密集波分復用器

密集波分復用器是密集波分復用(DWDM)系統中一種重要的無源光纖器件。

基本介紹

• 中文名：密集波分復用器
• 性質：無源光纖器件

儀器介紹

由密集波分復用器構成的合波和分波部分是系統的基本組成之一，它直接決定了系統的容量、復用波長穩定性、插入損耗大小等性能參數的好壞。密集波分復用器還可以衍生為其它多種適用於DWDM的重要功能器件，如波長路由器——用於寬頻服務和波長選址的點對點服務的全光通訊網路；上路/下路器——用於指定波長的上/下路；梳狀濾波器——用於多波長光源的產生和光譜的測量；波長選擇性開關——不同波長信號的路由等，因此對於密集波分復用器的研究和製作具有重要的理論意義和良好的市場前景。

密集波分復用器的核心是窄帶光濾波技術。

目前常見的光通信用濾波器主要有以下幾種：介質膜濾光片、光纖光柵、陣列波導光柵、M-Z干涉儀和F-P標準具等。

光放大技術

對於長距離的光傳輸來說，隨著傳輸距離的增長，光功率逐漸減弱，雷射器的光源輸出不超過3dBm，為了保證一定的誤碼率，接受端的接受光功率必須維持在一定的值上，例如－28dBm，因此光功率受限往往成為決定傳輸距離的主要因素。

光放大器（OA）的出現和發展克服了高速長距離傳輸的最大障礙——光功率受限，這是光通信史上的重要里程碑。OA的主要形式有半導體光放大器（SOA）和摻鉺光纖放大器（EDFA）兩種，前者近來發展速度很快，已經逐步開始商用，並顯示了良好的套用前景；後者較為成熟，已經大量套用，成為目前大容量長距離的DWDM系統在傳輸技術領域必不可少的技術手段。

WDM系統對EDFA有一個特殊的要求——增益平坦，因為通常情況下，EDFA在1．55um波長視窗的工作頻寬為30～40nm，將它用於WDM系統時，因各信道的波長不同而有增益偏差，經過多級放大後，增益偏差累積，低電平信道信號的SNR惡化，高電平信道信號也因光纖非線形效應而使信號特性惡化，最終造成整個系統不能正常工作。因此，要使各個信道上的增益偏差處在允許的範圍內，放大器的增益必須平坦。

增益均衡技術

利用損耗特性和放大器的增益波長特性相反的增益均衡器來抵消增益的不均勻性稱為增益均勻技術。這種技術的關鍵在於放大器的增益曲線和均衡器的損耗特性準確吻合，使綜合特性平坦。現在用的增益均衡器主要有標準光濾波器、介質多層模濾波器、光纖光柵及平面光波導等。

增益均衡用的光纖光柵是一種長周期光纖光柵。其光柵周期一般為數百微米。其損耗峰值波長和半功率點寬度可以由紫外光照射量或光柵長度來控制。因此，通過多個長周期光柵組合，可以構成具有與EDFA增益波長特性相反的增益均衡器。使用該技術，在1528nm到1568nm的40nm頻寬內，可以實現增益偏差在5%以內的頻寬增益平坦的EDFA。

光纖技術

這裡所說的“光纖技術”是指在進一步研究摻鉺光纖特性的基礎上，通過改變光纖材料或者利用不同光纖的組合來改變摻鉺光纖的特性，從而改善摻鉺光纖放大器（EDFA）的增益特性。光纖技術除了改善增益特性外，還可改善EDFA的噪聲特性和擴寬增益頻寬。

（1） 摻鋁的EDF，是在光纖中除了摻鉺外還摻入一定的鋁，改變玻璃的組成成份，迫使鉺的放大能級分布改變，加寬可放大的頻率範圍。普通的以矽光纖為基礎的摻鉺光纖放大器EDFA的增益平坦區很窄，僅在1549nm至1561nm之間，大約12nm的範圍，通過摻鋁，可以將平坦區的範圍擴展為1540nm到1560nm。

（2）氟化物EDF，是在EDF中摻入一定比例的氟化物，使用這種光纖製作的光放大器，可以將增益的平坦區的波段擴展到1530～1560nm，在這30nm的區域內，增益的平坦度達到1．5dB。

（3）摻鉺碲化物光纖，是在EDF中摻入一定比例的碲化物。使用這種光纖製作的光放大器，可放大的頻帶特別寬，而且與石英系光纖的其他摻鉺光放大器相比，頻帶向長波長一側移動。

（4）摻釔EDF，是在摻鉺光纖中加入一定比例的釔（Y），由於釔（Y）可以作為鉺的激活劑，以工作792nm附近的光源作為泵浦源，製成鉺/釔光纖放大器在1544nm到1561nm波段的17nm頻寬內，可以獲得0．5dB以內的增益平坦度，輸出功率大於+26dBm，噪聲係數小於5dB。

（5）混合型EDFA，是使用不同摻雜材料的光纖進行組合，製作混合型EDFA。這種組合方式，不僅可以提高設計的自由度，而且還可以使增益平坦度、噪聲特性、放大效率均達到最佳。

在DWDM光傳送網路中，應根據系統使用的信道數、系統的要求來選擇使用不同種類的光放大器，要求越高性能越好的EDFA成本也越高。一般對於8個信道600km長度的DWDM系統，使用摻鋁EDFA的較多。

色散克服技術

在1550nm波長附近，G．652光纖的色散典型值為17ps/nm·km。當光纖的衰減問題得到解決以後，色散受限就變成了決定系統傳輸距離的一個主要問題。DA技術即色散容納技術，就是通過一些技術手段減少或消除色散的影響。一般來說，主要使用以下的幾種解決方法。

1.壓縮光源的譜線寬度

光源的譜線越寬，光纖色散對光脈衝的展寬越大。因此通過選用頻率啁啾係數小的雷射器，可以減少傳輸線路色散的影響。頻率啁啾是單縱模雷射器才有的系統損傷。減少光源啁啾係數的一個有效的方法是，減少外調製的雷射器，它是由一個恆定光源和一個光調製器構成的，通過使用恆定光源，避免了直接調製時激勵電流的變化，從而減少了光源發出光波長的偏移，達到降低頻率啁啾係數的目的。

目前在WDM系統中，幾乎所有的光源使用的均為外調製雷射器，可以在不採用其他色散調節技術的情況下，在G．652光纖上開通2．5Gbit/s系統無再生中繼傳輸600km以上。

2.色散補償光纖的運用

色散補償光纖（DCF）是一種特製光纖，其色度色散為負值，恰好與G．652光纖相反，可以抵消G．652常規光纖色散的影響。通常這類光纖的典型色散係數為－90ps/（nm·km），因而DCF只需在匯流排路長度上占G．652光纖的長度的1/5，即可使總鏈路色散值接近於零。通常認為採用DCF來進行色散補償是一種十分簡單易行的無源補償方法，特別是對於波分復用系統，其成本可以由多個波長的系統分擔，更顯其優越性。

3.選用新型的光纖

由於G．652光纖出現的比較早，鋪設的較多，因此WDM技術比較多地考慮如何利用該光纖擴容的技術。現在新布放的光纖多為更加適合於WDM光傳輸的G．655光纖或大有效面積（LEAF）光纖。G．655光纖的零色散點在1550nm視窗中間，使該視窗的色散係數和衰減係數均更加適合於DWDM技術的套用。

分波技術

光合波與分波器在超高速、大容量波分復用系統中起著關鍵作用，其性能的優劣對系統的傳輸質量有決定性影響。合波與分波器性能指標主要插入損耗和串擾，WDM系統對其要求是：

（1）損耗及其偏差小；（2）信道間的串擾小；（3）低的偏差相關性。

DWDM系統中常用的光合波分波器主要有介質薄膜干涉型、釋放光柵型、星型耦合器及光照射光柵、陣列波導光柵等。

節點技術

WDM光傳送網中的節點分為光交叉連線（OXC）節點、光分插（OADM）節點和混合節點（同時具有OXC和OADM功能的節點）。

OXC節點的功能類似於SDH網路中的數字交叉連線設備（DXC），只不過是以光波信號為操作對象在光域上實現的，無需進行光電/電光轉換和電信號處理。OXC主要由交叉連線矩陣、波長轉換接口以及管理控制單元等模組組成。

OXC在未來的全光通信網路中，起著十分重要的作用，甚至可以說，它是真正意義的網路節點。當光纜中斷或節點失效時，OXC能自動完成故障隔離、重選路由、重新配置網路節點。當業務發展需要對網路結構進行調整時，OXC可以簡單迅速地完成網路的調度和升級。

同樣地，OADM節點的功能類似於SDH網路中的數字分插復用設備（ADM），它可以直接以光波信號為操作對象，利用光波分復用技術在光域上實現波長信道的上下。

網路管理技術

1．網路及其各組成系統的電氣特性的監測，包括對光信號功率變化與波長的穩準度、系統噪聲與非線形效應、系統的傳輸色散與衰減、系統各單元部件的接口狀態等的監測，還包括對網路的部件單元工作狀態的控制等。

2．網路的故障監測與保護自愈管理，包括局部或全局的故障診斷和故障節點或路由隔離、自適應時保護倒換和網路自愈、重構的實現控制等。

3．網路傳輸結構管理，包括波長路由管理、波長變換的控制管理等，這是光域內實現網路無阻塞連線和重構的關鍵。