【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 有法拉第旋轉(zhuǎn)體型增益可調(diào)濾波器，波導(dǎo) MachZenhder 增益可調(diào)濾波器，陣列波導(dǎo)型和聲光型增益可調(diào)濾波器。 (2)功率暫態(tài)與自動(dòng)增益控制 實(shí)際 WDM系統(tǒng)中，當(dāng)有些信道突然出現(xiàn)故障掉路或在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行下 /上路時(shí) , EDFA的輸入功率就會(huì)突然減小 /增加 , 導(dǎo)致 EDFA的增益發(fā)生暫態(tài)變化，其他信道從 EDFA得到的增益就會(huì)增大或減小，最終導(dǎo)致那些仍留在光纖鏈路上的信道到達(dá)各自接收機(jī)的功率發(fā)生暫態(tài)變化，這就叫做功率暫態(tài)。由于EDFA的飽和特性，工作于飽和區(qū)的 EDFA輸出光功率保持恒定，且在一定范圍內(nèi)不隨輸入功率的變化而變化。當(dāng)部分波長(zhǎng)信號(hào)消失后，其能量會(huì)轉(zhuǎn)移到其它存在的波長(zhǎng)信號(hào)上，使得相應(yīng)信道的光功率增加，導(dǎo)致光纖的非線性影響加重，接收機(jī)過載；反之，相應(yīng)信道的光功率下降，誤碼率劣化。圖 個(gè) WDM系統(tǒng)中有信道上路時(shí)，被監(jiān)測(cè)信道到達(dá)接收機(jī)的功率的變化情況。從圖可以看出，被監(jiān)測(cè)信道的光功率由于其他信道的上路而發(fā)生了變化。 55. 015. 025. 035. 045. 055. 065. 075. 080. 00 E + 00 2 . 00 E 02 4. 00 E 0 2 6. 00 E 0 2 8. 00 E 02 1. 00 E 01 1. 20 E 01時(shí)間 ( s)信號(hào)幅度（mV)圖 信道下路時(shí)對(duì)系統(tǒng)其他信道產(chǎn)生的影響 為使每個(gè)信道在放大器中的輸出功率保持不受其他信道上 /下路的影響 , 放大器的增益必須受到控制。通常， EDFA在 WDM系統(tǒng)中工作時(shí)的模式有三種 : 自動(dòng)增益控制模式，自動(dòng)功率控制模式及自動(dòng)電流控制模式。 當(dāng)工作在自動(dòng)增益控制模式時(shí) , 其增益是恒定的，若輸入光功率的大小改變， 則控制電路可根據(jù)要求的增益 ,調(diào)整泵浦電流使 EDFA仍然工作在指定的增益點(diǎn)上。 (3) ASE 噪聲 EDFA級(jí)聯(lián)應(yīng)用時(shí)，上一級(jí)的 ASE噪聲作為信號(hào)與真正的信號(hào)一起輸入下一級(jí) EDFA而被放大，這樣， ASE噪聲就累積起來，引起系統(tǒng)信噪比的惡化。因此 , 在 WDM系統(tǒng)中應(yīng)用時(shí) , EDFA的噪聲指數(shù)必須盡可能地小。 WDM系統(tǒng)中的波分復(fù)用器 /解復(fù)用器 1．波分復(fù)用器 /解復(fù)用器的特性及其描述 在第五章中我們接觸了耦合器和分束器，這些器件只在一個(gè)波長(zhǎng)上實(shí)現(xiàn)光路的合成與分離。若器件能夠在不同的波長(zhǎng)上實(shí)現(xiàn)上述功能，就叫做波分復(fù)用器和解復(fù)用器。其中能將不同波長(zhǎng)的各個(gè)光束進(jìn)行合成的器件叫做復(fù)用器。能把多個(gè)波長(zhǎng)組成的一束光分解出各個(gè)波長(zhǎng)的器件叫做解復(fù)用器。英文也常寫作 WDM MUX和 WDM DEMUX。如圖 ，可以看出這兩個(gè)器件都是一端為一個(gè)端口，另一端為多個(gè)端口的器件。 λ 1λ 2λ 3λ n…λ 1 λ 2 ... λ n波分復(fù)用器λ 1 λ 2 ... λ nλ 1λ 2λ 3λ n…解復(fù)用器圖 WDM MUXs 和 WDM DMUXs 結(jié)構(gòu)示意圖 在 WDM系統(tǒng)中 , 波分復(fù)用器和解復(fù)用器是非常重要的必不可少的器件之一。它們性能的好壞直接影響到系統(tǒng)的性能。波分復(fù)用器 /解復(fù)用器依據(jù)波長(zhǎng)的間隔可以分為三種 : 寬帶波分復(fù)用器 /解復(fù)用器、窄帶波分復(fù)用器 /解復(fù)用器和密集波分復(fù)用器 /解復(fù)用器。寬帶波分復(fù)用 /解復(fù)用器可以將諸如 1310nm 與 1550nm或 850nm與 1310nm或 980nm與 1550nm等間隔很大的幾個(gè)波長(zhǎng)進(jìn)行合波或分波；窄帶一般指 1550nm附近中心頻率間隔大于 200GHz()的復(fù)用 /解復(fù)用器件。而密集復(fù)用器 /解復(fù)用器當(dāng)然是指通道頻率間隔等于或小于 200GHz的器件。 有些公司的產(chǎn)品可以做到頻率間隔為 100GHz()， 50GHz()甚至 25GHz()。 波分復(fù)用器 /解復(fù)用器的主要光學(xué)性能參數(shù)如下 : (1)工作波段 指波分復(fù)用器 /解復(fù)用器工作在什么波段，如 C波段或 L波段等。 (2)信道數(shù) 指波分復(fù)用器 /解復(fù)用器可以合成或分離的信道的數(shù)量。常見的信道數(shù)有 1 3 40和 48等。 （ 3）各信道的中心波長(zhǎng)或頻率 對(duì)于密集波分復(fù)用器 /解復(fù)用器，中心頻率按 ITUT G. 692的建議。最大中心頻率偏移不應(yīng)超過信道間隔的 20%。 （ 4）信道間隔 按 ITUT G. 692的建議。間隔小于 200GHz()的有 100GHz() 、50GHz()和 25GHz等。 （ 5）帶寬 帶寬也叫通帶寬度。生產(chǎn)廠商常給出通道傳輸最大值下降 1dB、 3dB和20dB（有時(shí)還有 30dB）處的通帶寬度。帶寬值不僅取決于信道的間隔，還取決于通帶本身的線型。 ITUT規(guī)定對(duì)于 DWDM用的復(fù)用器 /解復(fù)用器，在下降 1dB處的通帶寬度不應(yīng)小于信道間隔的 ，在下降 3dB處寬度不應(yīng)小于信道間隔的 倍，下降 20dB處通帶寬度不應(yīng)大于通道間隔的 ，下降 30dB處的寬度不應(yīng)大于信道間隔的 。 （ 6）插入損耗 插入損耗的定義與前面濾波器及耦合器的插入損耗基本相同。由于波分復(fù)用器 /解復(fù)用器是對(duì)不同波長(zhǎng)的信號(hào)進(jìn)行合波與分波，每一個(gè)通道端口都必須指定其工作波長(zhǎng)，如端口 i的工作波長(zhǎng)為 λi。因此，波分復(fù)用器/解復(fù)用器的插入損耗應(yīng)與波長(zhǎng)相聯(lián)系。這是與第五章所講的耦合器的插入損耗不同的地方。對(duì)于復(fù)用器而言，以 dB表示的第 i個(gè)端口的插入損耗定義為波長(zhǎng)為 λi的信號(hào)耦合進(jìn)輸入端口 i的功率與該信號(hào)在輸出端口的功率之比取對(duì)數(shù)，即： )()(l og10 ,ioutiinii PPL???同理，對(duì)于解復(fù)用器輸出端的第 i個(gè)輸出端口，有 )()(l o g10, ioutiiini PPL???由于各通道的插入損耗不相同，所以取各通道插入損耗的最大值來表征。對(duì)于有 N個(gè)輸入 /輸出端口的復(fù)用器 /解復(fù)用器而言，規(guī)定每個(gè)通道的插入損耗必須小于 。理想情況下， Li越小越好。 （ 7）波長(zhǎng)隔離度 波長(zhǎng)隔離度又叫遠(yuǎn)端串?dāng)_。對(duì)于復(fù)用器，某一端口 i對(duì)于波長(zhǎng)為 λj的信號(hào)的隔離度定義為從該端口輸入波長(zhǎng)為 λj的信號(hào)功率與該信號(hào)在輸出端口的功率之比。若以 dB表示，則有： )()(log10 ,joutjinic PPL??? 該式說明， 對(duì)于輸入端口 i，任何其他波長(zhǎng)的光 ?j（ j≠i）想從輸入端口 i傳至輸出端時(shí)，會(huì)被堵塞，無法傳出，所經(jīng)歷的損耗為 Lc。理想情況下， Lc越大越好。 對(duì)于解復(fù)用器，輸出端口 i的波長(zhǎng)隔離度有相似的定義： )()(l og10, joutijinc PPL??? 上式說明，任何波長(zhǎng)的光 ?j（ j≠i）想從輸入端口傳至輸出端口 i時(shí)，會(huì)被堵塞，無法傳出，所經(jīng)歷的損耗為波長(zhǎng)隔離度 Lc。理想情況下， Lc越大越好。 對(duì)于解復(fù)用器 , 其隔離度通常大于 30dB，而復(fù)用器其隔離度約為 18dB。 （ 8）各通道插入損耗的均勻性或一致性 指各通道插入損耗的最大值與最小值之差。該值應(yīng)小于 。 （ 9）偏振相關(guān)損耗 (PDL) 與前面第五章的定義相同。 （ 10）方向性 方向性定義為信號(hào)在某輸入通道 /輸出通道 i中的功率與從該通道中泄露到另一個(gè)輸入通道 /輸出通道 j的功率之比，以 dB表示，有： )()(l o g10,iinjiiniij PPD???)()(l o g10,io u tjio u tiij PPD???上兩式分別對(duì)應(yīng)于波分復(fù)用器和解復(fù)用器。方向性通常也稱為近端損耗。Dij通常應(yīng)大于 50dB。 (11) 反射 反射指的是輸入某一個(gè)端口 i的功率與反射回該端口的功率之比。以 dB表示時(shí)，有 )()(log10, iriiiiPPR????其中， Pi,r(λi)為反射回端口 i的光功率。通常應(yīng)用情況，要求器件的反射小于 40dB。 2. 幾種波分復(fù)用器 /解復(fù)用器 制作光波分復(fù)用器的技術(shù)很多，較為實(shí)用的方法有介質(zhì)薄膜濾波法、光柵法和熔融拉錐法等。這些方法各有特點(diǎn)，下面就前兩種方法制作的波分復(fù)用器件進(jìn)行介紹。熔融拉錐法在第五章中已有介紹，這里不再贅述。 （ 1）介質(zhì)薄膜濾波器型波分復(fù)用器 我們已經(jīng)學(xué)習(xí)了介質(zhì)薄膜濾波器的工作原理。濾波器由折射率高低不同的多層介質(zhì)膜交疊而成。適當(dāng)設(shè)計(jì)每層膜的光學(xué)厚度以及介質(zhì)膜的折射率，可以做成只透射某個(gè)所希望的波長(zhǎng)而反射其他波長(zhǎng)的透射型濾波器。設(shè)計(jì)多個(gè)濾波器，使它們的透射中心波長(zhǎng)為 ITUT規(guī)定的值，把這些濾波器以一定的方式連接起來，就構(gòu)成了多通道波分復(fù)用器 /解復(fù)用器。如圖 4通道的波分復(fù)用器和解復(fù)用器的工作原理圖。圖 出了一個(gè) 8通道解復(fù)用器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。 λ1λ2λ3λ4λ4λ1,λ2,λ3 ,λ4λ3 ,λ4λ1λ2λ3λ4λ4λ3 ,λ4λ1,λ2,λ3 ,λ4(a) WDM MUXs (b)WDM DEMUXs 圖 4通道介質(zhì)薄膜濾波器型 WDM MUXs DEMUXs原理圖 λ1λ2... λ8λ8λ3λ5λ7λ1λ6λ4λ2λ 2...λ 8λ 4...λ 8λ 6.. λ 8λ 8透鏡透鏡圖 介質(zhì)膜濾波器構(gòu)成的 8通道解復(fù)用器結(jié)構(gòu) 這種類型的波分復(fù)用器 /解復(fù)用器的優(yōu)點(diǎn)是器件的設(shè)計(jì)與光纖的參數(shù)幾乎無關(guān)；信道數(shù)靈活，且波長(zhǎng)的間隔可以不規(guī)則；插入損耗低，極化相關(guān)損耗低；溫度特性好等。這種技術(shù)的缺點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)頻率間隔在 100GHz以下時(shí)比較困難，因而信道數(shù)受到限制；器件裝配所需的時(shí)間較長(zhǎng)，整個(gè)器件的損耗和成本與信道數(shù)成正比。 （ 2）馬赫 曾特干涉儀（ MZI）型復(fù)用器 /解復(fù)用器 實(shí)際上我們?cè)诘谖逭轮幸呀?jīng)接觸過馬赫 曾特干涉儀（ MZI）型復(fù)用器 /解復(fù)用器，在那里，我們是作為濾波器進(jìn)行學(xué)習(xí)的。利用它的濾波特性，按照一定的結(jié)構(gòu)可以構(gòu)成一個(gè)馬赫 曾特干涉儀（ MZI）型復(fù)用器 /解復(fù)用器。圖 2 2的復(fù)用器的原理圖。復(fù)用器的輸入和輸出端分別為兩個(gè) 3dB耦合器，耦合區(qū)的長(zhǎng)度為 d； 復(fù)用器的中心部分是一個(gè)長(zhǎng)度相差為 ΔL的兩根波導(dǎo)，稱為相移部分。 圖 2 2 MZI型波分復(fù)用器原理