波分復(fù)用(WDM)是將兩種或多種不同波長(zhǎng)的光載波信號(hào)(攜帶各種信息)在發(fā)送端經(jīng)復(fù)用器(亦稱合波器，Multiplexer)匯合在一起，并耦合到光線路的同一根光纖中進(jìn)行傳輸?shù)募夹g(shù)；在接收端，經(jīng)解復(fù)用器(亦稱分波器或稱去復(fù)用器，Demultiplexer)將各種波長(zhǎng)的光載波分離，然后由光接收機(jī)作進(jìn)一步處理以恢復(fù)原信號(hào)。這種在同一根光纖中同時(shí)傳輸兩個(gè)或眾多不同波長(zhǎng)光信號(hào)的技術(shù),稱為波分復(fù)用。

常用的WDM波分復(fù)用技術(shù)

WDM傳輸?shù)幕驹?a href="http://www.1cnz.cn/v/tag/4854/" target="_blank">光學(xué)濾波器，可通過(guò)光纖熔融拉錐（FBT）、薄膜濾光片（TFF）、陣列波導(dǎo)光柵（AWG）和光學(xué)梳狀濾波器等技術(shù)實(shí)現(xiàn)。TFF和AWG是最常用的兩種WDM技術(shù)。

介質(zhì)薄膜濾波器TFF（Thin Film Filter）

薄膜濾波器（TFF）技術(shù)是在波分復(fù)用商用以來(lái)最早得到應(yīng)用的波分復(fù)用技術(shù)。與其他技術(shù)相比，薄膜濾波器的主要優(yōu)點(diǎn)是它在小尺寸設(shè)備中應(yīng)用時(shí)有極高的準(zhǔn)確性。

緊湊型WDM模塊結(jié)構(gòu)

TFF技術(shù)核心的是TFF濾光片，下面三端口WDM器件的結(jié)構(gòu)可以清楚的看出TFF濾光片如何應(yīng)用在WDM器件中?；赥FF的三端口WDM器件結(jié)構(gòu)包括一個(gè)雙光纖準(zhǔn)直器、一個(gè)單光纖準(zhǔn)直器和一個(gè)TFF濾光片，TFF濾光片粘貼在雙光纖準(zhǔn)直器的準(zhǔn)直透鏡的端面上。

基于TFF的三端口WDM器件結(jié)構(gòu)

為了將所有波長(zhǎng)解復(fù)用，需要將n個(gè)三端口器件串聯(lián)起來(lái)，組成WDM模塊，如下圖所示，其中每個(gè)三端口器件中的TFF濾光片，其透射波長(zhǎng)不同。模塊中的不同波長(zhǎng)經(jīng)過(guò)不同數(shù)量的三端口WDM器件，因此產(chǎn)生不同的插入損耗。隨著端口數(shù)增加，損耗均勻性劣化。

基于三端口WDM器件的WDM模塊結(jié)構(gòu)

隨著DWDM系統(tǒng)擴(kuò)展到超過(guò)40個(gè)或48個(gè)信道，需要更大端口數(shù)的復(fù)用/解復(fù)用器。DWDM系統(tǒng)中最早采用的波分復(fù)用/解復(fù)用模塊是基于介質(zhì)膜濾光片TFF的。但串聯(lián)結(jié)構(gòu)的WDM模塊，信道間隔每壓窄一般，就要多鍍上百層薄膜來(lái)分離和隔離各個(gè)波長(zhǎng)，容易造成局部薄膜厚度與密度波動(dòng)產(chǎn)生的缺陷增加，成品率下降，且會(huì)在后面端口累積太多功率損耗?；赥FF技術(shù)的DWDM模塊，其信道數(shù)通常不超過(guò)16。陣列波導(dǎo)光柵AWG就是采用并行結(jié)構(gòu)，一次性可實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)十個(gè)波長(zhǎng)進(jìn)行復(fù)用/解復(fù)用操作。

陣列波導(dǎo)光柵AWG

典型的AWG結(jié)構(gòu)如圖所示，它包括一個(gè)輸入波導(dǎo)、一個(gè)輸入星形耦合器（圖中自由傳輸區(qū)域FPR）、一組陣列波導(dǎo)、一個(gè)輸出星形耦合器和數(shù)十根輸出波導(dǎo)。DWDM信號(hào)從輸入波導(dǎo)進(jìn)入輸入星形耦合器，經(jīng)自由傳輸之后，被分配到陣列波導(dǎo)之中。這個(gè)分配過(guò)程是波長(zhǎng)無(wú)關(guān)的，所有波長(zhǎng)被無(wú)差別的分配到陣列波導(dǎo)之中。陣列波導(dǎo)對(duì)多光束產(chǎn)生相位差，各光束的相位成等差級(jí)數(shù)，這與傳統(tǒng)光柵中的情況類似。不同波長(zhǎng)被色散展開(kāi)，并聚焦在輸出星形耦合器中的不同位置。不同波長(zhǎng)被不同的波導(dǎo)接收，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)DWDM信號(hào)的并行解復(fù)用。

AWG優(yōu)于TFF的主要優(yōu)勢(shì)在于其成本不依賴于波長(zhǎng)計(jì)數(shù)，因此對(duì)于高通道數(shù)應(yīng)用而言，它們具有極高的成本效益。AWG的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是可以靈活選擇通道號(hào)和間距。

典型AWG結(jié)構(gòu)

WDM器件結(jié)構(gòu)

C-lens和G-lens

WDM器件的結(jié)構(gòu)如下圖，主要有玻璃管Glass tube、透鏡Lens、濾波片F(xiàn)ilter組成。其中透鏡分為C-lens球面透鏡（conventional lens）、G-lens自聚焦透鏡（Gradient-index，GRIN）。C-Lens的結(jié)構(gòu)是一面為平面,另外一面為球面的折射率均勻的玻璃柱體。G-lens的結(jié)構(gòu)是折射率隨直徑變化的圓柱形玻璃棒。從input端的輸入的光纖頭發(fā)出來(lái)的光是發(fā)散的，透鏡的使用就是將光聚焦和成像。兩個(gè)透鏡的作用是不同的，第一個(gè)透鏡將發(fā)散的光線平行，第二個(gè)透鏡將平行的光線匯聚。

WDM器件結(jié)構(gòu)

光纖準(zhǔn)直器（fiber collimator)

將C-透鏡裝在光纖頭的前面，外面用玻璃或金屬套管封裝，就做成了一個(gè)C-透鏡準(zhǔn)直器。光纖準(zhǔn)直器由尾纖與透鏡精確定位而成，利用透鏡（ C-Lens或者G-Lens）的匯聚原理使原本發(fā)散的光聚成一束光斑較大的平行光束，從而達(dá)到準(zhǔn)直（平行）效果。一般G-透鏡準(zhǔn)直器的成本要比C-透鏡準(zhǔn)直器高，所以我們大多使用C-透鏡準(zhǔn)直器。

WDM器件參數(shù)

中心波長(zhǎng)(Center Wavelength）

ITU中心波長(zhǎng)：ITU國(guó)際電信聯(lián)盟規(guī)定的各通道標(biāo)準(zhǔn)中心波長(zhǎng)。

通道數(shù)、通道間隔（Channel Spacing）

通道數(shù)指波分復(fù)用/解復(fù)用器可以合成或分離的信道的數(shù)量，這個(gè)數(shù)字可以從4到160不等，通過(guò)增加更多的頻道來(lái)增強(qiáng)設(shè)計(jì), 常見(jiàn)的信道數(shù)有4、8、16、32、40、48等。 通道間隔（channel spacing）是指兩個(gè)相鄰信道的標(biāo)稱載頻的差值，可以用來(lái)防止信道間干擾。按ITU-T G.692的建議，間隔小于200GHz(1.6nm)的有100GHz（0.8nm）、50GHz（0.4nm）和25GHz等，目前優(yōu)先選用的是100GHz和50GHz信道間隔。

通道帶寬和通道間隔

插入損耗（Insertion Loss, IL）

插入損耗是光傳輸系統(tǒng)中波分復(fù)用器(WDM)插入引起的衰減。 它是以工作窗口的兩個(gè)典型波長(zhǎng)1310nm和1550nm來(lái)定義的。對(duì)于兩個(gè)光通路端口，插入損耗定義為輸出端口的光功率與輸入端光功率之比，以dB為單位。定義為：IL=-10log(Po/Pi)

Pi—→輸入到輸入端口的光功率, 單位為mw；Po—→從輸出端口接收到的光功率,單位為mw。

透射插損（Pass , ILP）光信號(hào)在通過(guò)器件時(shí)，透射光線的損耗。

反射插損（Reflect , ILR）光信號(hào)在通過(guò)器件時(shí)，反射光線的損耗。

以上指標(biāo)的數(shù)值越小越好。數(shù)值越小，表示光信號(hào)經(jīng)過(guò)器件時(shí)所損耗的能量越小，越穩(wěn)定。

回波損耗（Return Loss , RL）

入射到器件的光信號(hào)中，由于散射等原因?qū)е掠幸恍〔糠值墓庑盘?hào)沿原路返回。 回?fù)p就是用來(lái)描述這種返回光信號(hào)的強(qiáng)度。如果這種往回傳輸?shù)墓庑盘?hào)太大可能會(huì)影響光源的正常工作，所以一般要求返回的光信號(hào)越小越好。指標(biāo)的數(shù)值越大，表示返回的光信號(hào)越小。

方向性（Direction , DIR）

波長(zhǎng)在透射帶寬內(nèi)的信號(hào)光從器件的透射端口入射，在器件的反射端口檢測(cè)到的信號(hào)光的損耗即為方向性。原理與回?fù)p類似，數(shù)值越大，表示反方向傳輸?shù)墓庑盘?hào)越小，系統(tǒng)越穩(wěn)定。

WDM方向性

偏振相關(guān)損耗（Polarization , PDL）

由不同偏振態(tài)而引起器件插損變化的變化量稱為偏振相關(guān)損耗。 偏振相關(guān)損耗PDL是在固定溫度、波長(zhǎng)及同Band下，不同極化態(tài)所造成的最大與最小Loss之間距離，即所有輸入偏振狀態(tài)下插入損耗的最大偏差。

溫度相關(guān)損耗（Temperature , TDL）

由不同溫度而引起器件插損變化的變化量稱為溫度相關(guān)損耗。

其他相關(guān)術(shù)語(yǔ)

帶寬（Passband）

帶寬也叫通帶寬度，生產(chǎn)廠商常給出通道傳輸最大值下降1dB、3dB和20dB處的通帶寬度。帶寬值不僅取決于信道的間隔，還取決于通帶本身的線型。

加/減：加/減術(shù)語(yǔ)可能是指單波長(zhǎng)濾波器或多通道WDM產(chǎn)品。對(duì)于濾光片，這是描述濾光片雙向特性的另一種方式，其中特定的通道波長(zhǎng)可以像多路傳輸一樣被添加；或按解復(fù)用方式刪除。

水峰

水峰是指OH-離子引起的損耗峰?，F(xiàn)在，水峰及其水峰值上下的衰減可以超過(guò)2dB/km。

通帶

通帶是指能夠通過(guò)濾波器的頻率或波長(zhǎng)范圍，它是WDM濾波器的參數(shù)之一。事實(shí)上，通帶是以中心波長(zhǎng)為中心分布的一定波長(zhǎng)范圍，例如，CWDM濾波器的典型通帶在中心波長(zhǎng)±6.5nm的范圍內(nèi)。因此，一個(gè)波長(zhǎng)為1551nm的光可以在沒(méi)有額外信道損耗的情況下，在1544.5nm到1557.5nm的范圍內(nèi)傳輸。

WDM設(shè)備上的端口類型

WDM-分波

WDM-合波

通道端口

WDM設(shè)備通常具有幾個(gè)不同波長(zhǎng)的通道端口，每個(gè)端口均是一個(gè)特定波長(zhǎng)。CWDM有18個(gè)波長(zhǎng)，從1270nm到1610nm，因此有2~18個(gè)通道端口數(shù)。DWDM波長(zhǎng)間隔密集，可容納的波長(zhǎng)更多，通道端口數(shù)可至96個(gè)。

線路端口

COM端——輸入端，EXT端——反射端

擴(kuò)容/升級(jí)端口

擴(kuò)容/升級(jí)端口旨在為WDM解決方案增加額外的波長(zhǎng)。它們對(duì)于將舊設(shè)備合并到WDM網(wǎng)絡(luò)中非常有用。CWDM復(fù)用器/解復(fù)用器上的擴(kuò)容端口或升級(jí)端口是用來(lái)增加、終止或通過(guò)新增信道，這些新增信道能串聯(lián)兩個(gè)CWDM復(fù)用器/解復(fù)用器，從而在光纖鏈路不變的情況下加倍增加了通道容量。

WDM - 擴(kuò)容/升級(jí)端口

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