【正文】 工作波長的精細調節(jié)。實際 WDM系統(tǒng)中常通過微調各個分立的 LD的溫度來實現(xiàn)波長的調諧。但是，如何將這樣的陣列所發(fā)出的光耦合到一根光纖中是一個必須解決的問題。關于激光器陣列以及與 AWG集成的研究正在進行之中。溫度的調節(jié)只能實現(xiàn)微調。如果激光器可調諧，且調諧范圍足夠寬，可工作在 1550nm窗口任意一個波長上，這樣的可調諧激光器就成為理想的光源。 采用分段式 DBR LD 圖 DBR LD的示意圖。有源段為高摻雜區(qū)，為激光器提供增益。只有那些在諧振腔內往返一次相位移等于 2π的整數倍的光波才能形成震蕩。布拉格段也為無源區(qū)，電流的改變引起該段材料的有效折射率發(fā)生改變，從而引起布拉格波長的改變。實際中，折射率的最大改變量約為 1%，因此，波長最大可調諧范圍在 10nm量級。 這種激光器叫做 GCSR（ Grating Coupler Sampled Reflector） 激光器 。 該耦合段中除了有一個平面波導結構 （ 我們稱之為下波導 ） 外 ， 在其上部還有一個周期為 15μm的光柵 （ 我們稱之為上波導或光柵波導 ） 。 各段的截面圖也示于圖中 。 其余的光波則沿著下波導向前傳播進入相位段和反射器段 。 那么在耦合器段進入光柵中的光波則在相位段和反射器段的上波導中傳播 。 因此 ， 可以看出 ， 這個激光器的諧振腔由增益段的有源區(qū)和耦合段 ﹑ 相位段及反射器段的上波導構成 。 粗調的波長間隔為取樣光柵的反射譜間的間隔 ， 在本例中為 7nm， 總的調諧范圍為 114nm。 更精細的調諧 ， 通過改變相位段的電流來實現(xiàn) 。如圖 圖。在可調光柵中，器件產生的折射率的變化會引起輸出波長的更大變化。用這種方法，譜寬調諧范圍也可以增加到 100nm。 這是一種很有前景的可作為 WDM系統(tǒng)光源的激光器，它既有很高的調諧速度又能同時發(fā)射幾個波長。激光器內有一組有源介質作為放大器，這些介質共有一個解理腔鏡。這樣，每一個增益介質（放大器）與光復用器的相應通道以及激光器的兩個解理腔鏡就構成了一個子激光器，發(fā)射自己的波長。據報道，這樣的激光器的調諧速度不大于 3ns。 這種激光器是采用一個衍射光柵作為諧振腔的一個反射器 。 LD的一個端面構成了激光器的另一個腔鏡 ， 見圖 。 由于光柵對光波具有選擇作用 ， 這種具有外腔的激光器可以單縱模工作 ， 輸出的激光的頻譜寬度可以窄到幾 KHz。 通過轉動光柵 ， 可以對波長進行微細調解 。 但是 ， 這種激光器的一個很大的缺點就是調諧速度很慢 ， 大約在毫秒量級 。 另外 ， 外腔激光器的噪聲也較大 ， 邊模抑制比相對較低 。其中最重要的步驟就是光電轉換。WDM系統(tǒng)對接收機有以下幾點要求 : （ 1）接收機必須能工作在復用波長所覆蓋的范圍上。要依據所工作的波段，合理選擇光電二極管。但是必須注意， PIN 和 APD的波長響應函數在整個工作范圍內并不平坦，即有些波長的響應大，有些波長的響應小。必須盡可能地使接收機中的光電二極管 PIN 或 APD 的波長響應平坦化。與普通的單波長系統(tǒng)不同的是WDM系統(tǒng)有多個波長存在，對接受機靈敏度有更高的要求。一個接收機在單波長系統(tǒng)中在給定的誤碼率下 , 其靈敏度也許可以達到要求 ,但卻不能保證在 WDM系統(tǒng)和網絡中也能滿足要求。所以，接收機的靈敏度要求比單個光波系統(tǒng)要高。在網絡應用時，如有多個接入鏈路與 WDM相連，我們常常需要接收機能夠對所希望的某一波長攜帶的信號進行選擇。前者通過可調諧的濾波器對信號進行搜索，一旦波長被搜索到，該信號就進入接收機檢測。解復用器將各個信道分離出來送入各自對應的光電二極管中進行光電轉換。信號的選擇靠電的形式完成，開關時間在幾個 ns 量級，能夠滿足網絡需求。 WDM系統(tǒng)中的光放大器 如本章前言所述，在長途干線傳輸中，單波長光纖通信系統(tǒng)的中繼器只針對某一個波長，且只能工作在特定的速率下。這樣將導致中繼器非常龐大、復雜。要想發(fā)展波分復用技術，必須另辟途徑尋找新的解決方案。因此，它 解決了 WDM系統(tǒng)中多信道信號放大的問題，取代了中繼器。 我們知道， EDFA具有帶寬寬，增益高，噪聲低，對偏振不敏感等優(yōu)點。WDM系統(tǒng)中應用時必須注意以下兩點： （ 1）增益的平坦性 盡管我們說 EDFA在 1550nm 附近有近 40nm的帶寬 , 但從它的增益譜特性可以看出，在整個帶寬范圍內 , 其增益是不平坦的。但是，當多個波長進入 EDFA時，由于增益的不平坦，將導致有的信號得到的增益高，有的信號得到的增益低。當多個 EDFA進行級聯(lián)時 , 這種功率差別就會被放大，不僅使各信道在接收機上的信噪比不一樣，而且可能導致到達接收機的信號功率超出接收機的動態(tài)范圍而使接收機無法工作。 為克服這個缺點，通常采用幾種辦法來均衡這種不平坦。這樣，經過 EDFA放大后，各信道的功率差會減小以保證各信道在接收機的信噪比接近一致，并保證各信道的功率都落在接收機的動態(tài)范圍之內。 為區(qū)別單信道應用的 EDFA(Single Channel EDFA)，這種帶有濾波器的EDFA通常叫做 WDM用 EDFA。 這種 WDM用光放大器的核心部件之一是一個能夠平坦放大器增益的濾波器。但這種濾波器的損耗特性通常是固定不變的。 例如，圖 WDM 用 EDFA的增益特性曲線。 (a)、 (b)是信道增益分別為 24dB和 16dB時 EDFA的輸出。根據第五章的學習我們知道， ASE譜實際上就是輸入信號為零時的增益譜，它反映了放大器的增益譜形狀，因此，我們可以推知在兩種工作條件下，這種 EDFA的增益譜的平坦度也有很大差別。 這就需要研制增益 (損耗 )可調的動態(tài)增益濾波器。 (2)功率暫態(tài)與自動增益控制 實際 WDM系統(tǒng)中，當有些信道突然出現(xiàn)故障掉路或在網絡節(jié)點進行下 /上路時 , EDFA的輸入功率就會突然減小 /增加 , 導致 EDFA的增益發(fā)生暫態(tài)變化，其他信道從 EDFA得到的增益就會增大或減小，最終導致那些仍留在光纖鏈路上的信道到達各自接收機的功率發(fā)生暫態(tài)變化，這就叫做功率暫態(tài)。當部分波長信號消失后，其能量會轉移到其它存在的波長信號上，使得相應信道的光功率增加，導致光纖的非線性影響加重，接收機過載；反之，相應信道的光功率下降，誤碼率劣化。從圖可以看出，被監(jiān)測信道的光功率由于其他信道的上路而發(fā)生了變化。通常， EDFA在 WDM系統(tǒng)中工作時的模式有三種 : 自動增益控制模式，自動功率控制模式及自動電流控制模式。 (3) ASE 噪聲 EDFA級聯(lián)應用時，上一級的 ASE噪聲作為信號與真正的信號一起輸入下一級 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。 WDM系統(tǒng)中的波分復用器 /解復用器 1．波分復用器 /解復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，這些器件只在一個波長上實現(xiàn)光路的合成與分離。其中能將不同波長的各個光束進行合成的器件叫做復用器。英文也常寫作 WDM MUX和 WDM DEMUX。 λ 1λ 2λ 3λ n…λ 1 λ 2 ... λ n波分復用器λ 1 λ 2 ... λ nλ 1λ 2λ 3λ n…解復用器圖 WDM MUXs 和 WDM DMUXs 結構示意圖 在 WDM系統(tǒng)中 , 波分復用器和解復用器是非常重要的必不可少的器件之一。波分復用器 /解復用器依據波長的間隔可以分為三種 : 寬帶波分復用器 /解復用器、窄帶波分復用器 /解復用器和密集波分復用器 /解復用器。而密集復用器 /解復用器當然是指通道頻率間隔等于或小于 200GHz的器件。 波分復用器 /解復用器的主要光學性能參數如下 : (1)工作波段 指波分復用器 /解復用器工作在什么波段，如 C波段或 L波段等。常見的信道數有 1 3 40和 48等。最大中心頻率偏移不應超過信道間隔的 20%。間隔小于 200GHz()的有 100GHz() 、50GHz()和 25GHz等。生產廠商常給出通道傳輸最大值下降 1dB、 3dB和20dB（有時還有 30dB）處的通帶寬度。 ITUT規(guī)定對于 DWDM用的復用器 /解復用器，在下降 1dB處的通帶寬度不應小于信道間隔的 ，在下降 3dB處寬度不應小于信道間隔的 倍，下降 20dB處通帶寬度不應大于通道間隔的 ，下降 30dB處的寬度不應大于信道間隔的 。由于波分復用器 /解復用器是對不同波長的信號進行合波與分波，每一個通道端口都必須指定其工作波長，如端口 i的工作波長為 λi。這是與第五章所講的耦合器的插入損耗不同的地方。對于有 N個輸入 /輸出端口的復用器 /解復用器而言，規(guī)定每個通道的插入損耗必須小于 。 （ 7）波長隔離度 波長隔離度又叫遠端串擾。若以 dB表示，則有： )()(log10 ,joutjinic PPL??? 該式說明， 對于輸入端口 i，任何其他波長的光 ?j（ j≠i）想從輸入端口 i傳至輸出端時，會被堵塞，無法傳出，所經歷的損耗為 Lc。 對于解復用器，輸出端口 i的波長隔離度有相似的定義： )()(l og10, joutijinc PPL??? 上式說明，任何波長的光 ?j（ j≠i）想從輸入端口傳至輸出端口 i時，會被堵塞，無法傳出，所經歷的損耗為波長隔離度 Lc。 對于解復用器 , 其隔離度通常大于 30dB，而復用器其隔離度約為 18dB。該值應小于 。 （ 10）方向性 方向性定義為信號在某輸入通道 /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???上兩式分別對應于波分復用器和解復用器。Dij通常應大于 50dB。以 dB表示時，有 )()(log10, iriiiiPPR????其中， Pi,r(λi)為反射回端口 i的光功率。 2. 幾種波分復用器 /解復用器 制作光波分復用器的技術很多，較為實用的方法有介質薄膜濾波法、光柵法和熔融拉錐法等。熔融拉錐法在第五章中已有介紹，這里不再贅述。濾波器由折射率高低不同的多層介質膜交疊而成。設計多個濾波器，使它們的透射中心波長為 ITUT規(guī)定的值，把這些濾波器以一定的方式連接起來，就構成了多通道波分復用器 /解復用器。圖 出了一個 8通道解復用器的結構簡圖。這種技術的缺點是實現(xiàn)頻率間隔在 100GHz以下時比較困難，因而信道數受到限制；器件裝配所需的時間較長，整個器件的損耗和成本與信道數成正比。利用它的濾波特性，按照一定的結構可以構成一個馬赫 曾特干涉儀（ MZI）型復用器 /解復用器。