【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 20 Gb/s= Tb/s， 利用歸零信號(hào)沿色散平坦光纖，經(jīng)過(guò)增益寬度為 64 nm的光纖放大器，傳輸距離達(dá) 1500 km。 ③ 日本富士通 (Fujitsu): 128路 Gb/s， C和 L波帶注：， 用分布喇曼放大 (DRA: Distributed Raman Amplification), 傳輸距離達(dá) 6 140 km=840 km。 ④ 日本 NTT： 30路 Gb/s， 利用歸零信號(hào)， 經(jīng)過(guò)增益寬度為 50 nm的光纖放大器，傳輸距離達(dá) 3 125 km=375 km。 ⑤ 美國(guó) Lucent Tech: 100路 10 Gb/s=1 Tb/s，各路波長(zhǎng)的間隔縮小到 25 GHz, 利用 L波帶，沿 NZDF光纖 ( )傳輸 400 km。 ⑥ 美國(guó) Mciworld和加拿大 Nortel: 100路 10 Gb/s=1 Tb/s， 沿 NZDF光纖在 C和 L波帶傳輸 4段， 約 200 km。 ⑦ 美國(guó) Qtera 和 Qwest: 兩個(gè)波帶 4路 10 Gb/s和 2路 10 Gb/s沿 NZDF光纖傳輸 23 105 km=2415 km, 這個(gè)試驗(yàn)雖然 WDM路數(shù)不多，但在陸地光纜中卻是最長(zhǎng)距離。 2022年 6月，烽火科技所承擔(dān)的國(guó)家 863計(jì)劃重大科研項(xiàng)目“ 3T可擴(kuò)展到 80 40G DWDM傳輸系統(tǒng)設(shè)備工程化與試驗(yàn)”成功通過(guò)國(guó)家科技部的鑒定驗(yàn)收。烽火科技開通了世界上第一條 80 40Gb/s DWDM工程 ——“上海－杭州”國(guó)家一級(jí)干線，實(shí)現(xiàn)了單對(duì) 光纖 傳輸?shù)淖畲笕萘?——。 WDM技術(shù)的主要特點(diǎn) ?1. 充分利用光纖的巨大帶寬資源 ?光纖具有巨大的帶寬資源 (低損耗波段 )， WDM技術(shù)使一根光纖的傳輸容量比單波長(zhǎng)傳輸增加幾倍至幾十倍甚至幾百倍， 從而增加光纖的傳輸容量，降低成本，具有很大的應(yīng)用價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。 ?2. 同時(shí)傳輸多種不同類型的信號(hào) ?由于 WDM技術(shù)使用的各波長(zhǎng)的信道相互獨(dú)立，因而可以傳輸特性和速率完全不同的信號(hào)，完成各種電信業(yè)務(wù)信號(hào)的綜合傳輸，如 PDH信號(hào)和 SDH信號(hào)，數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)，多種業(yè)務(wù) (音頻、視頻、數(shù)據(jù)等 )的混合傳輸?shù)取? ?3. 節(jié)省線路投資 ?采用 WDM技術(shù)可使 N個(gè)波長(zhǎng)復(fù)用起來(lái)在單根光纖中傳輸，也可實(shí)現(xiàn)單根光纖雙向傳輸，在長(zhǎng)途大容量傳輸時(shí)可以節(jié)約大量光纖。另外，對(duì)已建成的光纖通信系統(tǒng)擴(kuò)容方便，只要原系統(tǒng)的功率余量較大，就可進(jìn)一步增容而不必對(duì)原系統(tǒng)作大的改動(dòng)。 ?4. 降低器件的超高速要求 ?隨著傳輸速率的不斷提高，許多光電器件的響應(yīng)速度已明顯不足，使用 WDM技術(shù)可降低對(duì)一些器件在性能上的極高要求，同時(shí)又可實(shí)現(xiàn)大容量傳輸。 ?5. 高度的組網(wǎng)靈活性、 經(jīng)濟(jì)性和可靠性 ?WDM技術(shù)有很多應(yīng)用形式，如長(zhǎng)途干線網(wǎng)、廣播分配網(wǎng)、多路多址局域網(wǎng)?？梢岳?WDM技術(shù)選擇路由，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)交換和故障恢復(fù)，從而實(shí)現(xiàn)未來(lái)的透明、 靈活、經(jīng)濟(jì)且具有高度生存性的光網(wǎng)絡(luò)。 光濾波器與光波分復(fù)用器 ?在前面介紹耦合器時(shí)，已經(jīng)簡(jiǎn)單地介紹了 波分復(fù)用器 (WDM)。 ?在這一部分我們將介紹各種各樣的波長(zhǎng)選擇技術(shù)， 即 光濾波技術(shù) 。 ?光濾波器在 WDM系統(tǒng)中是一種重要元器件， 與波分復(fù)用有著密切關(guān)系，常常用來(lái)構(gòu)成各種各樣的 波分復(fù)用器和解復(fù)用器 。 ?圖 光濾波器的三種應(yīng)用： ? 單純的濾波應(yīng)用 (圖 (a)) ? 波分復(fù)用 /解復(fù)用器中應(yīng)用 (圖 (b)) ? 波長(zhǎng)路由器中應(yīng)用 (圖 (c))。 ?波分復(fù)用器和解復(fù)用器主要用在 : ? WDM終端 ? 波長(zhǎng)路由器 ? 波長(zhǎng)分插復(fù)用器 (Wavelength Add/Drop Multiplexer, WADM) ? 1 光濾波器 圖 (a) 單純的濾波應(yīng)用 ? 1 , ? 2 , ? 3 , ? 4 ? , ? , ? 2 3 4 波分復(fù)用器 ? 1 ? 2 ? 3 ? 4 圖 (b) 波分復(fù)用器中應(yīng)用 ? 1 , ? 2 , ? 3 , ? 4 圖 (c) 波長(zhǎng)路由器中應(yīng)用 波長(zhǎng)路由器 ? 1 , ? 2 , ? 3 , ? 4 ? 1 ,? 2 , ? 3 , ? 4 1 1 1 1 2 2 2 2 ? 1 , ? 2 , ? 3 , ? 4 2 1 1 2 ? 1 , ? 2 , ? 3 , ? 4 1 2 2 1 波長(zhǎng)路由器 是 波長(zhǎng)選路網(wǎng)絡(luò) (Wavelength Routing Network)中的關(guān)鍵部件 ， 其功能可由圖 (c)的例子說(shuō)明 它有兩個(gè)輸入端口和兩個(gè)輸出端口 ， 每路輸入都載有一組λ1,λ2,λ3和 λ4 WDM信號(hào) 。 如果用 來(lái)標(biāo)記第 i輸入鏈路上的波長(zhǎng) λj, 則路由器的輸入端口 1上的波長(zhǎng)記為 、 、 、 , 輸入端口 2上的波長(zhǎng)記為 、 、 、 。 ij?11? 12? 13? 14?21? 22? 23? 24?在輸入端口 1上的波長(zhǎng)中 ， 如果 和 由輸出端口 1輸出 ，則 和 由輸出端口 2輸出；在輸入端口 2上的波長(zhǎng)中 ， 如果 和 由輸出端口 2輸出 ， 則 和 由輸出端口 1輸出 ， 這樣 ，我們就稱路由器交換了波長(zhǎng) λ1和 λ4。 12? 13?11? 14?22?23? 21? 24?在本例中 ， 波長(zhǎng)路由器只有兩個(gè)輸入端口和兩個(gè)輸出端口 ， 每一路上只有 4個(gè)波長(zhǎng) ， 但是在一般情況下 ， 輸入和輸出的端口數(shù)是 N(≥2)， 并且每一端口的波長(zhǎng)數(shù)是 W(≥2)(參看圖)。 ?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(fù)用器 復(fù)用器 ?如果一個(gè)波長(zhǎng)路由器的路由方式不隨時(shí)間變化，就稱為 靜態(tài)路由器 ；路由方式隨時(shí)間變化，則稱之為 動(dòng)態(tài)路由器 。 ?靜態(tài)路由器可以用波分復(fù)用器來(lái)構(gòu)成，如下圖所示。 ?波長(zhǎng)分插復(fù)用器可以看成是波長(zhǎng)路由器的簡(jiǎn)化形式，它只有一個(gè)輸入端口和一個(gè)輸出端口，再加上一個(gè)用于分插波長(zhǎng)的本地端口。 ?對(duì)光濾波器的主要要求有： ?(1) 一個(gè)好的光濾波器應(yīng)有較低的插入損耗，并且損耗應(yīng)該與輸入光的偏振態(tài)無(wú)關(guān)。 ?在大多數(shù)系統(tǒng)中，光的偏振態(tài)隨機(jī)變化，如果濾波器的插入損耗與 光的偏振有關(guān) (PDL: Polarization dependent Loss), 則輸出光功率將極其不穩(wěn)定。 ?(2) 一個(gè)濾波器的通帶應(yīng)該對(duì)溫度的變化不敏感。 ?溫度系數(shù)是指溫度每變化 1℃ 的波長(zhǎng)漂移。一個(gè)WDM系統(tǒng)要求在整個(gè)工作溫度范圍 (大約 100 ℃ )內(nèi)，波長(zhǎng)漂移應(yīng)該遠(yuǎn)小于相鄰信道的波長(zhǎng)間隔。 ?(3) 在一個(gè) WDM系統(tǒng)中，隨著級(jí)聯(lián)的濾波器越來(lái)越多， 系統(tǒng)的通帶就變得越來(lái)越窄。 ?為了確保在級(jí)聯(lián)的末端還有一個(gè)相當(dāng)寬的通帶，單個(gè)濾波器的通帶傳輸特性應(yīng)該是平直的， 以便能夠容納激光器波長(zhǎng)的微小變化。 ?單個(gè)濾波器的通帶的平直程度常用 1dB帶寬來(lái)衡量，如圖 。 圖 光濾波器的 1 dB帶寬 － 400 . 9 9 60 . 9 9 8 1 1 . 0 0 2 1 . 0 0 4－ 30－ 20－ 100通帶邊緣20 dB帶寬串?dāng)_能量3 dB帶寬1 dB帶寬相鄰信道1 d B3 d B?0 / ?濾波器的幅度傳輸特性 / dB ?下面將介紹一些 波長(zhǎng)選擇技術(shù) 及其在 WDM系統(tǒng)中的應(yīng)用。 ?1. 光柵 ?光柵 (Grating)廣泛地用來(lái)將光分離為不同波長(zhǎng)的單色光。 ?在 WDM系統(tǒng)中，光柵主要用在解復(fù)用器中，以分離出各個(gè)波長(zhǎng)。 ?圖 ，圖 (a)是 透射光柵 ，圖 (b)是 反射光柵 。 圖 (a) 透射光柵； (b) 反射光柵 光柵平面 影像平面 ? 2 ? 1 q d 1 q d 2 q i ? 1 ＋ ? 2 光柵平面 影像平面 ? 2 ? 1 q d 1 q d 2 q i ? 1 ＋ ? 2 (a) (b) 我們以透射光柵為例來(lái)說(shuō)明光柵的基本原理 。 如圖 示 ， 設(shè)兩個(gè)相鄰縫隙間的距離即柵距為 a, 光源離光柵平面足夠遠(yuǎn) (相對(duì)于 a而言 )， 入射角為 θi， 衍射角為 θd， 通過(guò)兩相鄰縫隙對(duì)應(yīng)光線的光程差由 ( )決定 ， 而 CDAB ?其中 m為整數(shù) ， 當(dāng) a和 θi一定時(shí) ， 不同的 θd對(duì)應(yīng)不同的波長(zhǎng) λ，也就是說(shuō) ， 像面上的不同點(diǎn)對(duì)應(yīng)不同的波長(zhǎng) ， 于是可用作WDM中的解復(fù)用器 。 )s i n( s i n diaCDAB qq ???() 光柵方程為 : ? ? ?qq ma di ?? s i ns i n() 透射光柵的工作原理 qiqdaDCBA光柵平面去影像平面來(lái)自光源?????? ??? nmid ?qq s i na rc s i n反射型光柵 di SS qq s i n。s i n 21 ?????? 2. 布喇格光柵 ?布喇格光柵 (Bragg Grating)廣泛用于光纖通信之中。 ?一般情況下，傳輸媒質(zhì)的周期性微擾可以看作是布喇格光柵； 這種微擾通常引起媒質(zhì)折射率周期性的變化。 ?半導(dǎo)體激光器使用布喇格光波導(dǎo)作分布反饋可以獲得單頻輸出 (如 DFB激光器 )；在光纖中，寫入布喇格光柵后可以用于 光濾波器 、 光分插復(fù)用器和 色散補(bǔ)償器 。 設(shè)兩列波沿著同一方向傳播 ， 其傳播常數(shù)分別為 β0和 β1，如果滿足 布喇格相位匹配 其中 Λ為光柵周期 ， 則一個(gè)波的能量可以耦合到另一個(gè)波中去 。 在反射型濾波器中 ， 我們假設(shè)傳播常數(shù)為 β0的光波從左向右傳播 ， 如果滿足條件： ?????? 210（ ） ????????? 22)(000（ ） ?則這個(gè)光波的能量可以耦合到沿它的反方向傳播的具有相同波長(zhǎng)的反射光中去。 ?設(shè) β0=2πneff/λ0，其中 λ0為輸入光的波長(zhǎng)， neff為波導(dǎo)或光纖的有效折射率。也就是說(shuō)，如果λ0=2neffΛ，光波將發(fā)生反射，這個(gè)波長(zhǎng) λ0就稱作 布喇格波長(zhǎng) 。 ?隨著入射光波的波長(zhǎng)偏離 布喇格波長(zhǎng) ，其反射率就會(huì)降低， 如圖 (a)所示。 ?如果具有幾個(gè)波長(zhǎng)的光同時(shí)傳輸?shù)?光纖布喇格光柵 上，則只有波長(zhǎng)等于 布喇格波長(zhǎng) 的光才反射，而其它的光全部透射。 ?1 ?2 … ?n ?2 … ?n ?1 ?1 ?1 ?1 ?1 ?1 ?1 ?圖 (a)中的功率反射譜是針對(duì)折射率均勻周期性變化的光柵而言的，為了消除不需要的旁瓣，新研制成功了一種稱為 變跡光柵(Apodized Grating)的光柵，它與漸變折射率光纖有點(diǎn)類似，其折射率沿光柵纖芯到邊沿逐漸減小，變跡光柵的功率反射譜如圖 (b)所示。 ?注意 : 變跡光柵旁瓣的減少是以主瓣加寬為代價(jià)的。 圖 (a) 均勻折射率情形； (b) 變跡折射率情形 0 2 4－ 2－ 4－ 40－ 30－ 20－ 100( a )( b )△ ? / △△ ? / △0 2 4－ 2－ 4－ 40－ 30－ 20－ 100反射功率譜 / dB反射功率譜 / dB 3. 光纖光柵 ?光纖光柵 (Fiber Grating)是一種非常有吸引力的全光纖器件， 其用途非常廣泛，可用作 光濾波器 、 光分插復(fù)用器 和 色散補(bǔ)償器。 ?對(duì)于全光纖器件