【正文】 情況下 ，人們把在同一窗口中信道間隔較小的波分復(fù)用稱(chēng)為 密集波分復(fù)用(DWDM： Dense Wavelength Division Multiplexing)。 WDM、 DWDM和 OFDM在本質(zhì)上沒(méi)有多大區(qū)別 以往技術(shù)人員習(xí)慣采用 WDM 和 DWDM來(lái)區(qū)分是 1310/1550 nm 簡(jiǎn)單復(fù)用還是在 1550 nm波長(zhǎng)區(qū)段內(nèi)密集復(fù)用 ， 但 目前在電信界應(yīng)用時(shí) ， 都采用 DWDM技術(shù) 。 WDM技術(shù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)升級(jí) 、 發(fā)展寬帶業(yè)務(wù) (如 CATV， HDTV 和IP over WDM等 )、 充分挖掘光纖帶寬潛力 、 實(shí)現(xiàn)超高速光纖通信等具有十分重要意義 ， 尤其是 WDM加上 EDFA更是對(duì)現(xiàn)代信息網(wǎng)絡(luò)具有強(qiáng)大的吸引力 。 如果一個(gè)區(qū)域內(nèi)所有的光纖傳輸鏈路都升級(jí)為 WDM傳輸 ， 我們就可以在這些 WDM鏈路的交叉 (結(jié)點(diǎn) )處設(shè)置以波長(zhǎng)為單位對(duì)光信號(hào)進(jìn)行交叉連接的 光交叉連接設(shè)備 (OXC)， 或進(jìn)行光上下路的 光分插復(fù)用器 (OADM)， 則在原來(lái)由光纖鏈路組成的物理層上面就會(huì)形成一個(gè)新的光層 。 2. WDM 光波分復(fù)用器和解復(fù)用器是 WDM技術(shù)中的關(guān)鍵部件 ， 將不同波長(zhǎng)的信號(hào)結(jié)合在一起經(jīng)一根光纖輸出的器件稱(chēng)為 復(fù)用器 (也叫合波器 )。 從原理上講 ， 這種器件是互易的 (雙向可逆 )， 即只要將解復(fù)用器的輸出端和輸入端反過(guò)來(lái)使用 ， 就是復(fù)用器 。 WDM系統(tǒng)的基本構(gòu)成主要有以下兩種形式： 雙纖單向傳輸 和單纖雙向傳輸 。 單向 WDM傳輸是指所有光通路同時(shí)在一根光纖上沿同一方向傳送 。 由于各信號(hào)是通過(guò)不同光波長(zhǎng)攜帶的 ， 因而彼此之間不會(huì)混淆 。 反方向通過(guò)另一根光纖傳輸?shù)脑砼c此相同 。 雙向 WDM傳輸是指光通路在一根光纖上同時(shí)向兩個(gè)不同的方向傳輸 。 光發(fā)射機(jī)?光發(fā)射機(jī)光接收機(jī)光接收機(jī)?1n?1?n?1… ?n1n光接收機(jī)?光接收機(jī)復(fù)用/ 解復(fù)用器光纖放大器光發(fā)射機(jī)光發(fā)射機(jī)?1 ′n ′?n ＋ 1… ?2 n1 ′n ′復(fù)用/ 解復(fù)用器?n ＋ 1?2 n圖 單纖雙向 WDM傳輸 雙向 WDM系統(tǒng)在設(shè)計(jì)和應(yīng)用時(shí)必須要考慮幾個(gè)關(guān)鍵的系統(tǒng)因素： 如為了抑制 多通道干擾 (MPI)， 必須注意到光反射的影響 、 雙向通路之間的隔離 、 串?dāng)_的類(lèi)型和數(shù)值 、 兩個(gè)方向傳輸?shù)墓β孰娖街岛拖嗷ラg的依賴(lài)性 、 光監(jiān)控信道 (OSC)傳輸和自動(dòng)功率關(guān)斷等問(wèn)題 ， 同時(shí)要使用雙向光纖放大器 。 另外 ， 通過(guò)在中間設(shè)置 光分插復(fù)用器 (OADM)或 光交叉連接器 (OXC)， 可使各波長(zhǎng)光信號(hào)進(jìn)行合流與分流 ， 實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)的上下路 (Add/Drop)和 路由分配 ， 這樣就可以根據(jù)光纖通信線(xiàn)路和光網(wǎng)的業(yè)務(wù)量分布情況 ， 合理地安排插入或分出信號(hào) 。 oiPPlg10?? (dB) () (2) 串?dāng)_抑制度 串?dāng)_是指其他信道的信號(hào)耦合進(jìn)某一信道 ，并使該信道傳輸質(zhì)量下降的影響程度 ， 有時(shí)也可用隔離度來(lái)表示這一程度 。 )(lg10 dBppCiijij ??() () )(lg10 dBppRLjr??其中 Pj為發(fā)送進(jìn)輸入端口的光功率 ， Pr為從同一個(gè)輸入端口接收到的返回光功率 。 (6) 信道寬度 信道寬度是指各光源之間為避免串?dāng)_應(yīng)具有的波長(zhǎng)間隔 。 WDM 實(shí)際的 WDM系統(tǒng)主要由五部分組成： 光發(fā)射機(jī) 、 光中繼放大 、 光接收機(jī) 、 光監(jiān)控信道和網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng) ， 如下圖所示 。 在發(fā)送端首先將來(lái)自終端設(shè)備 (如 SDH端機(jī) )輸出的光信號(hào)，利用 光轉(zhuǎn)發(fā)器 (OTU)把符合 ITUT 信號(hào)轉(zhuǎn)換成符合 ITUT 號(hào)。 ? 用 摻鉺光纖放大器 (EDFA)對(duì)光信號(hào)進(jìn)行 中繼放大 。 在 WDM系統(tǒng)中 ， 對(duì) EDFA必須采用 增益平坦技術(shù) ， 使得EDFA對(duì)不同波長(zhǎng)的光信號(hào)具有接近相同的放大增益 。 在接收端 ， 光前置放大器 (PA)放大經(jīng)傳輸而衰減的主信道光信號(hào) ， 分波器從主信道光信號(hào)中分出特定波長(zhǎng)的光信號(hào) 。 ?光監(jiān)控信道 (OSC： Optical Supervisory Channel)的主要功能是： 監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)各信道的傳輸情況 ， 在發(fā)送端 ， 插入本結(jié)點(diǎn)產(chǎn)生的波長(zhǎng)為 λs(1510 nm)的光監(jiān)控信號(hào) ， 與主信道的光信號(hào)合波輸出；在接收端 ， 將接收到的光信號(hào)分離 ， 輸出 λs(1510 nm)波長(zhǎng)的光監(jiān)控信號(hào)和業(yè)務(wù)信道光信號(hào) 。 ? 網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng) 通過(guò)光監(jiān)控信道物理層傳送開(kāi)銷(xiāo)字節(jié)到其他結(jié)點(diǎn)或接收來(lái)自其他結(jié)點(diǎn)的開(kāi)銷(xiāo)字節(jié)對(duì) WDM系統(tǒng)進(jìn)行管理 ， 實(shí)現(xiàn) 配置管理 、 故障管理 、 性能管理和安全管理 等功能 ， 并與上層管理系統(tǒng) (如 TMN)相連 。 實(shí)驗(yàn)室已實(shí)現(xiàn)了 82 40 Gb/s( Tb/s)的速率 ， 傳輸距離達(dá) 3 100 km=300 km。 ③ 日本富士通 (Fujitsu): 128路 Gb/s， C和 L波帶注： C波帶為 1525～ 1565 nm， L波帶為 1570～ 1620 nm。 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 376 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。 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 。 3. 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 。 4. 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 。 可以利用 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) 。 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) 。 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) 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))。 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 、 、 、 。 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 )。 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 。 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) 。 (2) 一個(gè)濾波器的通帶應(yīng)該對(duì)溫度的變化不敏感 。 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 。 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 。 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 。 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 (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 。 )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2. 布喇格光柵 (Bragg Grating)廣泛用于光纖通信之中 。 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(xiě)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 。 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(mǎn)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 。 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(chēng)作 布喇格波長(zhǎng) 。 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 。 注意 : 變跡光柵旁瓣的減少是以主瓣加寬為代價(jià)的 。 對(duì)于全光纖器件 ， 其主要優(yōu)點(diǎn)有： ? 插入損耗低 ? 易于與光纖耦合 ? 對(duì)偏振不敏感 ? 溫度系數(shù)低 ? 封裝簡(jiǎn)單 ? 利用某種特殊光纖的光敏特性 ， 就可在光纖中寫(xiě)入光柵 。 若用兩束相干的紫外光照射摻雜后的光纖纖芯 ， 則照射光束的強(qiáng)度將沿著光纖長(zhǎng)度方向周期性地變化 ， 強(qiáng)度高的地方纖芯折射率增加 ， 強(qiáng)度低的地方纖芯折射率幾乎無(wú)任何變化 ， 這樣就在光纖中寫(xiě)入了光柵 。 也可以使用 位相版 (phase mask)來(lái)寫(xiě)入光柵 。 光纖光柵可以分為 短周期 (short period)光纖光柵 和 長(zhǎng)周期 (long period)光纖光柵 。 光纖布喇格光柵 (FBG： Fiber Bragg Grating)是一種反射型光纖光柵 ， 光柵使 正向傳輸模 (單模光纖中即為基模 )同 反向傳輸模 之間發(fā)生耦合 ， 光柵的波矢應(yīng)等于傳輸模波矢的 2倍 ，也就是說(shuō) ， 光柵的周期應(yīng)等于傳輸光波在光纖內(nèi)部的波長(zhǎng)的一半 ， 這種光纖光柵只對(duì)在 布喇格波長(zhǎng) 及其附近很窄的波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光發(fā)生反射 ， 而不影響其它波長(zhǎng)的光通過(guò) 。 nm) ? 鄰近信道串?dāng)_抑制較高 (可達(dá) 40 dB)以及通帶頂部平坦 由于光纖長(zhǎng)度隨溫度變化稍微有些變化， 光纖布喇格光柵的溫度系數(shù)的典型值為 102nm/℃ 。 在 WDM系統(tǒng) 中 ， 光纖布喇格光柵 可用作 濾波器 、 光分插復(fù)用器 和 色散補(bǔ)償器