光信息专业实验报告：WDM光波分复用器

光信息专业实验报告：WDM 光波分复用器
[实验目的]
1．了解WDM 光波分复用器的工作原理
2．认识WDM 光波分复用器的基本参数的实际意义，分别测量合波与分波功能，学会测量插入损耗，隔离度和偏振相关损耗。

3．分析测量误差的来源。

[实验仪器]
袖珍光源（1310nm/1550nm ）、光功率计、适配器、偏振控制器，镜头纸。

[实验原理]
1．WDM 波分复用器
WDM 又叫波分复用技术，就是在单一光纤内同步传输多个不同波长的光波，让数据传输速度和容量获得倍增，它充分利用单模光纤的低损耗区的巨大带宽资源，采用合波器，在发送端将不同规定波长的光载波进行合并，然后传人单模光纤。

在接收部分将再由分波器将不同波长的光载分开的复用方式，由于不同波长的载波是相互独立的，所以双向传输问题，迎刃而解。

波分复用系统最大的优点是节约光纤。

它将原来需要多对光纤承载的系统复用在一对或一根光纤上传输，大大节约光纤的用量，对于租用光纤的运营商更有吸引力；其次ＷＤＭ系统大大延长了无电中继的传输距离，减少中继站的数目，节约了建设和运行维护成本；波分复用通道对数据格式是透明的，即与信号速率及电调制方式无关，可以承载多种业务，在现在多业务需求的运营环境下很有竞争力；利用ＷＤＭ技术选路来实现网络交换和恢复，从而可能实现未来透明的、具有高度生存性的光网络。

2．偏振控制器
光纤偏振状态控制器的结构是由施压部分和扭转部分组成。

扭转部分主要通过扭矩产生圆形双折射, 结构设计主要考虑转动时的同轴性。

施压部分主要通过应力产生线性双折射, 它由互成45°角的两个施压机构组成, 产生的线性双折射矢量在邦加球表示法中互相正交, 结构设计主要考虑压力的精度和均匀性。

施压通过较厚的黄铜片杠杆(有一定的弹性) , 用螺旋测微器(精度5Lm, 在施压过程中还可以更小) 施压, 同时用两个黄铜面夹住一段光纤, 使光纤有一段长度同时受压, 既保护了光纤(与点压相比) , 又提高了线性双折射程度, 上方铜面与杠杆相连, 使光纤受力程度减少, 以提高施压精度, 而下方铜面与基座之间有一钢珠,使光纤在受压时, 上下两铜面始终保持面接触, 使光纤获得进一步的保护。

3．WDM 的相关参数 1） 插入损耗：
在光路中增加了光无源器件而产生的额外损耗，定义为该器件所指定的通道的输入和输出端口之间的光功率之比（dB ）：10
.10log out
in
I L P P =-
式中in P 为发送进输入端口的光功率，out P 为从输出端口接收到的功率。

两波长WDM （1310/1550nm ）：
对波长是1λ的光有：1
10
1.10log out in I L P P =- 对波长是2λ的光有：2
10
2
.10log out in I L P P =- 2） 隔离度：
器件输入端口的光进入非指定输出端口的光能量大小，又称为串扰。

以两波长分复用为例：
通道2对波长为1λ的光的隔离度：212111()
()10lg
()P C P λλλ=- 通道1对波长为2λ的光的隔离度：121222()()10lg
()
P C P λλλ=- 一般的分波器隔离度要求40db 以上，合波器20db 左右即可。

3） 偏振相关损耗：
偏振相关损耗是：在考虑到所有偏振状态的情况下，光器件（如光耦合器）最大插入损耗与最小插入损耗之差。

min max max max min min
......10lg
10lg 10lg out out out in in out P P P
P D L I L I L P P P =-=-+= 改变光纤型偏振控制器的三个活动片，光纤扭曲，从而产生双折射现象，引起偏振态的
改变。

改变三个活动片的相对位置，即可知损耗变化量。

[实验步骤]
1．实验前应先洗手，过程中保持实验仪器和实验台的清洁，严禁过分弯曲光纤。

2．熟悉光纤和相应的仪器，学习光纤的缠绕，阅读仪器的说明书
3．测量WDM 光波分复用器的分波和合波功能，测出输入波长是1310nm ，1550nm 时的输入输出功率。

4．计算WDM 波分复用器的插入损耗，隔离度，偏振相关损耗，对测量误差进行分析。

[数据分析]
（一）分波器： （1）：输入为1310nm 的光波
插入损耗：
Pin1与Pout1分别作为输入输出端口时得到五个不同的I.L ：
11.I L -＝5
111
1..5i i I L =∑
＝0.216233dB
标准误差：11..0.009I L dB σ== 则11.I L -＝0.216±0.009dB 隔离度
21()C λ=5
211
1()5i i C λ=∑
=23.73502dB
标准误差：21()0.04C dB σλ== 则 21()C λ=23.74±0.04dB
（2）：输入是1550nm 的光波
Pin1与Pout1分别作为输入输出端口时得到五个不同的I.L ：
22.I L -＝5
221
1..5i i I L =∑
＝0.249683
标准误差：22..0.02I L dB σ== 则 22.I L -＝0.25±0.02dB 隔离度
12()C λ=5
121
1()5i i C λ=∑
=22.27514
标准误差：12()0.05C dB σλ== 则 12()C λ=22.78±0.05dB （二）合波器：
.I L ＝5
1
1..5i i I L =∑
＝0.189387
标准误差：..0.04I L dB σ== 则.I L ＝0.19±0.04dB
Pin1与Pout1分别作为输入输出端口时得到五个不同的I.L ：
.I L ＝5
1
1..5i i I L =∑
＝0.160287
标准误差：..0.01I L dB σ== 则.I L ＝0.16±0.01dB
（三）测量分波器的偏振相关损耗
根据公式max
min
..10lg
out out P P D L P =得： 1310nm 的光波：对应1310nm 通道输出的偏振相关损耗是max
min
..10lg
out out P P D L P ==0.58 对应1550nm 通道输出的偏振相关损耗是max
min
..10lg
out out P P D L P ==4.40 1550nm 的光波：对应1310nm 通道输出的偏振相关损耗是max
min
..10lg
out out P P D L P ==4.38 对应1550nm 通道输出的偏振相关损耗是max
min
..10lg
out out P P D L P ==0.08 [思考题]
1、WDM 光波分复用器的工作原理，各种分光元件的特点比较。

答：光波分复用的基本原理是在发送端将不同波长的光信号组合起来，并耦合进光缆线路上同一根光纤中进行传输，在接收端将组合波长的光信号进行分离（分复用），并作进一步处理后恢复出原信号送入不同终端。

其优点有以下： （1）超大容量传输。

（2）节约光纤资源。

（3）各通道彼此独立，互不干扰。