wdm系統的核心部件是wdm器件,其特性好壞在很大程度上決定了整個系統的性能。wdm器件是對光波長進行合成與分離的器件,進行合成的稱為合波器,進行分離的稱為分波器。最常用的器件有兩種,即光纖熔錐型wdm器件和薄膜濾波器型wdm器件。
1.光纖熔錐型wdm器件 光纖熔錐型器件是將多根光纖在熱熔融條件下拉成錐形,並稍加扭曲,使其熔接在一起,通過錐形區的消失波耦合達到各自波長所需的耦合光功率。這種器件無需波長選擇器件,十分簡單,易於批量生產。其最大優點是插入損耗低,可達0.05db。此外還具有很好的光信道頻寬/信道間隔比和溫度穩定性,能得到較高的隔離比,製造成本也比較低。不足之處是尺寸稍大,波分復用信道數較少(小於10個)。 2.薄膜濾波器型wdm器件 薄膜濾波器型器件通常由一二十層不同材料、折射率和厚度的介質薄膜按照設計要求組合起來,通過對不同波長形成通帶和阻帶來達到對不同波長進行合成和分離的作用。這種器件的優點是結構緊湊,與光纖參數幾乎無關,信號通帶很平坦,插入損耗較低,可達0.4db。缺點是設計和製造比較麻煩,產量較低,價格也高於熔錐型器件。
wdm系統中使用著大量不同種類不同名稱的無源光器件,從使用功能的角度看,最主要的無源光器件有光纖連線器、光功率分路器、光定向耦合器、波分復用器件以及光隔離器等。 1.光纖連線器 光纖(活動)連線器是一種可拆卸使用的連線器件。它主要用於設備與光纖之間、光纖與光纖之間或光纖與其他無源器件的連線。 光纖連線器的作用就是把光纖的兩個端面精密對接起來,使發射光纖輸出的光能量能最大限度地耦合到接收光纖中去。理想的光纖耦合是沒有損耗的,但實際上損耗是難以避免的。引起連線損耗的原因有兩類:一是相互連線的兩光纖參數,如芯徑、折射率指數的不匹配;二是由於光纖的耦合不完善、有缺陷,如兩光纖端面之間有間隙、兩光纖軸有橫向位移、兩光纖軸傾斜成角度、光纖端面不平整或受污染。 對光纖連線器的基本要求是連線損耗小。此外還要求重複插拔性好,互換性好,穩定可靠,對環境條件不敏感,機械性能好、強度高,反射損耗高,壽命長,成本低,體積小。 2.光耦合器 光耦合器是一種能使傳輸中的光信號在特殊結構的耦合區發生耦合,並進行再分配的器件。其作用之一是將光信號進行分路與合路。 光耦合器的種類很多,大體上可以分為3種類型:以光纖為基本材料的光纖耦合器;以光學元件為基礎組合成的多路耦合器;基板波導型耦合器。其中光纖耦合器體積小,和光纖連線較方便,是目前較常使用的一種。 光纖耦合器也有許多不同的分類方法。從製造技術看,可以劃分為軸向對準技術(又稱纖芯互動型)和橫向對準技術(又稱表面互動型)。由橫向對準技術製造的光纖耦合器又可以劃分為全光纖型(研磨和熔融法)和集成光學型(鈮酸鋰、矽或平面玻璃方法)。從使用功能角度,則可以有更廣泛的分類方法,即可以劃 分為3連線埠和4連線埠光纖耦合器、星形耦合器和波分復用器件。 (1)3連線埠和4連線埠光纖耦合器 只要是有3個或4個連線埠,且不同連線埠之間有一定光功率分配比例的光纖耦合器均可以納入這一類。 (2)星形耦合器 有多個輸入連線埠m或n和多個輸出連線埠(n),通常完成將單個輸入信號分配給多個輸出口的任務。 (3)波分復用器件 上述幾種光纖耦合器只涉及光功率的分配,而波分復用器件不僅涉及光功率的分配,還涉及不同波長的分配,即具有將多個不同波長的光信號進行結合(合波器)或分離(分波器)的功能。
目前已商用的wdm器件可以分為4類,即角色散器件、干涉濾波器、熔錐型wdm和集成光波導型。較常用的wdm器件有以下幾種。 ①光柵型wdm 光柵型wdm屬於角色散型器件。光柵的種類很多,但用於wdm系統中的主要是炫耀光柵。炫耀光柵的每一個刻槽都有平行的側面,因此除單向反射外,還產生了由刻槽一邊到另一邊的附加光程差,從而改變了光波的相位,所以炫耀光柵是一種相位光柵。其主要特徵是能夠使入射光經過它將能量在衍射效率最 局的方向上集中,而獲得最大的光強。 光柵型wdm器件具有優良的波長選擇特性,可以使波長間隔縮小到數nm,甚至0.5nm左右。且光柵型器件是並聯工作的,插入損耗不會隨復用信道的增多而增加,已能實現32~131個波長的復用。其缺點是對溫度非常敏感,必須採用溫控措施。 ②光纖布拉格(bragg)光柵 光纖布拉格光柵是利用光纖的光敏性,即光纖折射率在紫外光的照射下隨光強發生變化的特性而製成的。光纖的這種折射率變化具有穩定性,可以保持永久不變。因而利用紫外光干涉條紋,側面照射摻雜(例如摻鍺)光纖,就可以使光纖折射率發生周期性變化,從而形成光纖布拉格光柵。 光纖布拉格光柵相當於一種全光纖陷波濾波器。它具有良好的濾波性能:通帶平坦、過渡帶陡峭、阻帶防衛度高。且中心反射波長可以精確控制,反射頻寬可以任意選擇,反射波長的反射率可達100%。當多波長的入射光通過時,只有滿足布拉格光柵條件的波長發生全反射,而其餘波長的光會順利通過,因此 它可以作為一種非常好的解復用器。 光纖布拉格光柵除了可以作為wdm器件外,還可以作光纖雷射器、光纖調製器、光纖濾波器、光纖光柵色散補償器等。光纖布拉格光柵與光纖連線簡便,可以實現全光纖器件,並能將各種全光纖器件集成在一根光纖里形成集成型光纖通信系統。可見光纖布拉格光柵有著非常美好的套用前景。