【正文】 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 (1) 雙纖單向傳輸 。 如圖 ， 在發(fā)送端將載有各種信息的 、 具有不同波長(zhǎng)的已調(diào)光信號(hào) λ1,λ2,… ,λn通過(guò)光復(fù)用器組合在一起 ， 并在一根光纖中單向傳輸 。 在接收端通過(guò)光解復(fù)用器將不同波長(zhǎng)的信號(hào)分開(kāi) ， 完成多路光信號(hào)傳輸?shù)娜蝿?wù) 。 (2) 單纖雙向傳輸 。 如圖 ， 所用波長(zhǎng)相互分開(kāi) ， 以實(shí)現(xiàn)雙向全雙工的通信 。 所以雙向 WDM系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用相對(duì)說(shuō)來(lái)要求較高 ， 但與單向WDM系統(tǒng)相比 ， 雙向 WDM系統(tǒng)可以減少使用光纖和線路放大器的數(shù)量 。 3. 光波分復(fù)用器是波分復(fù)用系統(tǒng)的重要組成部分 ， 為了確保波分復(fù)用系統(tǒng)的性能 ， 對(duì)波分復(fù)用器的基本要求是：插入損耗小 ， 隔離度大 ， 帶內(nèi)平坦 ， 帶外插入損耗變化陡峭 ， 溫度穩(wěn)定性好 ， 復(fù)用通路數(shù)多 ， 尺寸小等 。 插入損耗是指由于增加光波分復(fù)用器 /解復(fù)用器而產(chǎn)生的附加損耗 ， 定義為該無(wú)源器件的輸入和輸出端口之間的光功率之比 ， 即 α=10 lg 01PP 其中 P0為發(fā)送進(jìn)輸入端口的光功率； P0為從輸出端口接收到的光功率。 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 。 (3) 回波損耗 。 )(lg dBppiij (4) 反射系數(shù) 。 工作波長(zhǎng)范圍是指 WDM器件能夠按照規(guī)定的性能要求工作的波長(zhǎng)范圍 (λmin到 λmax)。 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 。 偏振相關(guān)損耗 (PDL: Polarizationdependent Loss)是指由于偏振態(tài)的變化所造成的插入損耗的最大變化值 。 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 ITUT 。 圖 實(shí)際 WDM系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu) 光轉(zhuǎn)發(fā)器 1?光合波器光轉(zhuǎn)發(fā)器 nBA?1?n1n光纖光監(jiān)控信道接收/ 發(fā)送LA光纖接收 1光分波器接收 nPA?1?n1n光監(jiān)控信道發(fā)送器?s?s ? s ?s光監(jiān)控信道接收器?網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)光中繼放大 光接收機(jī)光發(fā)射機(jī) 經(jīng)過(guò)一定距離傳輸后 ， 要用摻鉺光纖放大器 (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。 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) 。 圖 ：?jiǎn)渭兊臑V波應(yīng)用 (圖(a))、 波分復(fù)用 /解復(fù)用器中應(yīng)用 (圖 (b))和波長(zhǎng)路由器中應(yīng)用 (圖 (c))。 波長(zhǎng)路由器是波長(zhǎng)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(shuō)明 ， 它有兩個(gè)輸入端口和兩個(gè)輸出端口 ， 每路輸入都載有一組 λ1,λ2, λ3和λ4 WDM信號(hào) 。 在輸入端口 1上的波長(zhǎng)中 ， 如果 λ12和λ13 由輸出端口 1輸出 ， 則 λ11和 λ14由輸出端口 2輸出；在輸入端口 2上的波長(zhǎng)中 ， 如果 λ22和 λ23由輸出端口 2輸出 ， 則 λ21和 λ24由輸出端口 1輸出 ， 這樣 ， 我們就稱(chēng)路由器交換了波長(zhǎng) λ1和 λ4。 如果一個(gè)波長(zhǎng)路由器的路由方式不隨時(shí)間變化 ， 就稱(chēng)為靜態(tài)路由器；路由方式隨時(shí)間變化 ， 則稱(chēng)之為動(dòng)態(tài)路由器 。 波長(zhǎng)分插復(fù)用器可以看成是波長(zhǎng)路由器的簡(jiǎn)化形式 ， 它只有一個(gè)輸入端口和一個(gè)輸出端口 ， 再加上一個(gè)用于分插波長(zhǎng)的本地端口 。 在大多數(shù)系統(tǒng)中 ， 光的偏振態(tài)隨機(jī)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 。 溫度系數(shù)是指溫度每變化 1℃ 的波長(zhǎng)漂移 。 (3) 在一個(gè) WDM系統(tǒng)中 ， 隨著級(jí)聯(lián)的濾波器越來(lái)越多 ， 系統(tǒng)的通帶就變得越來(lái)越窄 。 單個(gè)濾波器的通帶的平直程度常用 1 dB帶寬來(lái)衡量 ， 如圖 。 1. 光柵 (Grating)廣泛地用來(lái)將光分離為不同波長(zhǎng)的單色光 。 圖 ， 圖 (a)是透射光柵 ， 圖(b)是反射光柵 。 如圖 示 ， 設(shè)兩個(gè)相鄰縫隙間的距離即柵距為 a, 光源離光柵平面足夠遠(yuǎn) (相對(duì)于 a而言 )， 入射角為 θi， 衍射角為 θd， 通過(guò)兩相鄰縫隙對(duì)應(yīng)光線的光程差由 ( )決定 ， 而 CDAB ? 圖 (a) 透射光柵； (b) 反射光柵 光柵平面 影像平面?2?1?d 1?d 2?i?1＋ ?2光柵平面影像平面?2?1?d 1?d 2?i?1＋ ?2( a ) ( b ) ?i?daDCBA光柵平面去影像平面來(lái)自光源 )sin(sin diaCDAB ?? ???光柵方程為 a(sinθi sinθd)=mλ 其中 m為整數(shù) ， 當(dāng) a和 θi一定時(shí) ， 不同的 θd對(duì)應(yīng)不同的波長(zhǎng) λ， 也就是說(shuō) ， 像面上的不同點(diǎn)對(duì)應(yīng)不同的波長(zhǎng) ， 于是可用作 WDM中的解復(fù)用器 。 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 。 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， ??? ??? 221 其中 Λ為光柵周期 ， 則一個(gè)波的能量可以耦合到另一個(gè)波中去 。 設(shè) β0=2πneff/λ0， 其中 λ0為輸入光的波長(zhǎng) ，neff為波導(dǎo)或光纖的有效折射率 。 隨著入射光波的波長(zhǎng)偏離布喇格波長(zhǎng) ， 其反射率就會(huì)降低 ， 如圖 (a)所示 。 圖 (a)中的功率反射譜是針對(duì)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(chēng)為變跡光柵 (Apodized Grating)的光柵 ， 它與漸變折射率光纖有點(diǎn)類(lèi)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 。 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(bǔ)償器 。 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 。 這太高了 ! 但這可以通過(guò)采用負(fù)熱膨脹系數(shù)的材料封裝來(lái)改善 ， 改善過(guò)的光柵的溫度系數(shù)大約為 102 nm/ ℃ ， 這意味著在整個(gè)工作溫度范圍 (100 ℃ )內(nèi) ， 中心波長(zhǎng)的漂移可以小到 nm。 圖 (a)是一個(gè)簡(jiǎn)單的光分器 ， 由一個(gè)三端口光環(huán)行器和一個(gè)光纖布喇格光柵構(gòu)成 ， 由光柵反射回來(lái)的波長(zhǎng) λ2從環(huán)行器的端口 3取出 ， 余下的波長(zhǎng)繼續(xù)前行 。 圖 (a) 簡(jiǎn)單光分； (b) 光分插 ?1?2?3?4?23光纖布喇格光柵?1?3?41 2?1?3?4( a )?1?2?3?4?23光纖布喇格光柵?1?3?41 2( b )耦合器?2?2?2 長(zhǎng)周期光纖光柵的工作原理與光纖布喇格光柵稍微有些不同 。 設(shè)纖芯中模的傳輸常數(shù) (假定為單模光纖 )為 β， p階包層模的傳輸常數(shù)為 βpc， 相位匹配條件為 |ββpc |= ??2 其中 Λ為光柵周期 。 設(shè)纖芯和 p階包層模的有效折射率分別為 nef