【正文】 入耦合器將某個輸入端口的輸入信號分成 m部分 ， 各部分相對相位由從輸入波導到陣列波導在輸入耦合器中傳輸?shù)木嚯x決定 。 與多級 MZI相比 ， AWG損耗低 ， 通帶平坦 ， 易集成在一塊襯底上 。 若兩臂長度差為 ΔL，輸入 1輸入， 則單個 MZI的功率傳遞函數(shù)為 將 MZI級聯(lián)可構(gòu)成多級馬赫 曾德爾干涉儀 。在第二個定向耦合器的輸出 1處，來自下臂的信號比來自上臂的信號延遲 π/2，在輸出 1處，兩信號總相位差為 π/2+βΔL+ π/2 。 MZI用作濾波器和波分復用器 ， 在寬帶濾波方面 MZI用于分開 。 改成多腔后與單腔相比 ， 通帶頂部更加平坦 ， 邊緣更尖銳 。 FP濾波器選擇不同波長的兩種方法： 5. 多層介質(zhì)薄膜濾波器 薄膜諧振腔濾波器是 FP干涉儀 ， 反射鏡采用多層介質(zhì)薄膜 ， 稱多層介質(zhì)薄膜濾波器 。 功率傳遞函數(shù) TFP(f)是頻率 f的周期函數(shù)， f滿足 fτ=k/2， k為正整數(shù)時，傳遞函數(shù) TFP(f)的值處在波峰 (通帶 )上。 長周期光纖光柵適合作帶阻濾波器 ， 主要用于摻鉺光纖放大器 (EDFA)中作濾波器 ,使 EDFA增益平坦化 。 2. 長周期光纖光柵：纖芯中正向傳輸模的能量耦合到包層正向傳輸模，包層模沿光纖傳輸時易消逝，相應波長位置的光波被衰減，出現(xiàn)一些損耗峰。 nm)，鄰近信道串擾抑制較高，通帶頂部平坦，光纖長度隨溫度變化稍有變化 . WDM系統(tǒng)中 ， 光纖布喇格光柵可用作濾波器 、 光分插復用器和色散補償器 。 d：位相版寫入光柵：當用光束照射位相版時 ， 光束分離成各個不同的衍射級 ， 衍射級相互干涉可將光柵寫入光纖 。 3. 光纖光柵 b：傳統(tǒng)光纖的 SiO2中摻入少量鍺 (Ge)后具有光敏特性 ，由紫外 (UV)光照射 ， 引起光纖纖芯的折射率變化 。 一個波的能量可耦合到另一個波中 。 WDM系統(tǒng)中光柵用在解復用器中 ， 分離出各個波長 。 2. 濾波器的通帶對溫度的變化不敏感 。 圖 10 光濾波器的三種應用 (a) 單純的濾波應用； (b) 波分復用器中應用； (c) 波長路由器中應用 光濾波器? 1 ,? 2 ,? 3 ,? 4? 2 ,? 3 ,? 4? 1( a )波分復用器( b )? 1? 2? 3? 4? 1 ,? 2 ,? 3 ,? 4波長路由器? 1 ,? 2 ,? 3 ,? 4? ? ?? 2 ,? 3 ,? 4( c )1 1 1 12 2 2? 1 ,? 2 ,? 3 ,? 42 1 1 2? 1 ,? 2 ,? 3 ,? 41 2 2 12光濾波器? 1 ,? 2 ,? 3 ,? 4? 2 ,? 3 ,? 4?1( a )波分復用器( b )? 1? 2? 3? 4?1,?2,?3,?4波長路由器? 1 ,? 2 ,? 3 ,? 4????2,?3,?4( c )1 1 1 12 2 2? 1 ,? 2 ,? 3 ,? 42 1 1 2?1,?2,?3,?41 2 2 121. 有較低的插入損耗 ， 且損耗與輸入光的偏振態(tài)無關(guān) 。 4. 降低器件的超高速要求 5. 高度的組網(wǎng)靈活性 、 經(jīng)濟性和可靠性 光濾波器與光波分復用器 光濾波器的應用：單純的濾波應用 、 波分復用 /解復用器中應用和波長路由器中應用 。傳送幀同步字節(jié)、公務字節(jié)和網(wǎng)管所用的開銷字節(jié)。 接收端 ， 光前置放大器 (PA)放大經(jīng)傳輸而衰減的主信道光信號 ， 分波器從主信道光信號中分出特定波長的光信號 。 光發(fā)射機：位于 WDM系統(tǒng)的發(fā)送端 ， 將來自終端設備輸出的光信號 ， 利用光轉(zhuǎn)發(fā)器 (OTU)把非特定波長的光信號轉(zhuǎn)換成具有穩(wěn)定的特定波長的光信號 。 6. 信道寬度：光源間為避免串擾應具有的波長間隔。 2. 串擾抑制度：指其他信道的信號耦合進某一信道，并使該信道傳輸質(zhì)量下降的影響程度。 設置光分插復用器 (OADM)或光交叉連接器 (OXC)， 使各波長光信號進行合流與分流 ， 實現(xiàn)波長的上下路(Add/Drop)和路由分配 ， 合理插入或分出信號 。 各信號通過不同光波長攜帶 ， 彼此之間不混淆 。 2. WDM系統(tǒng)的基本形式 將不同波長的信號結(jié)合在一起經(jīng)一根光纖輸出的器件稱復用器 (也叫合波器 )。 用 WDM 和 DWDM區(qū)分是 1310/1550 nm 簡單復用還是在 1550 nm波長區(qū)段內(nèi)密集復用 。km－1)…在光纖兩個低損耗傳輸窗口：波長為 (～)的窗口 ， 相應的帶寬 為中心波長和相應的波段寬度 ， c 為真空中光速 ) 為17700GHz；波長為 (～ )的窗口 ，相應帶寬為 12500GHz。 1550nmEDFA 應用：副載波 CATV 系統(tǒng) ， WDM 或OFDM系統(tǒng) ， 相干光系統(tǒng)以及光孤子通信系統(tǒng)應用EDFA增加傳輸距離 。 用于多信道傳輸時， 隔離度大，無串擾，適用于波分復用系統(tǒng)。 2. 增益高，約為 30～ 40 dB。 隔離器作用是防止光反射 ， 保證系統(tǒng)穩(wěn)定工作和減小噪聲 ， 要求插入損耗小 ， 反射損耗大 。 圖 2 摻鉺光纖放大器的特性 (a) 輸出信號光功率與泵浦光功率的關(guān)系； (b) 小信號增益與泵浦光功率的關(guān)系 00 20 40 60 8020406080轉(zhuǎn)換效率9 2 . 6 ％輸入泵浦光功率 / m W輸出信號光功率 / mW02001030405 10 15 20增益系數(shù)6 . 3 d B / m W輸入泵浦光功率 / m W增益 / dB( a ) ( b )摻鉺光纖放大器的構(gòu)成和特性 摻鉺光纖放大器主要由摻鉺光纖 (EDF)、 高功率泵浦光源 、 波分復用器和光隔離器組成 。m－1 )( b )( a )截面 / (10－25m2)4. 激發(fā)態(tài)不穩(wěn)定， Er3+很快返回到能級 2。 摻鉺光纖放大器工作原理 2. 當泵浦 (抽運 )光的光子能量等于能級 3和能級 1的能量差時，鉺離子吸收泵浦光從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài) (1→3) 。 光放大器有半導體光放大器和光纖放大器兩種類型。 2. 光纖放大器的性能與光偏振方向無關(guān) ， 器件與光纖的耦合損耗很小 。 1. 摻鉺光纖 (EDF)中 ， 鉺離子 (Er3+)有三個能級： 能級 1代表基態(tài) ， 能量最低；能級 2是亞穩(wěn)態(tài) ， 處于中間能級；能級 3代表激發(fā)態(tài) ， 能量最高 。 摻鉺光纖放大器 (EDFA)的工作原理 : 圖 1摻鉺光纖放大器的工作原理 (a) 硅光纖中鉺離子的能級圖； (b) EDFA的吸收和增益頻譜 4F9 / 24I9 / 24I1 1 / 24I1 3 / 24I1 5 / 21 . 4 8 ? m泵浦0 . 6 5 ? m0 . 8 0 ? m0 . 9 8 ? m1 . 5 3 ? m123光信號1 . 4 8 1 . 5 0 1 . 5 2 1 . 5 4 1 . 5 602460246810吸收增益波長 / ? m損耗或增益 /( dB 5. 為提高放大器增益， 應提高對泵浦光的吸收，使基態(tài) Er3+盡可能躍遷到激發(fā)態(tài)。 高增益摻鉺光纖 (EDF)的增益取決于 Er3+的濃度 、 光纖長度和直徑以及泵浦光功率等 ， 通常由實驗獲得最佳增益 。 圖 4 摻鉺光纖放大器增益 、 噪聲指數(shù)和輸出光功率與輸 入光功率的關(guān)系曲線 － 1 0 . 0－ 40－ 5 . 00 . 05 . 01 0 . 01 5 . 02 0 . 02 5 . 03 0 . 03 5 . 0－ 35 － 30 － 25 － 20 － 15 － 10 － 5 0IIIII I I噪聲指數(shù) / d B輸出光功率 / d B m增益 / d B輸入光功率 / d B m增益 / dB摻鉺光纖放大器的優(yōu)點和應用 1. 工作波長落在光纖通信最佳波段 (1500～ 1600 nm)；主體是一段光纖 (EDF)， 與傳輸光纖的耦合損耗很小 ， 可達 。 3. 噪聲指數(shù)小， 一般為 4～ 7 dB。 “ 波分復用 +光纖放大器 ” 可充分利用光纖帶寬增加傳輸容量 。 圖 6 中心波長在 μm和 μm的硅光纖低損耗傳輸窗口 (插圖表示 μm傳輸窗口的多信道復用 ) 80001 . 02 . 03 . 04 . 01000 1200 1400 1600 1800載波頻率信道間隔1 ~ 1 0 G H z波長 / n m衰減 / (dB 該系統(tǒng)是在 1550 nm波長區(qū)段內(nèi) ， 同時用 8， 16或更多個波長在一對光纖上構(gòu)成光通信系統(tǒng) ， 其中各個波長間的間隔為 、 。 在 WDM鏈路的交叉 (結(jié)點 )處設置以波長為單位對光信號進行交叉連接的 光交叉連接設備 (OXC)， 或進行光上下路的 光分插復用器 (OADM)， 可在原來由光纖鏈路組成的物理層上面形成新的光層 。 WDM系統(tǒng)的基本構(gòu)成： 1. 雙纖單向傳輸：在發(fā)送端將載有信息的 、 不同波長已調(diào)光信號 λ1,λ2,…,λn通過光復用器組合 ， 在一根光纖中單向傳輸 。 系統(tǒng)設計考慮的系統(tǒng)因素：光反射 、 雙向通路間的隔離 、 串擾類型以及數(shù)值 、 兩個方向傳輸?shù)墓β孰娖街岛拖嗷ラg的依賴性 ， 使用雙向光纖放大器 。 010 l g ( ) ( 1 )iP dBP? ?1. 插入損耗：由于增加光波分復用器 /解復用器產(chǎn)生的附加損耗 ， 定義為該無源器件的輸入和輸出端口之間的光功率之比 ， 即 3. 光波分復用器的性能參數(shù) 波分復用器的基本要求：插入損耗小 ， 隔離度大 ， 帶內(nèi)平坦 ， 帶外插入損耗變化陡峭 ， 溫度穩(wěn)定性好 ， 復用通路數(shù)多 ， 尺寸小等 。 10 l g ( ) ( 3 )rjpRL dBp??3. 回波損耗：從無源器件的輸入端口返回的光功率與輸入光功率的比，即 4. 反射系數(shù)：在 WDM器件的給定端口的反射光功率 Pr與入射光功率 Pj之比，即 10 l g ( 4)ripRp??5. 工作波長范圍：指 WDM器件能夠按照規(guī)定的性能要求工作的波長范圍 (λmin到 λmax)。 OTU輸出端滿足 ， 即標準的光波長和滿足長距離傳輸要求的光源；利用合波器合成多路光信號； 通過光功率放大器 (BA)放大輸出多路光信號 。 增益平坦技術(shù)：使 EDFA對不同波長的光信號具有接近相同的放大增益 。 1. 發(fā)送端 ， 插入本結(jié)點產(chǎn)生的波長為 λs(1510nm)的光監(jiān)控信號 ， 與主信道的光信號合波輸出； 2. 接收端，將接收到的光信號分離，輸出 λs(1510 nm)波長的光監(jiān)控信號和業(yè)務信道光信號。 3. WDM技術(shù)使 N個波長復用在單根光纖中傳輸 ， 實現(xiàn)單根光纖雙向傳輸 ， 節(jié)省線路投資 。 路由器交換波長 λ1和 λ4 ：在輸入端口 1上的波長中 ， 若λ12和 λ13由輸出端口 1輸出 ， λ11和 λ14由輸出端口 2輸出；在輸入端口 2上的波長中 ， 若 λ22和 λ23由輸出端口 2輸出 ，則 λ21和 λ24由輸出端口 1輸出 。 光濾波器的要求： 波長分插復用器可看成波長路由器的簡化形式 ， 它有一個輸入端口 、 一個輸出端口 ， 一個用于分插波長的本地端口 。 圖 11 由波分復用器構(gòu)成靜態(tài)路由器 ?1?2?3?4?1, ?2, ?3, ?41 1 1 1?1, ?2, ?3, ?42 2 2 2?1, ?2, ?3, ?42 1 1 2?1, ?2, ?3, ?41 2 2 1解復用器 復用器