【正文】 件具有優(yōu)良的波長(zhǎng)選擇特性，可以使波長(zhǎng)間隔縮小到數(shù)納米到 左右。另外，光柵型器件是并聯(lián)工作的，插入損耗不會(huì)隨復(fù)用信道和增多而增加，已能實(shí)現(xiàn) 32——131 個(gè)波長(zhǎng)的復(fù)用，但對(duì)溫度穩(wěn)定性要格外注意。以 16 通路 WDM 為例，由于光源在 1550mm 波長(zhǎng)的溫度系數(shù)大約為 176。C，環(huán)境溫度變化 30176。C 就足以引起約 的波長(zhǎng)偏移，對(duì)于通路帶寬僅 的情況將至少導(dǎo)致 3db 的失配損耗，其嚴(yán)重性可見(jiàn)一斑。因而采用溫控措施是必要的。 圖 11 塊狀光柵型波分復(fù)用器典型結(jié)構(gòu)除上述傳統(tǒng)光柵器件外，近來(lái)一種利用紫外光將折射率光柵刻在光纖芯區(qū)的光纖光柵受到了很大重視，據(jù)報(bào)導(dǎo)其性能甚佳，帶內(nèi)頻響很平坦，帶外抑制比很高，插入損耗不大，性能十分穩(wěn)定，1560nm 的溫度系統(tǒng)為 176。C，濾波特性滾降斜率優(yōu)于 150dB/nm，帶外抑制比可以高達(dá) 50dB。 圖 12 光導(dǎo)纖維中布拉格光柵濾波器它具在理想的濾光特性、便于設(shè)計(jì)制造、成本效率高等優(yōu)點(diǎn)。因此可制作成信道間隔非常小的帶通、帶阻濾波器。目前已廣泛用于 WDM 系統(tǒng)中。1．3．2．2 介質(zhì)薄膜濾波器型波分復(fù)用器光濾波器有兩類，一類為干涉濾波器，另一類是吸收濾波器，兩者均可由介質(zhì)薄膜（DTF）構(gòu)成。DTF 干涉濾波器是由幾十層不同材料、不同折射率和不同厚度和介質(zhì)膜按照設(shè)計(jì)要求組合起來(lái)，每層的厚度為四分之一波長(zhǎng)，一層為高折射率，一層為低折射率，交替疊合而成。當(dāng)光入射到高折射率層時(shí)，反射光沒(méi)有相移。當(dāng)光入射到低折射率層時(shí)，反射光經(jīng)歷 180176。相移，由于層厚四分之一波長(zhǎng)（90176。 ） ，因而經(jīng)低折射率層反射的光經(jīng)歷360176。相移，與經(jīng)高折射率層的反射光同疊加。這樣在中心波長(zhǎng)附近，各層反射光疊加，在濾波器前端面形成了很強(qiáng)的反射光。在這高反射區(qū)之外，反射光突然降低，大部分光成了透射光，據(jù)此可以使之對(duì)一定波長(zhǎng)范圍呈通帶，對(duì)另外波長(zhǎng)范圍呈阻帶，從而形成所要求的濾波特性。利用這種具有特定波長(zhǎng)選擇特性的干涉濾波器就可以將不同的波長(zhǎng)分離或者合并起來(lái)。 圖 13 DTF 干涉濾波器型原理采用 DTE 干涉濾波器型 WDM 器件的主要優(yōu)點(diǎn)是設(shè)計(jì)與所用光纖參數(shù)幾乎完全無(wú)關(guān)，可以實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的小型化器件，信號(hào)通帶較平坦，與極化無(wú)關(guān)，插入損耗較低，溫度特性很好，可達(dá) 176。C 以下，但通路數(shù)不會(huì)很多，目前可達(dá) 16 路。1．3．2．3 熔錐型波分復(fù)用器熔拉雙錐（熔錐）型光纖耦合器，即將多根光纖在熱熔融條件下拉成錐形，并稍加扭曲，使其熔融在一起。由于不同光纖的纖芯十分靠近，因而可以通錐形區(qū)的消失波耦合達(dá)到所需要的耦合功率。熔錐型 WDM 器件制造簡(jiǎn)單，更易于批量生產(chǎn)，因而應(yīng)用更廣泛。熔錐型 WDM 器件的特點(diǎn)是插入損耗低（最大值小于 ，典型 ） ，無(wú)需波長(zhǎng)選擇器件，此外還具有較好的光通路帶寬/通路間隔比和溫度穩(wěn)定性，不足之處是尺寸稍大，復(fù)用波長(zhǎng)數(shù)不清少，隔離較差（20dB 左右） ，一般不用在目前的密集波分復(fù)用系統(tǒng)中。1．3．2．4 集成光波導(dǎo)型 WDM集成光波導(dǎo)型 WDM 器件是以光集成技術(shù)為基礎(chǔ)的平面波導(dǎo)型器件，具有一切平面波導(dǎo)技術(shù)的潛在優(yōu)點(diǎn)，諸如適于批量生產(chǎn)、重復(fù)性好、尺寸小，可以在光掩膜過(guò)程中實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的光路、與光纖的對(duì)準(zhǔn)容易等等，因而代表了一種先進(jìn)的 WDM 器件技術(shù)。目前平面波導(dǎo)型WDM 器件有各種實(shí)現(xiàn)方案，其中一種稱為龍骨型的平面波導(dǎo) WDM 器件較有前途，器件由 2 個(gè)星形耦合器經(jīng) M 個(gè)非耦合波導(dǎo)構(gòu)成，耦合波導(dǎo)不等長(zhǎng)從而形成光柵，兩端的星形耦合器由平面設(shè)置的兩個(gè)共焦陣列徑向波導(dǎo)構(gòu)成。這種波導(dǎo)型 WDM 器件通路數(shù)大、緊湊易于批量生產(chǎn)，但帶內(nèi)頻響尚不夠平坦，圖 14 所示為一個(gè)龍骨型平面波導(dǎo) WDM 器件的結(jié)構(gòu)原理圖。圖 14 龍骨型平面波復(fù)用器1．3．2．5 各種 WDM 件的性能比較表 1 各種 WDM 器件性能的比較表 1 是各種 WDM 器件主要特性的比較結(jié)果，需要注意特性參數(shù)是隨波長(zhǎng)數(shù)而異的，表中數(shù)值只是大致范圍，僅供參考。表 1 各種 WDM 器件性能的比較在合波器上， （816）路 WDM 系統(tǒng)，幾乎所有的公司都采用了無(wú)源的星型光耦合器作為波分復(fù)用器的合波器，有的采用 1:n，有的出于線路保護(hù)的考慮，采用了 2：n 耦合器，一路輸出接工作通路，另一個(gè)接保護(hù)通咱。這主要是因?yàn)楹?jiǎn)單、便宜，相互間隔度好。缺點(diǎn)是引入的損耗大，以 1：8 耦合器為例，可以達(dá) 10dB 左右，而在解復(fù)用器上，對(duì)于（816）路的 WDM 系統(tǒng)，現(xiàn)在的廠家大部分選用了 DTF 干涉濾波器解復(fù)用器或平面波導(dǎo)型解復(fù)用器，而對(duì)于 16 路以上的 WDM 系統(tǒng)，復(fù)用器和解復(fù)用器大多都選用平面波導(dǎo)型復(fù)用器，因?yàn)樵擃愋蛷?fù)用器的損耗與通路數(shù)無(wú)關(guān)。1．3．3 光放大器光放大器在 WDM 系統(tǒng)中的應(yīng)用主要有三種形式。在發(fā)送端，光放大器可用在光發(fā)送端機(jī)的后面作為系統(tǒng)的功率放大器（Booster Amplifier） ，用于提高系統(tǒng)的發(fā)送光功率，簡(jiǎn)稱為BA。在接收端，光放大器可用在光接收端機(jī)之前作為系統(tǒng)的預(yù)放大器（Preamplifier） ，用于提高信號(hào)的接收靈敏度，簡(jiǎn)稱 PA。光放大器作為線路放大器時(shí)可用在無(wú)源光纖段之間以補(bǔ)充光纖損耗，延長(zhǎng)中繼長(zhǎng)度，稱為線路光放大器（Line Amplifier） ，簡(jiǎn)稱 LA。迄今為止，人們已研究成功三種光放大器，即半導(dǎo)體激光放大器、非線性光纖拉曼放大器和摻稀土元素的光纖放大器。摻稀土元素的光纖放大器又可分為摻鉺光纖放大器（EDFA）和摻鐠光纖放大器（PDFA） ，其中：EDFA 適合于長(zhǎng)波長(zhǎng) 1550nm 窗口的光信號(hào)放大，而 PDFA 適用于 1310nm 窗口的光信號(hào)。而目前已經(jīng)達(dá)到實(shí)用化水平在 WDM 系統(tǒng)應(yīng)用的就是摻鉺光纖放大器 EDFA。1．3．3．1 摻鉺光放大器原理一個(gè)典型的 EDFA 由摻鉺光纖、泵浦源和波分復(fù)用器組成。其中摻鉺光纖提供放大，泵浦源提供足夠強(qiáng)的泵浦功率，波分復(fù)用器將信號(hào)泵浦光混合。摻鉺光纖放大器松成如圖 15 所示。圖 15 摻鉺光纖放大器組成EDFA 是利用激光泵浦石英光纖中摻鉺離子（E r3+）受激輻射來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì) 1550nm 波段光信號(hào)的放大。由于光放大器有很寬頻帶，一般在 1530nm1565nm，這給采用 EDFA 的光系統(tǒng)提供了“透明”特性，放大與信號(hào)碼率和信號(hào)格式無(wú)關(guān)，而且能把各波長(zhǎng)信號(hào)光同時(shí)放大。泵浦源有兩種，即 982nm 和 1480nm。980nm 泵浦源可以保持較低的噪聲系數(shù)，而 1480nm泵浦源有著更高的泵浦效率，可以獲得較大的輸出功率（相對(duì)于 980nm，大 3dB 左右） 。在實(shí)際的線路放大器應(yīng)用中，對(duì)于 8 路 WDM 系統(tǒng)，大多采用 980nm，這是因?yàn)? 光纖的 WDM 系統(tǒng)中主要是色散受限，而非損耗受限，因而采用 1480nm 增大系統(tǒng)功率衰耗，提高 EDFA 的輸出功率并沒(méi)有必要。采用 980nm 獲得最佳噪聲系數(shù)反而有利于系統(tǒng)性能。但是對(duì)于 16 路以上的 WDM 系統(tǒng)，則采用了 1480nm 的泵浦源。這是由于較大的分路比，養(yǎng)活了可用功率范圍，必須采用功率更大的泵浦源。也有的公司采用了兩級(jí)泵浦，一級(jí)采用 980nm，一級(jí)采用 980nm，一級(jí)采用 1480nm 泵浦源，既改善了噪聲系數(shù)，又增大了輸出功率。但是，出于激光安全性和光纖非線性的考慮，輸出光功率一般限制在+17dBm 以下，這也是激光器 3A 的安全要求。 的增益平坦度EDFA EDFA 系統(tǒng) EDFA EDFA 系統(tǒng)中，信號(hào)的頻帶內(nèi)的 ASE（放大的自發(fā)光輻射）噪聲在每個(gè) EDFA 得到累加，累積的 ASE 噪聲還會(huì)由 Kerr效應(yīng)應(yīng)給信號(hào)帶來(lái)相位上的噪聲，擴(kuò)展了信號(hào)頻譜，EDFA 級(jí)聯(lián)數(shù)目較多時(shí)，多級(jí)級(jí)聯(lián)后的 EDFA 的增益曲線極不平坦，可選取用的增益區(qū)減小，各波長(zhǎng)信號(hào)的增益不平衡，必須采取均衡措施。解決增益均衡的途徑首先是實(shí)現(xiàn)增益譜的平坦。方法大體上可分為濾波器型和本征型兩類：濾波器型是非曲直在 EDFA 中內(nèi)插無(wú)源源濾波器將 1530nm 的增益峰降低，或?qū)ｉT設(shè)計(jì)其透射譜與摻鉺光纖增益譜相反的光濾波器將增益譜削平，但結(jié)構(gòu)工藝都較復(fù)雜，附加損耗大，輸出功率會(huì)減小。本征型是采用高鋁摻雜光纖或氟化物光纖。這類方法的最大優(yōu)點(diǎn)是無(wú)需制作和引入附加元件，摻鋁光纖還可以增大放大器的放大頻譜范圍。但氟化物光纖與石英光纖材料的不共性招致放大器工藝和可靠性的諸多麻煩。1．3．3．3 摻鉺光纖放大器的增益均衡技術(shù)EDFA 的增益勻衡是一個(gè)重要。WDM 系統(tǒng)是一個(gè)多波長(zhǎng)工作系統(tǒng)，當(dāng)某些波長(zhǎng)信號(hào)失支音，由于增益競(jìng)爭(zhēng)，其能量會(huì)轉(zhuǎn)移到存在的信號(hào)上，使其它波長(zhǎng)的功率提高。在接收端，由于電平的突然提高會(huì)帶來(lái)誤碼。而且在極限情況下，當(dāng) 8 路波長(zhǎng)中 7 路丟失時(shí)，所有的功率都集中到一個(gè)波長(zhǎng)上，功率會(huì)達(dá)到+17dBm 左右，這又會(huì)帶來(lái)強(qiáng)烈的非線性或接收機(jī)過(guò)載，也會(huì)帶來(lái)誤碼。EDFA 的增益控制技術(shù)有許多種，典型有控制泵浦源增益的方法，EDFA 內(nèi)部的監(jiān)測(cè)電路通過(guò)監(jiān)測(cè)輸入和輸出功率的比值來(lái)控制泵溥源的輸出，當(dāng)輸入波長(zhǎng)某此地信號(hào)丟失時(shí)，輸入功率會(huì)減小，輸出功率和輸入功率的比值會(huì)增加，通過(guò)反饋電路，降低泵浦源的輸出功率，保持（輸出/輸入）增益不變。從而使 EDFA 的總輸出功率減少，保持輸出信號(hào)電平的穩(wěn)定。另外，還有飽和波長(zhǎng)的方法。在發(fā)送端，除了 8（16）路工作波長(zhǎng)外，系統(tǒng)還發(fā)送另一個(gè)波長(zhǎng)作為飽和波長(zhǎng)。在正常情況下，該波長(zhǎng)的輸出功率很小，當(dāng)線路的某些信號(hào)失去時(shí)，飽和波長(zhǎng)的輸出功率會(huì)自動(dòng)增加，用以補(bǔ)償丟失的各波長(zhǎng)信號(hào)的能量，從而保持 EDFA 輸出功率會(huì)相應(yīng)減少，這種方法直接控制飽和波長(zhǎng)激光器的輸出，速度較控制泵浦源要快一些。在 WDM 系統(tǒng)中，應(yīng)有光放大器自動(dòng)增益控制功能。當(dāng) 8（16）路信號(hào)中的某些信號(hào)失去時(shí)，應(yīng)不影響其他通路的正常工作，沒(méi)有突發(fā)誤碼產(chǎn)生。在極限情況下，如同時(shí)失去7（15）個(gè)通路，剩余的一個(gè)正常無(wú)誤碼工作。對(duì) 8（16）路 WDM 系統(tǒng)，當(dāng)逐路嗇承載的通路時(shí)，不應(yīng)影響其他通路的性能；當(dāng)同時(shí)增加多個(gè)通路時(shí)，系統(tǒng)也應(yīng)不受影響。當(dāng)運(yùn)行中增加或養(yǎng)活承載的通路數(shù)時(shí)，系統(tǒng)的各項(xiàng)參數(shù)應(yīng)可以進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整，不應(yīng)進(jìn)行其他任何硬件或軟件的改動(dòng)。2 WDM 系統(tǒng)測(cè)試和指標(biāo)2．1WDM 系統(tǒng)測(cè)試分類對(duì) WDM 系統(tǒng)的測(cè)試旨在測(cè)試驗(yàn)證系統(tǒng)的性能、運(yùn)行情況。在工程應(yīng)用中，根據(jù)測(cè)試目的不同，WDM 系統(tǒng)測(cè)度可以分為工廠驗(yàn)收測(cè)試、工程驗(yàn)收測(cè)試和維護(hù)測(cè)試。這幾種測(cè)試的測(cè)試項(xiàng)目都不太相同，工廠驗(yàn)收的測(cè)試項(xiàng)目最多最詳盡，工程驗(yàn)收的測(cè)試項(xiàng)目主要關(guān)注的是系統(tǒng)安裝后各個(gè)參考點(diǎn)的光接口特性參數(shù)、系統(tǒng)性能，維護(hù)測(cè)試的項(xiàng)目相對(duì)更少，主要是關(guān)注一些能夠測(cè)試且對(duì)系統(tǒng)性能有較大影響的測(cè)試項(xiàng)目。2．2WDM 系統(tǒng)維護(hù)測(cè)試WDM 系統(tǒng)維護(hù)測(cè)試的目的是在系統(tǒng)開(kāi)通業(yè)務(wù)，不中斷業(yè)務(wù)的情況下利用在線監(jiān)測(cè)等方法對(duì)與系統(tǒng)性能關(guān)系較大的參數(shù)，如中心波和、光功率、光信噪比等進(jìn)行測(cè)試，同時(shí)也有部分關(guān)于傳輸性能的測(cè)試，在此基礎(chǔ)上對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行情況有較全面的了解。在 WDM 系統(tǒng)的不同參考點(diǎn)可以測(cè)試的參數(shù)是不同的，對(duì)于 WDM 系統(tǒng)而言，三個(gè)公司的產(chǎn)品都在 OA 的輸入或輸出端口有在線監(jiān)測(cè)端品，可以測(cè)量每通路信號(hào)的光信噪比、中心波長(zhǎng)和光功率（注意光功率不是一個(gè)絕對(duì)值，而是從主光信號(hào)中分出的一例的光信號(hào)） 。其他可以進(jìn)行的性能測(cè)試，如誤碼和抖動(dòng)特性等，都需要對(duì)整個(gè)系統(tǒng)測(cè)試。對(duì) WDM 系統(tǒng)進(jìn)行在線測(cè)試的基礎(chǔ)是 WDM 系統(tǒng)的電路盤上留出了專門的在線監(jiān)測(cè)端品，這些在線監(jiān)測(cè)端口的基本原理如圖 16 所示。它采用了一個(gè)光分路器，從主信號(hào)中分離出某個(gè)百分比的光信號(hào)用于在線監(jiān)測(cè)，分出的信號(hào)功率很小，因此不會(huì)影響主光信號(hào)的進(jìn)一步傳送以及整個(gè)系統(tǒng)的傳輸性能。在 WDM 系統(tǒng)的在線監(jiān)測(cè)端口處可以監(jiān)測(cè)的物理量包括每個(gè)通路的中心波長(zhǎng)、每個(gè)通路的光信噪比、每通路的光功率和總光功率（為一個(gè)相對(duì)量，而非實(shí)際數(shù)值） 。圖 16 光在線監(jiān)測(cè)端口示意圖根據(jù)廠商資料，在線監(jiān)測(cè)端品分出的光功率約為輸入光功率的 1%左右，但這個(gè)比例并不精確，因此在日常維護(hù)測(cè)試時(shí)可得到通路中心波長(zhǎng)和光信噪比的精確值，但測(cè)出的光功率值并不是輸入光信號(hào)光功率的實(shí)際數(shù)值，而是測(cè)的分出的一小部分光的功率，因此，建議在系統(tǒng)開(kāi)始投入運(yùn)行時(shí)在每個(gè)監(jiān)測(cè)端口都測(cè)出一個(gè)光功率的值，作為今后維護(hù)測(cè)試中的基準(zhǔn)，將以維護(hù)測(cè)試過(guò)程中測(cè)出的光功率值與之比較就可以大概知道系統(tǒng)光功率的劣化程度。另外，根據(jù)可測(cè)試的項(xiàng)目和本次工程所配置的儀表，我們將使用光譜儀（OSA）HP86143A，多波長(zhǎng)計(jì) hp86120C 和光功率計(jì)進(jìn)行測(cè)試，光功率計(jì)或用于測(cè)試信號(hào)的總光功率；光譜儀和多波長(zhǎng)計(jì)都可以用來(lái)測(cè)試每個(gè)通路信號(hào)的中心波長(zhǎng)、光信噪比和光功率，但多波長(zhǎng)計(jì)測(cè)試中心波長(zhǎng)的精度較高，光譜儀測(cè)試每個(gè)通路的光信噪比和光功率的精度較高，在維護(hù)測(cè)試中可根據(jù)現(xiàn)有儀表情況和測(cè)試項(xiàng)目選擇所使用的儀表，在此將用這兩種儀表進(jìn)行測(cè)試的方法都列出，可根據(jù)需要選用。2．3 基于單通路 WDM 系統(tǒng)的參考配置如圖 2 所示，它的各個(gè)參考點(diǎn)的參數(shù)指標(biāo)分別如下列各表所示。2．3．1WDM 系統(tǒng) Sn 和 Rn 參考點(diǎn)的指標(biāo)。表 2 應(yīng)用在 16（8）通路 WDM 系統(tǒng)中的 S1Sn 和 R1Rn 接口（暫定）單位 數(shù)值單個(gè)發(fā)送機(jī)輸出 標(biāo)稱光源類型線路碼型光譜特性最大20dB 譜寬最小邊模抑制比啁啾系數(shù)中心頻率標(biāo)稱中心頻率最大中心頻率偏移通路間隔平均發(fā)送功率最大最小最