光波分复用系统

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1、光波分复用系统Optical Wavelength Division Multiplexing SystemLi Yan（China TieTong Changchun Branch,JiLin 130061,China）:This paper introduces the basic concepts of optical wavelength division multiplexing system,system construction,working principle and key technologies.Keywords:Wavelength divisionmultiplex

2、ing;Demultiplexing随着通讯技术的日新月异，网络容量受到严重考验。传统的 传输网络扩容方法采用空分复用（SDM）或时分复用（TDM）两种 方式。这种采用单一波长的光信号的传输方式是对光纤容量的一 种极大浪费。波分复用技术就是在这样的背景下应运而生的。一、光波分复用的基本概念通常人们把光信道间隔较大的复用称为光波分复用（WDM）。 光波分复用技术是在一根光纤中同时传输多个波长光信号的一 项技术。其基本原理是在发送端将不同波长的光信号组合起来 （复用），并耦合到光缆线路上的同一根光纤中进行传输，在接 受端又将组合波长大的光信号分开（解复用），并作进一步处理， 恢复出原信号后送入不同

3、的终端，因此将此项技术称为光波长分 割复用，简称光波分复用技术。图1示出了波分复用系统的基本 组成。图1.波分复用系统的基本组成二、光波分复用的主要特点和构成WDM技术使一根光纤的传输容量比单波长传输增加几倍至几 十倍甚至几百倍，充分的利用了光纤的巨大带宽资源；由于WDM 技术使用的各波长信道相互独立，因而可以同时传输多种不同类 型的信号；WDM技术有高度的组网灵活性，如长途干线网、多路 多址局域网等，可以利用WDM技术选择路由，实现网络交换和故 障恢复。WDM系统的基本构成主要有两种形式，即双纤单向和单 纤双向。（一）双纤单向传输单向WDM是指一根光纤只完成一个方向光信号的传输，反方 向的光

4、信号由另一光纤完成。即在发送端将载有各种信息的、具 有不同波长的已调光信号入1，入2，入n通过光复用器 组合在一起，并在同一根光纤中沿着同一方向传输，由于各个光 信号是调制在不同的光波长上的，因此彼此不会相互干扰。在接 收端通过光解复用器将不同波长的光信号分开，完成多路光信号 的传输任务。因此，同一波长可以在两个方向上重复利用。（二）单纤双向传输单纤双向指光通路同时在一根光纤上向两个不同的方向传 输，所用波长相互分开，因此这种传输允许单根光纤携带全双工 通路。与单纤单向WDM相比单纤双向WDM系统可以减少光纤和线 路放大器的数量。三、WDM系统的关键技术（一）光源技术光源是光纤通信系统的关键器

5、件，它产生光通信系统所需要 的光载波，其特性的好坏将直接影响光纤通信系统的性能。光纤通信系统对光源有以下要求：（1）合适的发光波长。光源的发光波长必须在光纤的低损耗区。（2）足够的输出功率。 光源的输出功率必须足够大，光源输出功率的大小将直接影响光 纤通信系统的中继距离。（3）可靠性高，寿命长。只有光源的 工作寿命长，通信才可靠。（4）输出效率高。输出光功率与所 消耗的直流电功率的比值叫做输出效率，要求输出效率尽量高。（5）光谱宽度窄。光谱宽度是光源的发光波长范围，光源的光 谱宽度直接影响系统的传输带宽，它与光纤的色散效应相结合就 产生了噪声，从而影响系统的传输容量和中继距离。（6）聚光 性好

6、。（7）调制方便。调制即是把话音等信息附载在光波上。（8）价格低廉。下面重点介绍一下光源技术中的激光器：激光器的种类很多，但其制造原理基本相同，大多由激励系统、激光物资和光学 谐振腔三部分组成：激励系统就是产生光能、电能或化学能的装 置；激光物资是能够产生激光的物质；光学谐振控的作用来加强 输出激光的亮度，调节和选定激光的波长和方向等。在光纤通信系统中，所用的光源有三种：一类是有半导体材 料制造的，分为半导体激光器、半导体发光二极管和另一类光纤 激光器等非半导体激光器。激光器产生激光有三个主要元素：（1）激活介质能经受发 射雨使射入光强放大。（2）能使激活介质产生粒子数反转的泵 浦装置。（3）

7、放置激活介质的谐振腔，它增加放大并实施发射 频率的选择。（二）光放大技术光放大器在波分复用系统中，用于实现多波长的同时放大， 延长通信距离。在WDM系统中，波分解复用器和波分复用器插入 衰耗比较大，使得波分复用系统的中继距离接近零，光放大器用 于光功率放大器和光前置放大器就可以补偿这些器件的插入衰 耗。另外WDM系统由于电再生中继距离的不断延长，使得越来越 多的色散补偿光纤被引入到长途波分复用系统中来，光放大器也 常常被用来补偿色散，补偿光纤的衰耗。光纤放大器主要有三种不同的用途：一是在发射机侧用作功 率放大器以提高发射机的功率，称为功率放大；二是在接收机之 前作光预放大器以极大地提高光接收机

8、的灵敏度，称为前置放 大；三是在光纤传输线路中作中继放大器以补偿光纤传输损耗， 延长传输距离，称为中继放大或线路放大。光纤放大器不但可对光信号进行直接放大，同时还具有实 时、高增益、宽带、在线、低噪声、低损耗的全光放大功能，是 新一代光纤通信系统中必不可少的关键器件；由于这项技术不仅解决了衰减对光网络传输速率与距离的限制，更重要的是它开创 了 1550nm频段的波分复用，是光纤通信发展史上的一个里程碑。（三）光滤波技术实现WDM复用/解复用滤波器的技术是WDM系统的关键技术 之一，所有现存的滤波器的基本工作原理都可以归结到干涉滤波 或衍射滤波。其中完成复用的滤波器是将不同光源波长的信号结 合在一起经一根传输光纤输出，称为合波器；反之，经同一传输 光纤送来的多波长信号分解为个别波长分别输出，称分波器，有 时同一器件既可作分波器，又可以作合波器。随着波分复用数不 断增加和波长通道间隔不断减小，对WDM复用、解复用要求也越 来越高。它要求插入损耗低，隔离度大，带内平坦，带外插入损 耗变化陡峭，中心波长稳定性高等。滤波器在WDM系统中的主要 应用第一就是构成各种解复用器，把复用在一起的光区分开。四、总结波分复用系统通信方式的优点在于它充分利用了光纤的潜 在带宽，使光纤通信容量的增长方式从单纯的时分复用方式转变 为复用更多的波长数方式，大幅提高了光纤通信系统的传输容 量。