3]。

這種結構的優點是偏振不敏感，可根據波長監控通道來自動選擇路由信息的傳遞，可望在下一代光網路中扮演重要角色，其缺點是：它需要兩個FBG的諧振波長完全一致，M-Z干涉儀的兩個臂完全平衡，而這些理想條件很難達到，這樣就會使部分信號被反射回輸入連線埠或上路信號的連線埠。我們可以通過給干涉儀的一個臂施加軸向應變力來改善因FBG諧振波長不一致引起的功率分配不均衡問題，增加相位補償設備改善功率反射回輸入連線埠等問題[3]。

基於AOTF

AOTF是利用空間光學和波導光學等分光原理，由偏振分束片（PBS）和模式選擇單元組成的，圖5所示是它的結構原理圖。WDM信號經過第一個偏振分束片後分成TE波和TM波，加在叉指換能器上的射頻信號（頻率範圍一般是170～180MHz）產生的聲表面波周期性地調製光波導折射率，它會引起特定波長光信號的TE?TM或TM?TE之間的相互轉換，轉換後的信號通過第二個偏振分束片後就從光信號中分離出來。只要改變RF信號的數目和頻率，就可以控制需要上下路波長的數目和頻率。基於AOTF的OADM有很多優點：它的可調諧範圍寬可達到100nm，調諧速度可以達到ns量級，通道隔離度高，可同時實現多路波長信號的選擇，另外由於它沒有移動部件控制非常方便等，不過它同時也存在一些問題，比如串擾較大，對偏振比較敏感，製造長干涉長度的AOTF比較困難等。

珀羅腔

基於法布里?珀羅腔的OADM （圖6）是一種可調諧的光分叉復用器，它由光纖環行器耦合器和一個F-B腔組成，F?B用來選擇下路的光通道，通過改變F?B的諧振波長可選擇任意波長，其他信號被反射繼續向前傳播；而上路信號直接加入耦合器的一個連線埠，不需要再通過其他的器件，它的優點是

波長可連續可調，缺點是由於F?B腔受溫度影響比較大，性能不太穩定。

長途幹線套用

隨著通信容量的急劇增長以及各種新業務的出現，各個地區的業務上下路也變得更加頻繁，而OADM是有上下業務的中間節點的首選設備。一般在長途幹線網中，由於上下載業務比較固定，波長的分配也是事先規定好的，固定波長的OADM可以很好地承擔起這個任務，而且，其結構比較簡單，插入損耗和隔離度都比較低，現已廣泛套用在長途幹線網。

城域網套用

城域網是一個綜合、開放的信息傳送平台，能提供各種分組業務（如即時通信的語言，視頻等業務）和數據業務（如檔案傳輸，流媒體等internet

相關業務），具有傳輸容量大、接入方式多、組網技術複雜等特點。城域網體系在功能可以用三層來描述：接入層、匯聚層以及骨幹傳輸層（圖7）。其中接入層為用戶提供多種多樣的接入技術如寬、窄帶、移動或固定的接入；匯聚層匯聚那些目的地為非本地的用戶業務並將它們傳遞至合適的節點；城域網的骨幹傳輸層作為網路的核心，為業務匯聚點提供IP、ATM、SDH等業務的承載、交換通道，與已有網路的互聯互通，具有透明性與大容量的特點，採用OADM設備的城域網骨幹傳輸層能很好地實現這些功能，其主要優點：（1）OADM支持光域上的上下路，能提供透明的業務傳輸，非常適合城域多業務和多種接入方式的需求；（2）通信容量大，可以滿足城域網寬頻的要求；（3）網路可靠性好，基於OADM的環行網採用的保護方式與SDH相似，有光通道保護和光線路保護兩大類，能在節點失效甚至光纖斷裂情況下為網路提供的保護倒換，為網路業務提供生存性保證；（4）全光節點設計，為下一代通信網路（NGN）提供了必要的物質條件，同時也為現在方興未艾的FTTH提供了可靠的支持，可以說城域網採用OADM設備是通信網路平滑升級的必經之路。

OADM套用

自動交換光網（ASON）自2001年提出以來，被譽為傳送網技術的重大突破，一直是國際電信界關注的熱點。ASON是直接由控制系統下達信令來

完成光網路連線自動交換的新型網路，其賦予原本單純傳送業務的底層光網以自動交換的智慧型，主要體現了兩個思路：一是將複雜的多層網路結構簡單和扁平化，從光網路層開始直接承載業務；二是利用電子交換設備直接向光網路申請頻寬資源，通過信令系統或者管理系統自主地建立或者拆除光通道，不經人工干預，高效而可靠。圖8是ASON的邏輯結構圖，可分為3個平面：控制平面、傳送平面和管理平面。ASON力圖將三者有機結合，傳送平面負責信息流的傳送；控制平面關注於實時動態的連線控制；管理平面面向網路操作者實現全面的管理，並對控制平面的功能進行補充。其中控制層的引入是使傳送層能夠“智慧型”起來，這就要求傳送層有“智慧型”的硬體配置，即具有上下路、交叉連線、選路等功能。ASON是基於波長路由的，A-SON中的光傳送網應該是WDM網路，這樣就不難得出ASON是基於OXC/OADM組網情況下的智慧型光網，甚至可以說，ASON的控制就是傳送網中OADM/OXC的控制。

發展和展望

OADM是全光網的關鍵的產品，它無需光電轉換，不受電子瓶頸影響，可透明傳輸數據，組網靈活可靠，對OADM的研究和開發一直是光網路工作者關注的重點。

目前人們在OADM的結構和性能方面展開了廣泛的研究，YikaiSu等人[4]利用分級的OADM技術，在同樣的頻寬利用率0?4b/s·Hz－1上能支持10，40和160Gb/s的多速率信號，同時在不改變OADM節點硬體結構就可支持網路速率的平滑升級，網路容量可達到1?6Tb/s。文獻[5]報導一種基於EOTF的OADM，它的結構同AOTF類似，但原理是基於電光效應，此外它的波導轉換模組是在一個安放在Ti擴散面上的LiNbO3調製器，它能達到0.1nm/V的效率，最大的調製範圍可達24nm，調製速度為50ns，通道隔離度優於24dB，光纖到光纖插入損耗為5?4dB。文獻[6]提出了一種基於微環共鳴器的可重構OADM，它是基於垂直連線的熱可調Si3N4-SiO2微環共鳴器，面積僅0.25mm2，可調範圍4.18nm，3dB頻寬50GHz，它既能允許單用戶業務也能支持多點傳送業務，能很好的滿足接入網用戶的上下載業務的需求。ChristosRiziotis等人[7]提出一種基於全循環耦合器的OADM，他們在全循環耦合器的臂上安放FBG，這種結構同基於

MZI的OADM相比有一系列優勢，在同樣的衰減下允許的兩臂的不對稱程度比MZI的OADM大很多，與通用的HCC－OADM相比，它具有一致的和幾乎忽略的插損。

FBG目前廣泛套用在OADM上，它的性能對OADM影響非常大，文獻[8]中提出了一種新穎的引用光柵的OADM，在不使OADM結構變複雜和不影響其他參數的前提下，通過控制反射頻譜尤其是波峰移到通道頻寬之外，以使放射功率保持相當低，通過對無耦合器的OADM仿真，結果顯示套用這種方案的OADM的輸入連線埠或上載連線埠的反射功率從－38～0dB降低到－53dB以下。王建忠等人[9]提出一種多通道FBG，這種光柵能補償多通道的各種色散和空間改變，基於多通道FBG的OADM支持同時多個波長的上下載，能補償直通信號的各種色散，且各種通道的群延遲成線形。

本文摘自《半導體技術》