【文章內(nèi)容簡介】 20 Gb/s= Tb/s， 利用歸零信號沿色散平坦光纖，經(jīng)過增益寬度為 64 nm的光纖放大器，傳輸距離達 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 6 140 km=840 km。 ④ 日本 NTT： 30路 Gb/s， 利用歸零信號， 經(jīng)過增益寬度為 50 nm的光纖放大器，傳輸距離達 3 125 km=375 km。 ⑤ 美國 Lucent Tech: 100路 10 Gb/s=1 Tb/s，各路波長的間隔縮小到 25 GHz, 利用 L波帶，沿 NZDF光纖 ( )傳輸 400 km。 ⑥ 美國 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 Qtera 和 Qwest: 兩個波帶 4路 10 Gb/s和 2路 10 Gb/s沿 NZDF光纖傳輸 23 105 km=2415 km, 這個試驗雖然 WDM路數(shù)不多，但在陸地光纜中卻是最長距離。 2022年 6月，烽火科技所承擔(dān)的國家 863計劃重大科研項目“ 3T可擴展到 80 40G DWDM傳輸系統(tǒng)設(shè)備工程化與試驗”成功通過國家科技部的鑒定驗收。烽火科技開通了世界上第一條 80 40Gb/s DWDM工程 ——“上海－杭州”國家一級干線，實現(xiàn)了單對 光纖 傳輸?shù)淖畲笕萘?——。 WDM技術(shù)的主要特點 ?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)用價值和經(jīng)濟價值。 ?2. 同時傳輸多種不同類型的信號 ?由于 WDM技術(shù)使用的各波長的信道相互獨立，因而可以傳輸特性和速率完全不同的信號，完成各種電信業(yè)務(wù)信號的綜合傳輸，如 PDH信號和 SDH信號，數(shù)字信號和模擬信號，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個波長復(fù)用起來在單根光纖中傳輸，也可實現(xiàn)單根光纖雙向傳輸，在長途大容量傳輸時可以節(jié)約大量光纖。另外，對已建成的光纖通信系統(tǒng)擴容方便，只要原系統(tǒng)的功率余量較大，就可進一步增容而不必對原系統(tǒng)作大的改動。 ?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)可降低對一些器件在性能上的極高要求，同時又可實現(xiàn)大容量傳輸。 ?5. 高度的組網(wǎng)靈活性、 經(jīng)濟性和可靠性 ?WDM技術(shù)有很多應(yīng)用形式，如長途干線網(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，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)交換和故障恢復(fù)，從而實現(xiàn)未來的透明、 靈活、經(jīng)濟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，已經(jīng)簡單地介紹了 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 ? 波長路由器 ? 波長分插復(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) 波長路由器中應(yīng)用 波長路由器 ? 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 波長路由器 是 波長選路網(wǎng)絡(luò) (Wavelength Routing Network)中的關(guān)鍵部件 ， 其功能可由圖 (c)的例子說明 它有兩個輸入端口和兩個輸出端口 ， 每路輸入都載有一組λ1,λ2,λ3和 λ4 WDM信號 。 如果用 來標(biāo)記第 i輸入鏈路上的波長 λj, 則路由器的輸入端口 1上的波長記為 、 、 、 , 輸入端口 2上的波長記為 、 、 、 。 ij?11? 12? 13? 14?21? 22? 23? 24?在輸入端口 1上的波長中 ， 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 λ1和 λ4。 12? 13?11? 14?22?23? 21? 24?在本例中 ， 波長路由器只有兩個輸入端口和兩個輸出端口 ， 每一路上只有 4個波長 ， 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 ?如果一個波長路由器的路由方式不隨時間變化，就稱為 靜態(tài)路由器 ；路由方式隨時間變化，則稱之為 動態(tài)路由器 。 ?靜態(tài)路由器可以用波分復(fù)用器來構(gòu)成，如下圖所示。 ?波長分插復(fù)用器可以看成是波長路由器的簡化形式，它只有一個輸入端口和一個輸出端口，再加上一個用于分插波長的本地端口。 ?對光濾波器的主要要求有： ?(1) 一個好的光濾波器應(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)無關(guān)。 ?在大多數(shù)系統(tǒng)中，光的偏振態(tài)隨機變化，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) 一個濾波器的通帶應(yīng)該對溫度的變化不敏感。 ?溫度系數(shù)是指溫度每變化 1℃ 的波長漂移。一個WDM系統(tǒng)要求在整個工作溫度范圍 (大約 100 ℃ )內(nèi)，波長漂移應(yīng)該遠小于相鄰信道的波長間隔。 ?(3) 在一個 WDM系統(tǒng)中，隨著級聯(lián)的濾波器越來越多， 系統(tǒng)的通帶就變得越來越窄。 ?為了確保在級聯(lián)的末端還有一個相當(dāng)寬的通帶，單個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的微小變化。 ?單個濾波器的通帶的平直程度常用 1dB帶寬來衡量，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)廣泛地用來將光分離為不同波長的單色光。 ?在 WDM系統(tǒng)中，光柵主要用在解復(fù)用器中，以分離出各個波長。 ?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說明光柵的基本原理 。 如圖 示 ， 設(shè)兩個相鄰縫隙間的距離即柵距為 a, 光源離光柵平面足夠遠 (相對于 a而言 )， 入射角為 θi， 衍射角為 θd， 通過兩相鄰縫隙對應(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 ， 不同的 θd對應(yīng)不同的波長 λ，也就是說 ， 像面上的不同點對應(yīng)不同的波長 ， 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 ， 則一個波的能量可以耦合到另一個波中去 。 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的反射光中去。 ?設(shè) β0=2πneff/λ0，其中 λ0為輸入光的波長， neff為波導(dǎo)或光纖的有效折射率。也就是說，如果λ0=2neffΛ，光波將發(fā)生反射，這個波長 λ0就稱作 布喇格波長 。 ?隨著入射光波的波長偏離 布喇格波長 ，其反射率就會降低， 如圖 (a)所示。 ?如果具有幾個波長的光同時傳輸?shù)?光纖布喇格光柵 上，則只有波長等于 布喇格波長 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 色散補償器。 ?對于全光纖器件