(集成光电子学导论)第七章波分复用器
光波分复用器原理
光波分复用器原理
“哎呀，这光到底是咋回事呢？”我正和小伙伴们在公园里玩耍，突然想到了一个问题。
咱先来说说光波分复用器是啥玩意儿吧。
这就好比一个神奇的大盒子，里面有好多关键部件呢。
有能把不同颜色光分开的小镜子，就像咱们分糖果一样，把各种颜色的光分得清清楚楚。
还有一些小管道，让光在里面乖乖地跑。
这些部件可厉害啦！小镜子能准确地把不同波长的光送到不同的地方，就像快递员叔叔把包裹送到正确的地址一样。
那小管道呢，就像小火车的轨道，光在里面跑得可顺溜啦！
那它的工作原理是啥呢？嘿，你想想看，不同颜色的光就像不同的小伙伴，它们都有自己的特点。
光波分复用器呢，就能认出这些不同的光小伙伴，然后把它们安排到不同的道路上去。
比如说红色光走这条路，蓝色光走那条路。
这可太神奇啦！就好像我们在玩游戏的时候，给每个小伙伴都分配了不同的任务。
那光波分复用器在生活中有啥用呢？有一次，我和爸爸妈妈一起看电视。
我就想啊，这电视信号是咋传过来的呢？原来啊，光波分复用器在这中间可起了大作用呢。
它能把好多不同的信号，像电视信号、电话信号、网络信号啥的，都放在一束光里传过来。
这就像一个超级大卡车，能把好
多不同的货物一起运过来。
要是没有它，那我们的生活可就没这么方便啦！说不定电视会卡顿，电话也打不通呢。
所以说啊，光波分复用器可真是个神奇的东西。
它让我们的生活变得更加丰富多彩，就像一个魔法盒子，给我们带来了好多惊喜。
我觉得它超级厉害，以后我也要好好学习，了解更多关于它的知识。
光波导芯片_波分复用_解释说明
光波导芯片波分复用解释说明1. 引言1.1 概述光通信作为一种高速、大容量的数据传输技术，已成为现代信息社会中不可或缺的基础设施。
然而，在面对日益增长的带宽需求和传输距离要求时，传统的电路板和金属导线等传输介质已经显得力不从心。
因此，光波导芯片作为一种新型的光学器件应运而生。
1.2 文章结构本文将首先介绍光波导芯片的定义、原理、结构和特点。
随后，我们将重点讨论波分复用技术，并详细解释其原理、基础概念以及相关设备和组成要素。
然后，我们将探讨光波导芯片在波分复用中的应用，包括其在光传输中的作用机制解析、在波分复用系统中关键功能的介绍，以及一些实际应用中的效果与案例分享。
最后，我们将总结主要观点和发现，并展望光波导芯片和波分复用技术未来发展方向。
1.3 目的本文旨在通过对光波导芯片和波分复用技术进行详细说明，帮助读者深入了解光通信领域中的重要概念和技术。
同时，通过介绍光波导芯片在波分复用中的应用，使读者对该技术在实际场景中的应用效果有更全面的认识。
最后，我们将展望未来光波导芯片和波分复用技术的发展方向，为相关研究和工程领域提供参考和启示。
2. 光波导芯片:2.1 定义和原理:光波导芯片是一种集成光学器件，其通过特殊的材料结构和工艺制作而成。
它利用高折射率的核心层将光信号引导在其表面附近传输，形成一条或多条光波导路径。
这些路径类似于管道，可以将光信号有效地控制、传播和分配。
光波导芯片原理基于总反射和电磁波的耦合效应。
当光线传入具有高折射率的核心层时，由于介质折射率的差异，部分能量会被全内反射并沿着波导路径传输。
在光波导芯片中，可以通过调整核心层和包围层之间的折射率差异来改变传播模式、控制波导路径和操纵光信号。
2.2 结构和特点:通常情况下，光波导芯片由三个主要组成部分构成：核心层、包围层和衬底。
核心层是最重要的部分，用于引导光信号；包围层则用于限制光信号的传播区域，并保持其在核心层内传输；衬底则为光波导芯片提供支撑和稳定性。
波分复用技术(WDM)
波分复用技术(WDM)介绍--------密集波分复用（DWDM）和稀疏波分复用（CWDM）波分复用(WDM)是将两种或多种不同波长的光载波信号(携带各种信息)在发送端经复用器(亦称合波器，Multiplexer)汇合在一起，并耦合到光线路的同一根光纤中进行传输的技术；在接收端，经解复用器(亦称分波器或称去复用器，Demultiplexer)将各种波长的光载波分离，然后由光接收机作进一步处理以恢复原信号。
这种在同一根光纤中同时传输两个或众多不同波长光信号的技术，称为波分复用。
WDM本质上是光域上的频分复用FDM技术。
每个波长通路通过频域的分割实现，每个波长通路占用一段光纤的带宽。
WDM系统采用的波长都是不同的，也就是特定标准波长，为了区别于SDH系统普通波长，有时又称为彩色光接口，而称普通光系统的光接口为“白色光口”或“白光口”。
通信系统的设计不同，每个波长之间的间隔宽度也有不同。
按照通道间隔的不同，WDM 可以细分为CWDM（稀疏波分复用）和DWDM（密集波分复用）。
CWDM的信道间隔为20nm，而DWDM的信道间隔从0.2nm 到1.2nm，所以相对于DWDM，CWDM称为稀疏波分复用技术。
1 DWDM技术简介WDM和DWDM是在不同发展时期对WDM系统的称呼。
在20世纪80年代初，人们想到并首先采用的是在光纤的两个低损耗窗口1310nm窗口和1550nm窗口各传送1路光波长信号，也就是1310nm、1550nm两波分的WDM系统。
随着1550nm窗口EDFA的商用化，WDM系统的相邻波长间隔变得很窄（一般小于1.6nm），且工作在一个窗口内，共享EDFA光放大器。
为了区别于传统的WDM系统，人们称这种波长间隔更紧密的WDM系统为密集波分复用系统。
所谓密集，是指相邻波长间隔而言，过去WDM系统是几十纳米的波长间隔，现在的波长间隔只有0.4～2nm。
密集波分复用技术其实是波分复用的一种具体表现形式。
波分复用技术的工作原理
波分复用技术的工作原理波分复用技术（Wavelength Division Multiplexing，WDM）是一种基于光的通信技术，利用不同波长的光信号在同一光纤上进行传输。
由于不同波长的光信号在光纤中的传播不会相互干扰，可以通过复用技术将多个光通信信号传输在同一根光纤上，从而大大增加了通信容量。
WDM技术可以分为两种类型：密集波分复用技术（DWDM）和正常波分复用技术（CWDM），它们区别在于波长通道间隔的大小和可用的波长数量。
DWDM通道间隔比CWDM小，可以在同一段光纤上增加更多的波长，从而大幅提高传输容量。
下面将从波分复用技术的原理、优势、缺陷和应用领域等方面介绍这一技术。
一、波分复用技术的原理波分复用技术的原理可以类比于广播电台。
广播电台可以同时播出多个不同频率的电台节目，收听者可以通过调整收音机来选择不同的频率来收听不同的电台节目。
同理，WDM技术可以在同一根光纤上传输多个不同波长的光信号，接收者通过选择不同波长的接收器来分离不同的光信号。
具体来说，WDM系统主要由光发射器、光纤、光放大器和光探测器组成。
光发射器将多个不同波长的光信号合并在一起后，通过光纤进行传输。
光信号在光纤中传播时不会相互干扰，因为不同波长的光信号会在光纤中以不同的角度传送。
光放大器可以放大光信号的功率，使光信号能够达到较远的传输距离。
光探测器用于将不同波长的光信号分离，并将其转换成电信号。
WDM系统的传输容量由两个因素决定：波长间隔和可用波长数量。
DWDM系统通常使用0.8 纳米到 0.1 纳米的波长间隔，可用的波长数量从几十个到数百个不等，从而可以实现传输容量的大幅提升。
二、波分复用技术的优势1. 高通信容量WDM技术可以将多个光信号传输在同一根光纤上，从而大大提高了通信容量。
一个DWDM系统可以支持数百个不同的波长，因此可以实现高达几百兆比特每秒到数千兆比特每秒的数据传输速率。
2. 长传输距离WDM系统利用光放大器放大光信号的功率，在光纤中传输的距离可以高达几千公里，远比传统的电信技术更为出色。
波分复用器详细解释
FWDM是众多CWDM原理中的其中一种，并通常称为三端口波分复用器。
2002年， ITU-T建议 G.694.2定义了18个从1270nm到1610nm 的 CWDM标称中心波长，波长间隔为20nm。后来,考虑到无源器件滤波特性 (如复用器)几乎不随温度变化，一般认为无源器件标称中心波长应该对准激 光器35℃时的输出信号波长，因为35℃在整个工作温度范围的中间（激光 器的工作温度范围是-5℃~+70℃）。（也就是说，无源器件标称中心波长应该是*o加 上激光器输出从23℃到35℃的波长漂移值，即*o+0.08nm/℃×(35℃-23℃) = *o+1nm。）为了 解决激光器波长标称温度与实际工作温度不同造成的波长差异问题。ITU则 建议G.694.2波长上移1nm（为1271nm/1291nm/…／1611nm），从而使激 光器波长在实际环境刚好工作在（1270nm/1290nm/…／1610nm）。
CWDM波段：1270~1610nm
1270~1610 1270~1610nm 1270 1290 1310 1330 1350 1370 1390 1410 1430 1450 1470 1490 1510 1530 1550 1570 1590 1610
O波段
E波段
S波段
C波段
L波段
根据光纤的物理特性以及在不同波长处使用光纤放大器的性能，ITU将 1260~1670nm的波长区域划分为6个频谱波段，如下所示 O波段（原始波段，Original Band）:1260~1360nm E波段（扩展波段，Extended Band）：1360~1460nm S波段（短波段，Short Band）：1460~1530nm C波段（常规波段，Conventional Band）：1530~1565nm L波段（长波段，Long Band）：1565~1625nm U波段（超长波段，Ultralong Band）：1625~1670nm 可见光范围 是 380~760nm。 1~380nm的 是紫外线
第7章 波分复用
工作波长范围——指WDM器件能够按照规定 的性能要求工作的波长范围。（λmin到λmax） 信道宽度——指各光源之间为避免串扰应具有 的波长间隔。 偏振相关损耗——指由于偏振态的变化而引起 的插入损耗的最大变化值。
波分复用信道间隔划分
1、波分复用（WDM）、密集波分复用（DWDM） 光频分复用（OFDM）
(3) 标准中心频率 所谓标准中心频率指的是光波分复用系 统中每个通路对应的中心波长的频率。 (4) 中心频率偏差 中心频率偏差定义为标称中心频率与实 际 中 心 频 率 之 差 。 对 于 100GHz 的 16*2.5Gbit/sWDM系统,偏差±20GHz
2、光转发器(OTU)技术
7.6 光接口规范
1. 光接口分类 我国专家对于我国的加有光放大器的长途WDM 系统规定了3种光接口： 8 ×22dB， 5× 30dB， 3 ×33dB。其中前面的8、5、3 分别代表传输 的区段数目， 22、33dB代表每个区段允许的损 耗。一个8 ×22dB系统，在发射端使用一个功 率放大器，中间加入多个在线放大器，接收机 前加前置放大器，每一区段的距离约为80km， 因此, 总的传输距离为640km（8×80km）； 一 个3 ×33dB系统可以传输360km(3×120km)；一 个5× 30dB系统则可以传输500km(5×100km)。
ITU-T建议一直只提WDM和Multichannel system( 多 信 道 系 统 ) ， 避 免 WDM 和 DWDM的区分和界定，建议文件规范的 信道间隔也只窄到25GHz。 目前真正实用化的光波分复用系统是 16×2.5Gbit/s，16×10Gbit/s和 32×2.5Gbit/s，32×10Gbit/s， 40×10Gbit/s。我国目前也已达到了这一 实用化水平。
波分复用原理课件
信号调制是将信息转换为适合传 输的光信号的过程。
常用的信号调制格式包括开关键 控（OOK）、脉冲幅度调制（ PAM）和相位偏移键控（PSK）
等。
解调则是将调制后的光信号还原 为原始信息的过程。
信号同步与监控
01
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04
信号同步是指确保不同波长信 号在同一时间开始和结束传输
的过程。
通过使用同步信号和时间标记 ，可以实现信号的精确同步。
波分复用原理课件
目录
• 波分复用技术概述 • 波分复用系统的组成 • 波分复用的关键技术 • 波分复用的优势与挑战 • 波分复用技术的应用案例 • 波分复用技术的实验与演示
01 波分复用技术概 述
波分复用的定义
波分复用是一种利用单根光纤进行多路传输的技术，它将不同波长的光信号合并在 同一根光纤中传输，从而实现多个信号的同时传输。
结果四
通过实验，深入理解了波分复 用技术的原理和应用。
THANKS
感谢观看
扩展性强
随着新波长的加入，波分复用 网络的容量可以不断扩展，满 足未来不断增长的数据传输需 求。
可靠性高
由于每个波长独立传输数据， 因此某个波长的故障不会影响 到其他波长的传输，提高了网
络的可靠性。
挑战
色散问题
噪声干扰
不同波长的光信号在光纤中的传播速度略 有不同，导致信号畸变，称为色散。需要 采取措施来减小色散对传输性能的影响。
新型光纤材料
新型光纤材料的研发将有助于解决色散和噪声问题，提高波分复用 的性能和稳定性。
智能化管理
随着物联网和大数据技术的发展，未来将实现波分复用网络的智能 化管理，提高网络的运维效率和可靠性。
05 波分复用技术的 应用案例
波分复用原理PPT课件
温度波长 控制电路
DFB 激光器
驱动电流
马赫策恩德或 电吸收调制器
光接收机
入射光
短程传输接收：PIN 长程传输接收：APD
电信号
接收机必须承受的影响： 信号畸变 噪声 串扰
合波和分波无源部分
DWDM系统对合波和分波无源器件的
基本要求
DWDM 系统 中 使 用的 波 分 复用 器 件 的性 能 应 满足 ITU-T G.671及相关建议的要求。 合波器
常用的合波器类型有耦合器型、介质薄膜滤波器型和集成光波导型。 合波器的参数主要有插入损耗、光反射系数、工作波长范围、极化 相关损耗和各通路插损的最大差异。
分波器
分波器的类型主要有光栅型、干涉滤波器型、熔锥型和集成光波导 型分波器等类型。
分波器的参数主要有通路间隔、插入损耗、光反射系数、相邻通路 隔 离 度 、 非 相 邻 通 路 隔 离 度 、 极 化 相 关 损 耗 、 温 度 系 数 、 0.5dB 和 20dB带宽。
DWDM系统的分类
以系统接口分类：集成式或开放式系统 以信道数分类：4、8、16、32等 以信道速率分类：2.5Gbit/s 、10Gbit/s及混合速率 以信道承载业务类型分类：PDH、SDH、ATM、
IP或混合业务等
以地理域分类：海底系统、陆地干线、本地网、
城域网
开放式和集成式系统结构
比著名的CPU性能进展more定律 （18个月左右翻番）快2～3倍
扩容的选择
空分复用
SDM(Space Division Multiplexer)
时分复用
TDM(Time Division Multiplexer)
波分复用
WDM(Wavelength Division Multiplexer)
波分复用器详细解释
回忆一下分路器的主要作用是什么？ 对同一波长的光功率进行分配。
WDM常见的两种： 1、熔融拉锥型：用拉锥机（含电脑监控系统）进行高 温熔融拉锥两根光纤后达到1310nm与1550nm的波分复 用目的。 2、滤波片式：通过透镜及滤波片进行贴片式的封装后 达到波分复用目的。
3
拉锥型WDM原理
外观与熔融拉锥分路器一样。
32mm
8
FWDM原理
FWDM参数
10
简析DWDM
密集波分复用器（DWDM）—Dense Wavelength Division Multiplexing
DWDM技术是利用单模光纤的带宽以及低损耗的特性，采用多个波长作为载波，允许各 载波信道在光纤内同时传输，与通用的单信道系统相比，DWDM不仅极大地提高了网络 系统的通信容量，充分利用了光纤的带宽，而且它具有扩容简单和性能可靠等诸多优点， 前景十分光明。
λ1 λ2 λ3 λx λy λz
. . .
复用器
几十公里的一根光纤
分波器
λ1 λ2 λ3
. . .
光信号传输
λx λy λz
链路中间还有一些中继放大器、监控系统等器件用于保证光信号正常传输。
波分复用器 WDM：Wavelength-Division Multiplexing
作用：对不同波长进行合成或分离。
DWDM的信道间隔一般是0.2nm~1.2nm，而CWDM是20 nm。
CWDM和DWDM的主要区别。 1. CWDM载波通道间隔较宽，因此，同一根光纤上只能复用最多18个波长的光波，“粗” 与“密集”称谓的差别就由此而来； 2. CWDM调制激光采用非冷却激光，而DWDM采用的是冷却激光。冷却激光采用温度 调谐，非冷却激光采用电子调谐。由于在一个很宽的波长区段内温度分布很不均匀， 因此温度调谐实现起来难度很大，成本也很高。CWDM避开了这一难点，因此大幅降 低了成本，整个CWDM系统成本只有DWDM的30％。
波分复用
(c)
图7.3光滤波器的三种应用 光滤波器的三种应用 (a) 单纯的滤波应用； (b) 波分复用器中应用； (c)波长 单纯的滤波应用； 波分复用器中应用； 波长 路由器中应用
4、光滤波器与光波分复用器 、
λ1 λ1,λ2,λ3,λ4
1 1 1 1
λ2 λ3 λ4
λ1,λ2,λ3,λ4
2 1
1
2
解复用器
复用器
λ1,λ2,λ3,λ4 λ1,λ2,λ3,λ4
1 2 2 1
2
2 2 2
图7.4 由波分复用器构成静态路由器
4、光滤波器与光波分复用器 、
波长分插复用器可以看成是波长路由器的简化形式， 波长分插复用器可以看成是波长路由器的简化形式，它 只有一个输入端口和一个输出端口， 只有一个输入端口和一个输出端口，再加上一个用于分插波 长的本地端口。对光滤波器的主要要求有： 长的本地端口。对光滤波器的主要要求有： (1) 一个好的光滤波器应有较低的插入损耗，并且损耗 一个好的光滤波器应有较低的插入损耗， 应该与输入光的偏振态无关。 应该与输入光的偏振态无关。 (2) 一个滤波器的通带应该对温度的变化不敏感。 一个滤波器的通带应该对温度的变化不敏感。 (3) 在一个 在一个WDM系统中，随着级联的滤波器越来越多， 系统中， 系统中 随着级联的滤波器越来越多， 系统的通带就变得越来越窄。 系统的通带就变得越来越窄。为了确保在级联的末端还有一 个相当宽的通带，单个滤波器的通带传输特性应该是平直的， 个相当宽的通带，单个滤波器的通带传输特性应该是平直的， 以便能够容纳激光器波长的微小变化。 以便能够容纳激光器波长的微小变化。单个滤波器的通带的 平直程度常用1 带宽来衡量， 所示。 平直程度常用 dB带宽来衡量，如图 所示。 带宽来衡量 如图7.5所示
波分复用就是光的频分复用
波分复用就是光的频分复用1、什么是光波分复用？光波分复用是指在传输光纤网络中，将少量信息流（也称为流），通过位型复用技术，在一根单模或者多模光纤上传输，各流之间空间隔离，实现了可靠的多路复用，使多路传输时受干扰的影响减至最低，大大提高数据传输的可靠性和容错性；同时还可以减少传输带宽，提高数据的传输速度和传输率，发挥光缆的最大容量，大大节约了网络成本。
2、光波分复用的工作原理光波分复用的工作原理是，将多个信号拆分成多个独立的连续波段，然后分别编码，将多个编码信号转换为光信号，并将其复用到一根光纤上，然后在光纤传输路由的终端处实现识别和重组，最终实现原信号的传输。
光波分复用技术的实现主要分为三个步骤：有线信号转换到光信号，将光信号复用到一条光纤上，以及有限信号光信号重构成原有线信号。
3、光波分复用的优势（1）提高了网络传输带宽，并且保障了网络流量的可靠性和容错性；（2）能够有效地利用宽带网络和光纤网络资源；（3）降低网络成本，可以把多个信号复用到一根光纤上，从而大大节约网络搭设的成本；（4）可以有效利用光纤的最大传输带宽，使数据传输的速率更高；（5）能够传输传统无线信号，如话音、视频、数据和图像等，同时可以支持多种应用，弥补传统光源和光复用技术中的不足。
4、光波分复用的应用（1）广播与电视传输：光波分复用技术可以提供的高质量的磁场防离辐射能力，无航空限制，更小的回绕时延，简单的布线，使用低成本的光纤，可以实现大距离的传输，满足广播和电视业的传输要求。
（2）数据传输：光波分复用技术可以250多个终端在一根光纤使用，极大地提高了传输带宽，延长了距离，减少了传输耗散带宽，改善了光信号传输质量。
（3）语音传输：光波分复用技术在语音传输中有着广泛的应用，可以满足不同的语音传输服务需求，提高了语音传输的可靠性，延长了传输路径。
5、光波分复用的结构光波分复用技术的结构主要有光放大器、选择器和终端路由器等，根据传输要求，选择不同的光放大器和选择器，使其能够具有良好的信号输出效果，终端路由器可以识别和重组复用后的信号，并按其原来的信号格式重构，最终实现原有信号的传输。
波分复用器的技术和原理分析
光栅型波分复用器（三）
用于WDM中的主要是闪耀光栅，它的刻槽具有一定的 形状，如图所示，当光纤阵列中某根输入光纤中的光信号 经透镜准直后，以平行光束射向闪耀光栅。由于光栅的衍 射作用，不同波长的光信号以方向略有差异的各种平行光 束返回透镜传输，再经透镜聚焦后，以一定规律分别注入 输出光纤之中。
阵列波导型(AWG)波分复用器（四）
宽带波分复用器 WDM
WDM-T1550R1310/1490可实现1550,1490/1310两通 信窗光信号的合波（复用）与分波（解复用），使单根光纤 传输容量倍增，还可实现单纤双向通信，广泛应用于光纤网 络升级、扩容或引入综合新业务(广播电视、电信、互联网 三网合一)等方面。
产品特点
·低插入损耗 ·低偏振相关损耗 ·高波长带宽隔离度 ·环境稳定性好
波导阵列型光栅（Arrayed Waveguied Grating，AWG）器件 的结构如右所示，由输入输出波 导群，两个盘形波导及AWG一 起集成在衬底上而构成。各波导 路径长度差所产生的效应与闪耀 光栅沟槽作用相当，从而起到光 栅之用，输入和输出端通过扇形 波导与AWG相连。当某根输入 光纤中含有多波长信号时，则在 输出端的各光纤中分别具有相关 波长的光信号。
波分复用器原理示意图
用波长分割复用器和解复用器(也称合波/分波器)分别 置于光纤两端,实现不同光波的耦合与分离。
波分复用器种类分类
光波分复用器的种类很多。应用不同的领域， WDM 器件的技术要求和制造方法都不相同，大致可分 为：
*熔融拉锥型（一） *介质膜型（二） *光栅型（三） *阵列波导型(AWG)（四）
熔融拉锥型
WDM用于光模块的封装，可实现两通信窗光信号的合波 （复用）与分波（解复用），使单根光纤传输容量倍增，还可 实现单纤双向通信，广泛应用于光纤网络升级、扩容或引入综 合新业务(广播电视、电信、互联网三网合一PON+EOC)等方面。
波分复用器
从图中可以看出这种WDM器件有四端，形成一个X型耦合器，即 双光纤四端耦合器。通过设计熔锥区的锥度，控制拉锥速度，使其中一
个波长的光在直通臂有接近100％的输出，而对波长为的光输出接近为
零；使耦合臂对波长为的光有接近100％输出，而对的光输出接近为 零，这样当两个不同波长和的光信号由输入臂端口同时输入该耦合器 时，和的光信号则分别从直通臂和耦合臂输出，因而实现了分波功能。 反之，当直通臂和耦合臂分别有和的光信号输入时，也能将其合并从一
2…λ N的FBG级联起来，如图所示，图中有多个FBG和环形器组成，多
个波长依次通过各个FBG从而把相应的布拉格波长的光反射回来，然 后通过环形器把该波长分离出来。
阵列波导光栅波分复用器
AWG由荷兰代尔夫特理工大学（Delft Univnt Smit、NTT（Nippon Telegraphy and Telephone Corp
封装容易、具有成熟的制造工艺、制造成本低、适合高速 多波道DWDM系统采用
缺点：温度稳定性差、工艺复杂
研究热点：
1. 2. 3. 4.
超小尺寸EDG 频谱平坦化设计 偏振不敏感性 增强刻蚀面反射率设计
多层介质膜滤光片型（MDTFF）波分复用器
多层介质膜滤光片是一种多层高反射膜，膜层数目可多达数十层， 交替由较高折射率 和较低折射率 的两种电介质材料组成，与滤光片基 底和空气相邻的膜层具有较高折射率。 原理：利用几十层不同的介质薄膜组合起来，组成具有特定波长选择特 性的干涉滤波器，就可以实现将不同的波长分离或合并。
基于纳米Si光波导的新型交叠型AWG结构
AWG结构： 至少一条输入波导/输出波导 输入/输出自由传输区（FPR） 阵列波导区域 FPR为罗兰圆结构 AWG需满足的衍射方程：
WDM(波分复用)
WDM波分复用技术是多路复用技术的一种。
多路复用技术包括：时分复用( TDM)、频分复用( FDM)、码分复用( CDMA)、波分复用( WDM)。
WDM又叫波分复用技术是新一代的超高速的光缆技术，所谓波分复用技术，它充分利用单模光纤的低损耗区的巨大带宽资源，将两种或多种不同波长的光载波信号(携带各种信息)在发送端经复用器(亦称合波器，Multiplexer)汇合在一起，并耦合到光线路的同一根光纤中进行传输的技术；在接收端，经解复用器(亦称分波器或去复用器)将各种波长的光载波分离，然后由光接收机作进一步处理以恢复原信号。
这种在同一根光纤中同时传输两个或众多不同波长光信号的技术称为波分复用。
波分复用原理图WDM本质上是光域上的频分复用FDM技术。
每个波长通路通过频域的分割实现，每个波长通路占用一段光纤的带宽。
与电频分复用（SDH）不同，波分复用（WDM）是把基带带宽不同的多个信息通道，调制到不同的光载波上，然后通过波分复用器将这些光信号合成一个光信号，经光纤信道传输。
波分复用解调，采用光纤法布里—珀罗滤波器或者采用相干检测技术，首先把各个光载波分离和重现出来，然后用带通滤波器和各信道的频率选择器把基带信号分离和重现出来。
当通信信道间距变得和比特率接近时（密集的FDM），就必须使用相干检测技术，而信道间间距较大时（>100GHz），可以采用直接检测技术。
通信系统的设计不同，每个波长之间的间隔宽度也有不同。
按照通道间隔的不同，WDM可以细分为CWDM和DWDM。
CWDM的信道间隔为20nm，而DWDM 的信道间隔从0.2nm 到1.2nm。
波分复用技术，通常有3种复用方式，即1 310 nm和1 550 nm波长的波分复用、稀疏波分复用(CWDM)和密集波分复用(DWDM)。
石英光纤有两个低损耗窗口，即1310 nm与1550 nm，但由于目前尚无工作于1310 nm窗口的实用化放大器，所以WDM系统的工作波长区为1530～1565 nm。
波分复用系统的基本原理
一、波分复用系统的基本原理所谓波分复用（WDM），就是采用波分复用器（合波器）在发送端将规定波长的信号光载波合并起来，并送入一根光纤中传输；在接收侧，在由另一个波分复用器（分波器）将这些不同信号的光载波分开。
由于不同波长的光载波信号可以看作相互独立（不考虑光纤非线性时），从而在一根光纤中可实现多路光信号的复用传输。
不同类型的光波分复用器，可以复用的波长数也不同，目前商用化的一般是8个波长、16个波长和32个波长的系统。
波分复用系统的原理如图1-1所示。
图1-1 波分复用系统原理在80年代初光纤通信兴起时,首先被采用的是1310nm/1550nm的两个波长复用系统(即在光纤的两个低损耗窗口1310nm和1550nm各传送一路光波长信号),也叫粗波分复用系统。
这种系统比较简单，一般采用熔融的波分复用器，插入损耗小，在每个中继站，两个波长都进行解复用和光/电/光再生中继。
随着1550nm窗口EDFA的商用化，光传输工程可以利用EDFA对传送的光信号进行放大，实现超长距离无电再生中继传输，在1550nm窗口传送多个波长信号，这些信号相邻波长间隔较窄，且工作在一个共享的EDFA工作带宽内，这种波长间隔紧密的WDM系统称为密集型波分复用系统（DWDM）。
其频谱分布如图1-2所示。
ITU-T G.692建议，DWDM系统的绝对参考频率为193.1THz（对应波长1552.52nm），不同波长的频率间隔为100GHz的整数倍（对应波长间隔约为0.8.nm的整数倍）。
由于密集波分复用系统的波长间隔较小，必须采用高分辨率的波分复用器件，熔融的波分复用器一达不到要求。
不加特别说明，波分复用系统通常指DWDM系统。
λ1λ2λ3λ4 λ5λ6λ7λ8 波长图1-2 DWDM系统的频谱分布（一）DWDM的工作方式双纤单向传输：一根光纤只完成一个方向信号的传输，反向光信号的传输由另一根光纤来完成，统一波长在两个方向上可以重复利用（如图1-3所示）。
光纤通信系统-第7章 光波分复用系统
第7章光波分复用系统采用时分复用方式是传统数字通信提高传输效率、降低传输成本的有效措施。
无论是PDH系列的34Mbit/s、140Mbit/s、565Mbit/s系统的还是SDH系列的155Mbit/s、622Mbit/s、2488Gbit/s、9952Mbit/s系统都是按照这一原则进行。
但是随着现代电信网对传输容量要求的急剧提高，利用时分复用方式已经日益接近硅和砷化镓半导体技术的极限。
并且传输设备的价格也很高。
随着传输频率的提高，光纤色散的影响也越加严重。
而另一方面光纤的光谱范围尚未得到充分开发。
因而系统进一步扩容的唯一出路就是把电时分复用转到光波分复用上来，即从光域上用波分复用方式来提高传输速率。
本章主要介绍光波分复用技术的基本原理。
7.1 光波分复用的基本概念7.1.1光波分复用的基本概念光波分复用（WDM，Wavelength Division Multiplexing）技术是在一根光纤上能同时传送多波长光信号的一项技术。
它是在发送端将不同波长的光信号组合起来（复用），并耦合到光缆线路上的同一根光纤中进行传输，在接收端又将组合波长的光信号分开（解复用）并作进一步处理，恢复出原信号送入不同的终端。
因此，此项技术称为光波长分割复用，简称光波分复用（WDM）技术。
要能在一根光纤上同时传输多个波长信号，那么光纤必须要由足够的带宽资源。
目前单模光纤的适用工作区有两个，即1310nm和1550nm波长段两个低损耗区域。
单模光纤的带宽资源如图7.1所示。
由图可见，1310nm波长段，其低损耗区大约从1260～1360nm，共100nm。
1550nm波长段，其低损耗区从1480nm～1580nm，共100nm。
因此，两个工作波长段一共约有200nm 低损耗区可用，这相当于30000GHz的频带宽度。
但在目前的实际光纤通信系统中由于光纤色散和调制速率的限制，其通信速率被限制在10Gbit/s或以下，所以单模光纤尚有绝大部分的带宽资源有待开发。
知识点波分复用的概念课件.
Last Modified: 2004兺06懍14粧 10:13 湰屃
•降低器件的超高速要求：随着传输速率的不断提高， 许多光电器件的响应速度已明显不足，使用WDM技术 可降低对一些器件在性能上的极高要求，同时又可实 现大容量传输。
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2.5.2 波分复用的原理
• WDM基本原理是在发送端利用合波器将不同波长的光信号组合起来（复 用），并耦合到光缆线路上的同一根光纤中进行传输，在接收端利用分波器 又将组合波长的光信号分开（解复用），并做进一步处理，恢复出原信号后 送入不同的终端，见图2-26。
2.5.1 什么叫波分复用
•可以充分利用光纤的传输带宽：光纤的低损耗波段 具有巨大的带宽资源，WDM技术使一根光纤的传输容 量比单波长传输增加几倍至几十倍甚至几百倍，从而 增加光纤的传输容量。
波分复 用优点
•节省线路投资：采用WDM技术可使N个波长复用起来 在单根光纤中传输，也可实现单根光纤双向传输，在 长途大容量传输时可以节约大量光纤。
2-11-10-2-2 知识点波分复用的概念课件
2.5 波分复用技术
• • • • 复用技术有哪些？ 分什么出现波分复用？ 现有光纤通信传输速率是多少？ 光纤的传输容量的潜力是多少？
探 讨
2.5.• 所谓波分复用（Wavelength Division Multiplexing, WDM ）就是让不同 波长的光信号同在一根光纤上传输而互不干扰。在接收端转换成电信号 时，可以独立地保持每一个不同波长的光源所传送的信息。
•通常将光信 道间隔较大的 （甚至在光纤 不同窗口上） 的复用称为 WDM，再把在 同一窗口内信 道间隔较小的 复用称为密集 波DWDM。当相 邻光载波的间 隔小到0.1nm （10GHz）以 下时，此时的 复用称为光频 分复用。
波分复用器
CWDM系统的优点
CWDM的最重要的优点是设备成本低。具体情况前面已经介绍过了。
DWDM技术是利用单模光纤的带宽以及低损耗的特性，采用多个波长作为载波，允许各载波信道在光纤内同时 传输。
与通用的单信道系统相比，密集 WDM （DWDM）不仅极大地提高了络系统的通信容量，充分利用了光纤的带 宽，而且它具有扩容简单和性能可靠等诸多优点，特别是它可以直接接入多种业务更使得它的应用前景十分光明。
由于CWDM系统的波长间隔宽，对激光器的技术指标要求较低。由于波长间隔达到20nm，所以系统的最大波长 偏移可达－6.5℃～+6.5℃，激光器的发射波长精度可放宽到±3nm，而且在工作温度范围（－5℃～70℃）内， 温度变化导致的波长漂移仍然在容许范围内，激光器无需温度控制机制，所以激光器的结构大大简化，成品率提 高。
波分复用器
将不同波长光信号分开的器械
01 种类
03 参数
目录
02 特点
WDM是将一系列载有信息、但波长不同的光信号合成一束，沿着单根光纤传输；在接收端再用某种方法，将 各个不同波长的光信号分开的通信技术。波分复用器采用的就是这个技术。
种类
Байду номын сангаас
CWDM
WDM
简述波分复用器的工作原理
简述波分复用器的工作原理
波分复用器（Wavelength Division Multiplexer，WDM）是一种光学器件，能够将不同波长的光信号通过同一光纤传输。
工作原理如下：
1.光源：传输信号的光波长通过单模光纤连接到波分复用器。
2.合并：波分复用器将多个纤芯中的信号合并，通过一个纤芯输出信号。
3.分离：下一级设备将派生的信号分离物理通道上的每个波长信号分离出来。
4.放大：适量放大每个波长的光信号，确保光信号准确地传输到目标设备。
WDM的优点是不仅提高了传输效率，还节省了光纤资源。
同时，在保持光纤宽带的同时提高了信号质量，在长距离传输方面非常有优势。
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1. 什么是波分复用(WDM)技术？ 为什么要使用WDM技术？
2. WDM系统中使用的无源器件
-波长选择器 -波分复用器 -波长路由器
WDM的工作原理
在1300~1600 nm光谱范围内，以一定的间隔隔开的多个波长 可以在同一根光纤中独立传播
100 GHz
WDM 40 Gb/s PSK
相位掩模板
紫外掩模写入法
nz n1nmcos2z
+1级
-1级
包层 芯层
光纤光栅的应用
光纤光栅(Fiber Grating)是一种非常有吸引力的全 光纤器件， 其用途非常广泛，可用作光滤波器、光分 插复用器、色散补偿器、传感器等。对于全光纤器件， 其主要优点有：插入损耗低，易于与光纤耦合，对偏 振不敏感，温度系数低，封装简单，成本也较低。
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波面（ s ）
布拉格条件
布拉格衍射
l ll n d s i n i s i n d m 2 n s s i n i衍射光最强
此时，衍射光是不对称，只有正一级或负一级，衍射效率高
l2 … ln
光纤光栅
l1 l1 l1 l1 l1 l1 l1
l1 l2 … ln
λ1
光纤光栅对共振波长全反射的条件是反射光 栅周期足够的多，也就是是说光栅部分足够 的长，如果光栅不够长则反射率低于100%
啁啾光纤光栅用于色散补偿 lB 2n
光纤光栅在传感中的运用
lB 2n
阵列波导光栅
• 阵列波导光栅是光通信骨干网 最核心的器件之一。要了解它 是什么，怎么产生的，我们可 以将它作为一个工程案例分析
• 注意整个思考过程，请跟着我 一起思考！
波分复用
• 波分复用器件是光通信应用里非常重要的 一类器件。基于波分复用的光通信，一个 波长相当于一个IP，不同波长携带不同的信 息，波分复用器件就是将多个波长的光耦 合到一根光纤内进行传输，并可以在传输 终端将多个波长信号分开，到目标客户端 分别输出。
• 请利用已有的光学知识，思考可以实现波 分复用的器件都有哪些？
波分复用器
• 我们分析这个问题，还原到最本质的应用 目标，就是实现一个光学系统，能够把不 同波长的光分开，或和在一起。回忆光学 的知识，能将光按波长分开的光学原理都 有哪些呢？
棱镜、光学薄膜、光栅。。。。许多元件都 能实现这个目的，但最理想的又是什么呢？
光纤激光器的光纤光栅谐振腔
足够长，接近 100%反射率
较短，部分反 射，部分透射
类比如图光纤激光器的结构，请猜测 光纤放大器的构成形式
光纤激光器 光纤放大器
啁啾光纤光栅用于光通信色散补偿
• 不同波长在光纤里具有不同折射率，因此 具有不同传播速度
思考：在光纤里长波和短 波那个传的快？
短波长折射率更大，由此思 考在光纤中长波和短波那个 传的更快？
透射式/反射式光栅
θd
透射式光栅
θi
θd
反射式光栅
θi
思考：如何由光栅方程推导光纤光栅的共 振条件
l2 … ln
l1 l1 l1 l1 l1 l1 l1
Байду номын сангаас
l1 l2 … ln
λ1
l 光 栅 方 程 ： n d s in i s ind m
是否曾经讲过类似 的Bragg共振？
n sin 9 0 sin 9 0 l1
据 速率可以不同，调制格式可以不同，可以是模拟或数字信
3号. 可以用于构造波长路由光网络 光网络交换节点除了可以执行时间和空间两个维度的交换之 外还可以利用波长进行交换，多维的交换让光网络具有更高 的灵活性
WDM, CWDM and DWDM
• WDM 技术是将多个波长复用到一根光纤里传 输
• 粗波分复用 (CWDM) 只复用的波长间隔较宽 （20 nm) – 低成本WDM
光纤光栅——波长滤波器
FBG的发现与发展
光纤布拉格光栅（简称FBG）是在 单模光纤的纤芯内通过某种方式 对其折射率产生周期性的调制而 形成的一种全光纤器件 (如右图 所示)。
1978年，加拿大Hill 等人使用如左图 所示的实验装置将488nm的氩离子激光 注入到掺锗光纤中，首次观察到入射 光与反射光在光纤纤芯内形成的干涉 条纹场而导致的纤芯折射率沿光纤轴 向的周期性调制，从而发现了光纤的 光敏特性，并制成了世界上第一个光 纤布拉格光栅。
光滤波器 (a)
l1
llll1234
波分复用器 (b)
l1,l2,l3,l4
l11,l21,l31,l14 l21,l22,l32,l42
波长路由器 (c)
l12,l21,l31,l24 l11,l22,l32,l14
(a) 单纯的滤波应用； (b) 波分复用器中应用； (c) 波长路由器中应用
思考：可以用于波长滤波器的结构
• 密集波分复用 (DWDM) 有较小的波长间隔 (0.8 nm) ，一般超过 16个波长复用 – 高容量 复用技术
关注的问题
1. 什么波分复用(WDM)技术？ 为什么要使用WDM技术？
2. WDM系统中使用的无源器件
-波长选择器 -波分复用器 -波长路由器
波长选择系统的工作类型
l1,l2,l3,l4 l2,l3,l4
l1 2n
布拉格（Bragg）共振条件
满足共振条件时，如果光栅足够厚，对共振波长将接近100%的能量被反射
布拉格声光衍射 当声波频率较高，声光作用长度较长，光线与超声
波波面有一定角度斜入射，会产生布拉格声光衍射
入射波 （）
O
AB
i
B
布拉格衍射波 （ + s ）
如不满足共振条件 则
声波(Sonic wave)
例： 这两个低损耗波长 窗口可以容纳 290 个40-Gb/s 信号
波分复用系统
波分复用器
100 GHz间隔的WDM信道频谱
WDM系统的优点
1. 系统容量可以很容易升级 如果每个波长可以承载40 Gb/s的信息，那么一根光纤若同时 传输100个波长就能实现4 Tb/s的传输
2. 可以保持数据的透明性 所有信道都能独立地携带信息，它们之间可以不同步，数
光纤光栅的类型 光栅周期 影响什么？
• 均匀周期光栅 • 非均匀周期光栅（啁啾光栅）
lB 2n
光纤光栅的制作
• 光纤芯层里由于含有少量锗（Ge）元素， 因此对紫外光非常敏感
• 当以折射率周期性分布的紫外光照射光纤 时，光纤芯层折射率将也呈现这种周期性 分布
紫外掩模写入法： 1. 用两束紫外光照射光纤并发生干涉 2. 掺锗的高光敏纤芯在光强部分折射率增加 3. 光栅永久写入光纤