WDM_OTN_基础知识_波分系统基本构成-无源器件

在波分系统中通常将发光,对光进行放大以及产生光电转换的器件称之为有源器件，例如光放，激光器，与此相反，将那些不发光，不对光进行放大，也不产生光电转换的器件称之为无源器件，波分系统中的无源器件种类较多，主要有复用器，解复用器，分光器，耦合器，衰减器，光开关等等，本节课重点学习复用器和解复用器，分光器和耦合器。

复用器和解复用器

所谓复用，就是将发端多路不同波长的发射机输出的光信号，合成到一根光纤上进行传输，这个过程称之为复用，用于实现复用这种功能的器件，称之为复用器，简称MUX,与此相反，将来自一根光纤上的光信号分配给收端不同波长的接收机，这个过程称之为解复用。用于实现解复用这种功能器件称之为解复用器，简称DeMux复用器。复用器，解复用器有时也称为合波器和分波器，常用的复用器，解复用器的类型有阵列波导光栅型(AWG),介质薄膜滤波器(TFF),梳状滤波器型(Interleaver)。

阵列波导光栅复用器

陈列波导光栅复用器一般由三部分组成，输入端的波导光栅，输出端的波导光栅，中间的自由传播区的平板波导和弯曲波导光栅。基功能是将一束光中不同波长的光分解出来。

下面以40路的AWG解复用器为例，说明其工作原理。当一束白光进入输入端的波导光栅，会进行1:40的分光，使之进入中间弯曲的波导阵列之中，这时每一路光还是各种波长的光混在一起，但是中间的弯曲波导阵列每一路的路径长度都不同，因而对不同波长的光造成不同的相位延迟。这样使得对某个特定波长的光，只在相应的输出端口形成建设性干涉（建设性干涉是指当两束或多束具有特定相位关系的波相遇时，由于波的叠加原理，导致某些区域的振动强度增强，形成明暗相间的条纹图案。这种现象不仅在光学领域有着广泛的应用，也在物理学和其他科学领域中具有重要意义。）就是波峰加波峰的增强型干涉，在其一端口形成香蕉型干涉，就是波峰加波谷这种相互抵消的干涉，这样在输出波导光栅的某个特定端口，只输出某个特定波长的光，这样就将一束输入的白光分解为不同波长的光。AWG型复用器的特点是波长间隔小，信道数量多，通带平坦度好，插损小等优点。非常适合超高速大容量的波分系统。代表了波分复用器件的发展方向。

当前波分系统中常用的40路，48路复用器，解复用器都是AWG型的。

介质薄膜滤波器

介质薄膜是由不同材料，不同折射率，十几层介质薄膜材料组合在一起，每层蔳膜的厚度为1/4个波长，一层为高折射率，一层为低折射率交替叠合而成，这样的结构，使得介质薄膜滤光器对一些特定波长范围成通带，对另外一些波长范围成阻带，这样就形成了所要求的带通滤波特性。

介质薄膜滤波器有这些特点：

1，它与光纤参数无关，可以做成结构稳定的小型化器件。

2，信号通带平坦，而且与极化无关。

3，插损相对较小。

4，支持通路数少。一般只能用于少于16波以下的系统。大于16波以上的系统的话，既没有技术优势，也没有成本优势。这时一般采用AWG型的器件。当前的话，波分系统中常用的有两路的，4路的，8路的这三种固定波长上现的OADN器件，都是介质薄膜滤波器型的。16波的OADM（Optical Add-Drop Multiplexer），即光分插复用器系统，目前也基本不再使用。

固定波长上下的介质薄膜滤波器，单板种类很多。例如4路的OADM单板分为1-4路，5-8路等等。一直到36-40波这10种不同的单板，这样的话对波长的规划，运维的管理，备件的管理都是很大的挑战。在这种情况下，波长可配置的分差复用ROADM（Reconfigurable Optical Add-Drop Multiplexer，可重构光分插复用器）就应运而生了。

梳状滤波器

梳状滤波器是由很多按照一定频率间隔，相同排列的通带和阻带，即让某些特定范围的信号通过，梳状滤波器的特性曲线就像梳子一样，故称之为梳状滤波器，在80波的波分系统中，梳状滤波器(Interleaver),将频率间隔为50GHz的信号光分为两组，频率间隔为100GHz的信号光分别从Even波段和Odd波段输出，接到这个40路解复用器DeMux之中，通常情况下，从40波复用到80波，从48波复用到96波，从80波复用到160波，都需要使用梳状滤波器(Interleave)。

分光器(spliter)和耦合器(coupler)

分光器和耦合器也是一对功能相仿的无源器件，其作用就是按特定比例将不同端口的功率分开或者合并，通常说1:N的分光器，就是输入1路光分为N路光输出，将分光器反过来使用就是耦合器，

通常说，1*N的耦合器或者N路的耦合器，就是输入N路的光耦合到1路光输出。

分光器和耦合器的工作原理

根据实现原理的不同，分光器可分为熔融拉锥型和平面波导PLC型。

熔融拉锥形的实现原理是将两根光纤的纤芯缠绕，并用氢氧火焰烧熔，使纤芯部分融合在一起，通过融合的比例来控制两个端口的分光比，两个器件的端口呢，数量一般为2 ，通过级联实现多路端口。

平面波导PLC型的实现原理，主要原件为PLC半导体分路芯片，光功率在每个分支点平均分光，多个分支级联可实现多端口分光，端口的数量可以分的比较多，比如说16路的分光比和32路的分光比。

常用的分光器的话，例如我们常用的客户侧，1+1保护分光器，就是发端使用一个1:2的分光器，将光信号分为工作通道，保护通道，两路来发送，在收端采用显收（信号选择机制）。

波分中还有一个常用的1:9的分光器，这个分光器是由两个分光器构成，其中一个是1:2的分光器，另一个是1:8的分光器， 主光路的光首先经过一个1:2的分光器，一分为二，其中一路光的话，在主光路上继续传输，另一路的话接到一个1:8的分光器，将另一路信号再一分为八，这样的话就实现了1:9的分光。

1*9耦合器，由两个耦合器构成，其中一个是1*2的耦合器，另一个是1*8的耦合器，主光路输入的光，跟另一路1*8的耦合器上来的光一起进入了1*2的耦合器，输出光到主光路上，这样就实现了1*9的耦合器。

复用器，解复用器，合波器和分光器有什么不同呢，可以这么说，复用器 解复用器是合波分波器件，其输入输出端口一般对应特定的波长，能够直接接到这个OTU,或者波分线路卡上，耦合器和分光器只是简单的分光合光器件，不能进行波长选择的操作，因此耦合器合上来的光，有可以存在波长冲突，分光器也无法选择出某个特定波长的光，因此非相干的10G 40G OTU,不能直接接到分光器上，对于相干的100G OTU,由于本身自带有显频功能，就是可以自动选择波长，这样的话可以直接接到分光器上，如100G 200G的OTU ，就可以直接接到1:9的分光器或者1:20的分光器上。