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1、光复用和解复用光复用器和光解复用器波分复用系统的核心部件是波分复用器件，即光复用器和光解复用器（有时也称合波器和分波器），实际上均为光学滤波器，其性能好坏在很大程度上决定了整个系统的性能。如图4-13所示。合波器的主要作用是将多个信号波长合在一根光纤中传输；分波器的主要作用是将在一根光纤中传输的多个波长信号分离。 WDM系统性能好坏的关键是WDM器件，其要求是复用信道数量足够、插入损耗小、串音衰耗大和通带范围宽等。从原理上讲，合波器与分波器是相同的，只需要改变输入、输出的方向。WDM系统中使用的波分复用器件的性能满足ITU-T G.671及相关建议的要求。图4-13 DWDM器件 光波分复用器
2、的种类有很多，大致可以分为四类：干涉滤光器型、光纤耦合器型、光栅型、阵列波导光栅（AWG）型。4.4.1 光栅型波分复用器光栅型波分复用器属于角色散型器件，是利用角色散元件来分离和合并不同波长的光信号。最流行的衍射光栅是在玻璃衬底上沉积环氧树脂，然后再在环氧树脂上制造光栅线，构成所谓反射型闪烁光栅。入射光照射到光栅上后，由于光栅的角色散作用，不同波长的光信号以不同的角度反射，然后经透镜会聚到图4-14，不同的输出光纤，从而完成波长选择功能；逆过程也成立，如所示。闪烁光栅的优点是高分辨的波长选择作用，可以将特定波长的绝大部分能量与其他波长进行分离且方向集中。闪烁光栅型滤波器具有优良的波长选择性，
3、可以使波长的间隔缩小到0.5nm左右。另外，光栅型器件是并联工作的，插入损耗不会随复用通路波长数的增加而增加，因而可以获得较多的复用通路数，已能实现131个波长间距为0.5nm的复用，其隔离度也较好。当波长间隔为1nm时隔离度可以高达55dB。闪烁光栅的缺点是插入损耗较大，通常有38dB，对极化很敏感，光通路带宽/通路间隔比尚不很理想，使光谱利用率不够高，对光源和波分复用器的波长容错性要求较高。此外，其温度漂移随所用材料的热膨胀系数和折射率变化而变化，典型器件的温度漂移大约为0.012nm/，比较大。若采用温度控制措施，则温度漂移可以减少至0.0004nm/。因此，对于波分复用器采用温控措施是
4、可行和必要的。图4-14 闪烁光栅波分复用器原理 这类光栅在制造上要求较精密，不适合于大批量生产，因此往往在实验室的科学研究中应用较多。除上述传统的光纤器件外，布拉格光纤光栅滤波器的制造技术也逐渐成熟起来，它的制造方法是利用高功率紫外光波束干涉，从而在光纤纤芯区形成周期性的折射率变化，精度可达每厘米10000线，如图4-15所示。布拉格光纤光栅的设计和制造比较快捷方便，成本较低，插入损耗很小，温度特性稳定，其滤波特性带内平坦，而带外十分陡峭（滚降斜率优于150dB/nm，带外抑制比高达50dB），整个器件可以直接与系统中光纤熔为一体，因此可以制作成信道间隔非常小的带通或带阻滤波器，目前在波分复
5、用系统中得到图4-15 光导纤维中布拉格光栅滤波器 了广泛的应用。然而这类光纤光栅滤波器的波长适用范围较窄，只适用于单个波长，带来的好处是可以随着使用的波长数而增减滤波器，应用比较灵活。4.4.2 介质薄膜型波分复用器介质薄膜滤波器型波分复用器是由介质薄膜（DTF）构成的一类芯交互型波分复用器。DTF干涉滤波器是由几十层不同材料、不同折射率和不同厚度的介质膜，按照设计要求组合起来，每层的厚度为1/4波长，一层为高折射率，一层为低折射率，交替叠合而成。当光入射到高折射层时，反射光没有相移；当光入射到低折射层时，反射光经历1800相移。由于层厚1/4波长（900），因而经低折射率层反射的光经历36
6、00相移后与经高折射率层的反射光同相叠加。这样在中心波长附近各层反射光叠加，在滤波器前端面形成很强的反射光。在这高反向射区之外，反射光突然降低，大部分光成为透射光。据此可以使薄膜干涉型滤波器对一定波长范围呈通带，而对另外波长范围呈阻带，形成所要求的滤波特性。薄膜干涉型滤波器的结构原理如图4-16所示。介质薄膜滤波器波分复用器的主要特点是，设计上可以实现结构稳定的小型化器件，信号通带平坦且与极化无关，插入损耗低，通路间隔度好。缺点是通路数不会很多。具体特点还与结构有关，例如薄膜滤波器型波分复用器在采用软型材料的时候，由于滤波器容易吸潮，受环境的影响而改变波长；采用硬介质薄膜时材料的温度稳定性优于
7、0.0005nm/。另外，这种器件的设计和制造过程较长，产量较低，光路中使用环氧树脂时隔离度不易很高，带宽不易很窄。图4-16 薄膜干涉滤光器型分波器原理 在波分复用系统中，当只有4至16个波长波分复用时，使用该型波分复用器件，是比较理想的。4.4.3 熔锥型波分复用器光纤耦合器有两类，应用较广泛的是熔拉双锥（熔锥）式光纤耦合器，即将多根光纤在热熔融条件下拉成锥形，并稍加扭曲，使其熔接在一起。由于不同的光纤的纤芯十分靠近，因而可以通过锥形区的消失波耦合来达到需要的耦合功率。第二种是采用研磨和抛光的方法去掉光纤的部分包层，只留下很薄的一层包层，再将两根经同样方法加工的光纤对接在一起，中间涂有一层
8、折射率匹配液，于是两根光纤可以通过包层里的消失波发生耦合，得到所需要的耦合功率。熔锥式波分复用器件制造简单，应用广泛。4.4.4 集成光波导型波分复用器集成光波导型波分复用器是以光集成技术为基础的平面波导型器件，典型制造过程是在硅片上沉积一层薄薄的二氧化硅玻璃，并利用光刻技术形成所需要的图案并腐蚀成型。该器件可以集成生产，在今后的接入网中有很大的应用前景，而且，除了波分复用器之外，还可以作成矩阵结构，对光信道进行上/下分插（OADM），是今后光传送网络中实现光交换的优选方案。使用集成光波导波分复用器较有代表性的是日本NTT公司制作的阵列波导光栅（Arrayed Waveguide Gratin
9、g）url=http:/ AWG 波分复用器原理 4.4.5 波分复用器件性能比较表4-1 各种波分复用器件性能的比较器件类型 机理 批量生产 通道间隔（nm） 通道数 串音（dB） 插入损耗（dB） 主要缺点 衍射光栅型 角色散 一般 0.510 131 -30 36 温度敏感 介质薄膜型 干涉/吸收 一般 1100 232 -25 26 通路数较少 熔锥型 波长依赖型 较容易 10100 26 -（1045） 0.21.5 通路数少 集成光波导型 平面波导 容易 15 432 -25 611 插入损耗大 4.4.6 对光复用器件的基本要求波分复用器件是波分复用系统的重要组成部分，为了确保波
10、分复用系统的性能，对波分复用器件提出了基本要求，主要是插入损耗小、隔离度大、带内平坦、带外插入损耗变化陡峭，温度稳定性好，复用通路数多，尺寸小等。1、合波器（OMU）WDM系统的合波器可以采用各种技术来实现，目前常用的16通路和32通路合波器有集成光波导型和介质薄膜滤波器型，它的相关参数应满足表4-2合波器参数要求。表4-2 合波器参数要求项目 单位 16通路指标 32通路指标 插入损耗 dB 10 40 40 工作波长范围 nm 1548-1561 1530-1561 偏振相关损耗 dB 0.5 22 22 非相邻通路隔离度 dB 25 25 各通路差损的最大差异 dB 2 3 2、分波器（ODU）WDM系统的分波器可以采用各种技术来实现，目前常用的16通路WDM系统分波器有光纤布喇格光栅型、介质薄膜滤波器型和集成光波导型，它的相关参数应满意表4-3的要求。表4-3 合波器参数要求项目 单位 16通路指标 32通路指标 通路间隔 GHz 100 100 插入损耗 dB 8 25 25 非相邻通路隔离度 dB 25 25 偏振相关损耗 dB 0.5 0.5 各通路差损的最大差异 dB 2 0.2 0.2 20dB带宽 nm * *
