波分复用器 Wavelength Division Multiplexing WDM
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。
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光波分复用器实验报告：WDM光波分复用器（13）一、实验目的：1.了解WDM光波分复用器的原理和工作方式；2.学习WDM光波分复用器的搭建方法及调试过程；3.掌握WDM光波分复用器的性能测试方法和参数分析。
二、实验设备：1.光信号发生器；2.WDM光波分复用器；3.光功率计；4.光接收器。
三、实验原理：WDM（Wavelength Division Multiplexing, 波分复用）技术是一种将多个不同波长的光信号复用在一个光纤上的技术。
WDM光波分复用器是用于实现WDM技术的关键设备之一、它能够将多个不同波长的光信号通过一个光纤传输，并在接收端将其分离出来。
WDM光波分复用器一般由光栅、耦合器、偏振分束器等光学元件组成。
当多个光信号输入到WDM光波分复用器时，光信号首先被光栅进行分光处理，然后通过耦合器和偏振分束器进行耦合和分束。
最后，不同波长的光信号分别被传输到不同的目的地。
四、实验步骤：1.连接实验设备：将光信号发生器与WDM光波分复用器的输入端连接，将光功率计与WDM光波分复用器的输出端连接，将光接收器与光功率计连接。
2.设置光信号发生器：根据实验要求设置光信号发生器的波长、功率等参数。
3.调试WDM光波分复用器：调节WDM光波分复用器的输入端和输出端的光纤连接，确保光信号能够正确传输。
4.测试光功率：使用光功率计测量WDM光波分复用器的输出端的光功率，并记录数据。
五、实验结果分析：根据实验数据，我们可以得到WDM光波分复用器的输出端的光功率以及不同波长的光信号之间的光功率差。
通过对比不同波长的光信号的光功率，我们可以判断WDM光波分复用器的性能是否良好。
六、实验总结：本次实验通过搭建和调试WDM光波分复用器，学习了WDM光波分复用器的原理和工作方式，掌握了WDM光波分复用器的性能测试方法和参数分析。
光波分复用的基本原理
光波分复用的基本原理光波分复用（Wavelength Division Multiplexing，WDM）是利用多个不同波长的光信号在一根光纤中传输的技术。
它是一种高效、高速的光通信方式，可以提高光纤通信的容量和速度。
WDM技术是通过将多个信号分别调制成不同波长的光信号，然后将这些光信号合并在一根光纤中传输，最后再将这些信号通过波分复用器（WDM器）进行分离，达到同时传输多个信号的目的。
本文将详细介绍WDM的基本原理及其应用。
一、WDM的原理WDM的基本原理是利用不同波长的光信号在一根光纤中传输，这些光信号可以同时传输，并且不会相互干扰。
WDM具体实现过程可以分为三个步骤：波长选择、光信号的多路复用、光信号的分路解复用。
1.波长选择在WDM中，每个光通道都有一个不同的波长，因此需要选择合适的波长区间。
一般来说，波长区间可以是常见的几个光纤谱段，例如1320~1360nm、1460~1625nm，或者是更小的波长间隔，如0.4nm、0.8nm或1.6nm。
2.光信号的多路复用当多个不同波长的光信号传递到一个单一光纤中时，它们会相互影响并干扰对方。
因此必须将它们在合适的位置上合并成单一的光束，这个过程称为多路复用。
在多路复用的过程中，需要用到一系列光学器件，例如：波分复用器（WDM器）、光衰减器、滤波器、耦合器、放大器、修补器、反射器等。
3.光信号的分路解复用在传输结束后，需要将合成的光信号恢复成原始的多个信号，这个过程称为分路解复用。
分路解复用的关键是在合适的位置上使用波分复用器（WDM器），将多个信号根据波长进行区分并进行分离。
分离后，可以通过调制解码等方法将信号恢复成原始数据。
二、WDM的应用WDM技术在光通信领域中的应用广泛，以下列出几个主要应用：1. 宽带网宽带网是一种将多种网络服务集成在一起的网络。
WDM技术可以在该网络中提供高达10Gbps的带宽，满足不同用户对网络传输速率、稳定性等方面的需求。
波分复用／解复用 知多少
波分复用/解复用器知多少？随着数据业务的飞速发展，现代生活对传输网的带宽需求越来越高，而光纤资源已经固定且再次铺设费用昂贵，这就需要设备制造商提供有保障、低成本的解决方案。
鉴于城域网具有一定的传输距离、较多的业务种类等许多不同于骨干网的特点，波分复用(WDM，Wavelength Division Multiplexing)技术就十分适用于光纤扩容。
什么是光波分复用技术？在同一根光纤中同时让两个或两个以上的光波长信号通过不同光信道各自传输信息，称为光波分复用技术，简称WDM。
光波分复用包括频分复用和波分复用。
光频分复用（FDM）技术和光波分复用（WDM）技术无明显区别，因为光波是电磁波的一部分，光的频率与波长具有单一对应关系。
通常也可以这样理解，光频分复用指光频率的细分,光信道非常密集。
光波分复用指光频率的粗分，光信道相隔较远，甚至处于光纤不同窗口。
什么是波分复用/解复用器？我们知道波分复用(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。
波分复用/解复用器的工作原理是什么？在FDM系统中，波分复用器用于发射端将多个波长的信号复合在一起并注入传输光纤中，而波分解复用器则用于在接收端将多路复用的光信号按波长分开分别送到不同的接收器上，波分复用/解复用器可以分成两大类，即有源（主动）和无源（被动）型，我们这里只介绍被动型的器件，它按照工作原理可以分成三类，最简单的一种波分复用器是基于角度散射元件，例如棱镜和衍射光栅，另外两种波分复用器为光滤波器和波分复用定向耦合器。
从原理上讲，一个波分解复用器反射过来用即为波分复用器，但应该注意的是在FDM系统中对它们的要求不一样，波分解复用器严格要求波长的选择性，而复用器不一定要求波长选择性，因为它的作用只是将多路信号复合在一起。
WDM技术介绍
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分类： WDM DWDM(密集波分复用系统)
CWDM (粗波分复用系统)
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WDM定义－光波分复用
l1 l2 lN
l1
l1
l2
l2
lN 光复用器
光纤放大器
lN 光解复用器
WDM—将携带不同信息的多个光载波复合到一根光纤中进行传输
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DWDM在传输网中的定位
IP
ATM SDH
SDH ATM
IP
其它
Open Optical Interface
DDWWDDMM
光纤物理层
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光监控道 发送器
光监控信道 接收/发送
光监控道 接收器
网络管理 系统
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DWDM网元基本类型
客户侧
λ1 λn
λ1 λn
OTM
线路侧
线路侧
OLA
线路侧
OADM
线路侧
线路侧
客户侧 λ1 λn λ1 λn
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波分复用器原理
波分复用器原理波分复用 (Wavelength Division Multiplexing，WDM) 是一种光传输方式，它可以将多个光信号在同一根光纤中传输，从而提高光纤的利用率。
波分复用器可以实现波分复用技术。
接下来我们将对波分复用器的原理进行介绍。
一、波分复用器的基本概念波分复用器是一种光学器件，可以将多个信号的不同波长分别定向传输，通过光波分离和光波合成实现多信号的同时传输。
波分复用器的特点是在同一根光纤中可以传输多个信号，从而提高光纤的利用率。
二、波分复用器的结构波分复用器通常由分波器、合波器和滤波器三个主要部分组成。
1. 分波器：分波器可以将多路信号分离成不同波长的信号，并将每路信号导入不同通道，实现波长的复用。
2. 合波器：合波器则将不同波长的信号从各个通道中合成为一个信号，并将其输出。
3. 滤波器：滤波器可以滤掉非目标波长的光信号，使目标波长的信号通过。
三、波分复用器的工作原理波分复用器的工作原理可以分为两个步骤：波长分离和波长合成。
1. 波长分离：首先，波分复用器将传输过来的多路信号通过分波器分离成不同波长的光信号，然后导入不同的通道中，在光纤中互不干扰地传输。
2. 波长合成：在接收端，波分复用器将各个通道中的信号通过合波器合成为一个信号，然后输出。
在这个过程中，滤波器可以滤掉非目标波长的光信号，使目标波长的信号通过。
四、波分复用器的应用波分复用技术广泛应用于光传输领域。
主要应用于长距离通信、光纤传感、光纤放大器、光波谱分析仪等领域。
同时，波分复用技术也是未来光纤通信网络发展的一个重要方向。
综上所述，波分复用器是一种光学器件，主要由分波器、合波器和滤波器三个部分组成。
波分复用器的工作原理是通过波长分离和波长合成实现多路信号的同时传输。
波分复用技术被广泛应用于光传输领域。
wdm
DWDM能够在同一根光纤中，把不同的波长同时进行组合和传输。为了保证有效，一根光纤转换为多个虚拟光 纤。所以，如果你打算复用8个光纤载波（OC），即一根光纤中传输8路信号，这样传输容量就将从2.5 Gb/s提高 到20 Gb/s。由于采用了DWDM技术，单根光纤可以传输的数据流量最大达到40Gb/s。随着厂商在每根光纤中加入 更多信道，每秒兆兆位的传输速度指日可待。
WDM服务使实现一个用于Windows NT和Windows 95快速反应的模型成为可能。WDM提供了多个执行优先级包 括核心态和非核心态线程、IRQ级别、和被延缓的程序调用（DPC）。所有的WDM类和微型驱动程序都作为核心态 （第0层）的特权级线程（不会被CPU调度程序中断）执行。32个IRQ级可以被用于区分硬件中断服务的优先级。 对于每个中断，DPC被排入队列等到被启用中断的IRQ服务例程完成后再执行。DPCs通过有效的减少中断被禁止的 时间，使系统对中断的响应获得了很大的提高。对于使用多处理器的基于x86的PC系统，在Windows NT下对中断 的支持是以Intel的多处理器规范1.4版本为基础的。
WDM的关键目标是通过提供一种灵活的方式来简驱动程序的开发，使在实现对新硬件支持的基础上减少并 降低所必须开发的驱动程序的数量和复杂性。WDM还必须为即插即用和设备的电源管理提供一个通用的框架结构。 WDM是实现对新型设备的简便支持和方便使用的关键组件。
为了实现这些目标，WDM只能以Windows NT I/O子系统提供的一组通用服务为基础。WDM改进了由一组核心 扩展构成的功能实现对即插即用、设备电源管理、和快速反应I/O流的支持。除了通用的平台服务和扩展外，WDM 还实现了一个模块化的、分层次类型的微型驱动程序结构。类型驱动程序实现了支持通用总线、协议、或设备类 所需的功能性接口。类驱动程序的一般特性是为逻辑设备的命令设置、协议、和代码重用所需的总线接口实现标 准化提供必要的条件。WDM对标准类接口的支持减少了Windows 95和Windows NT所需的设备驱动程序的数量和复 杂性。
光纤波分复用980
光纤波分复用980
光纤波分复用（Wavelength Division Multiplexing，简称WDM）是一种光通信技术，通过在光纤中传输多个不同波长的光信号，实现多路复用。
其中，980nm波长是一种常用的波长之一。
980nm波长通常用于光纤放大器的泵浦光源，例如光纤光放大器（EDFA）和拉曼光纤放大器（Raman Amplifier）。
光纤波分复用980技术可以同时传输多个不同波长的光信号，其中包括使用980nm波长的泵浦光源。
光纤波分复用980技术的优点包括高带宽、低损耗、抗干扰能力强等。
它可以提高光纤传输的容量和效率，满足大容量、高速率的通信需求。
同时，使用980nm波长的光纤波分复用技术还可以实现光放大和光信号传输的一体化，简化系统结构，降低成本。
光纤波分复用980技术是一种基于980nm波长的光通信技术，通过多路复用不同波长的光信号，提高光纤传输的容量和效率。
它在光纤放大器等领域有着广泛的应用。
WDM(WavelengthDivisionMultiplexing波分复用)介绍
WDM（Wavelength Division Multiplexing，波分复用）是利用多个激光器在单条光纤上同时发送多束不同波长激光的技术。
每一个信号通过数据（文本、语音、视频等）调制后都在它特有的色带内传输。
WDM能使公司和其他运营商的现有光纤基础设施容量大增。
制造商已推出了WDM系统，也叫DWDM（密集波分复用）系统。
DWDM能够支持150多束不同波长的光波同时传输，每束光波最高达到10Gb/s的数据传输率。
这种系统能在一条比头发丝还细的光缆上提供超过1Tb/s的数据传输率密集波分复用器(DWDM)是密集波分复用(DWDM)系统中一种重要的无源光纤器件。
由密集波分复用器组成的合波和分波部份是系统的大体组成之一，它直接决定了系统的容量、复用波长稳固性、插入损耗大小等性能参数的好坏。
密集波分复用器还能够衍生为其它多种适用于DWDM的重要功能器件，如波长路由器——用于宽带效劳和波长选址的点对点效劳的全光通信网络；上路/下路器——用于指定波长的上/下路；梳状滤波器——用于多波长光源的产生和光谱的测量；波长选择性开关——不同波长信号的路由等，因此关于密集波分复用器的研究和制作具有重要的理论意义和良好的市场前景。
密集波分复用器的核心是窄带光滤波技术。
目前常见的光通信用滤波器要紧有以下几种：介质膜滤光片、光纤光栅、阵列波导光栅、M-Z干与仪和F-P标准具等。
DWDM（密集波分复用）无疑是现今光纤应用领域的首选技术，但其昂贵的价钱令很多手头不够宽裕的运营商很是迟疑。
有无或能以较低的本钱享用波分复用技术呢？面对这一需求，CWDM（稀疏波分复用）应运而生。
CWDM（稀疏波分复用）稀疏波分复用，顾名思义，是密集波分复用的近亲，它们的区别要紧有二点：一、CWDM载波通道间距较宽，因此，同一根光纤上只能复用5到6个左右波长的光波，“稀疏”与“密集”称号的不同就由此而来；二、CWDM 调制激光荣用非冷却激光，而DWDM采用的是冷却激光。
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％。
wdm波长范围
wdm波长范围摘要：一、引言二、wdm 技术的背景和基本原理三、wdm 波长范围的定义和分类四、wdm 波长范围的选择和应用五、wdm 技术在我国的发展现状及前景正文：wdm（Wavelength Division Multiplexing，波分复用）技术是一种光纤通信技术，通过将不同波长的光信号在同一光纤上传输，从而提高光纤的传输容量和传输速率。
wdm 技术已经成为光纤通信领域的重要技术之一，广泛应用于各种光纤通信网络中。
wdm 波长范围是指在wdm 技术中可以使用的波长范围。
根据国际标准，wdm 波长范围通常分为C、L、U 三个区域，其中C 区波长范围为1260-1360 nm，L 区波长范围为1530-1565 nm，U 区波长范围为1870-2000 nm。
此外，还有一些特殊的波长范围，如O 波段（1260-1360 nm）和C+L 波段（1530-1565 nm）。
wdm 波长范围的选择主要取决于所需传输容量、传输距离、光纤类型和光源类型等因素。
在实际应用中，通常会选择多个波长进行复用，以实现更高的传输容量和传输速率。
例如，DWDM（Dense Wavelength Division Multiplexing，密集波分复用）技术可以在同一光纤上传输100 多个波长，从而实现Tb/s 级别的传输速率。
近年来，wdm 技术在我国得到了快速发展，已经在长途光纤通信网络、城域光纤通信网络和数据中心等领域得到广泛应用。
我国光纤通信网络的规模和容量也在不断壮大，为wdm 技术的进一步发展和应用提供了广阔的市场空间。
总之，wdm 波长范围是wdm 技术中的一个重要概念，其选择和应用直接影响到光纤通信网络的传输容量和传输速率。
波分复用_WDM
7.2.2 WDM系统的基本结构
• • • •
用掺铒光纤放大器(EDFA)对光信号进行中继放大。 在应用时可根据具体情况， 将EDFA用作“线放(LA： Line Amplifier)”, “功放 (BA)”和“前放(PA： Preamplifier)”。 在WDM系统中，对EDFA必须采用增益平坦技术，使得EDFA对不同波长的光信号具 有接近相同的放大增益。与此同时，还要考虑到不同数量的光信道同时工作的各种 情况，保证光信道的增益竞争不影响传输性能。 在接收端，光前臵放大器(PA)放大经传输而衰减的主信道光信号，分波器从主信道 光信号中分出特定波长的光信号。 接收机不但要满足一般接收机对光信号灵敏度、 过载功率等参数的要求，还要能承受有一定光噪声的信号，要有足够的电带宽。
7.2 光波分复用技术
7.2.1 光波分复用原理 7.2.2 WDM系统的基本结构 7.2.3 WDM技术的主要特点 7.2.4 光滤波器与光波分复用器
7.2.1 光波分复用原理
1. WDM的概念 2. WDM系统的基本形式 3. 光波分复用器的性能参数
1. WDM的概念
•
1. WDM的概念 光波分复用(WDM： Wavelength Division Multiplexing)技术是在一根光纤中同时 传输多个波长光信号的一项技术。 光波分复用（WDM）的基本原理是：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，恢复出原信号后送入不同的终端，因此将此项技 术称为光波长分割复用， 简称光波分复用技术。光纤通信复用技术主要分为：光 波复用和光信号复用两大类。
7.2.4 光滤波器与光波分复用器
Wavelength-Division-Multiplexing Devices
Wavelength-Division-Multiplexing Devices in Thin SOI:Advances and ProspectsKatsunari Okamoto,Fellow,IEEE(Invited Paper)Abstract—Silicon photonics wavelength-division-multiplexing filters are important building blocks in>100G transceivers and near future on-chip communications between many cores.This paper deals with four kinds of wavelength-division-multiplexing filters:they are,ring resonators,lattice-formfilters,arrayed-waveguide gratings and planar Echelle gratings.Progress and tech-nical challenges for thesefilter devices will be described.Index Terms—Integrated optics,silicon photonics,wavelength filters.I.I NTRODUCTIONS ILICON photonics based on silicon-on-insulator(SOI) technology is a promising technology to meet the re-quirements of rapid bandwidth growth and energy-efficient communications,while reducing cost per bit[1].One of the most prominent advantages of photonics interconnection over metallic interconnects is higher bandwidth and signal routing functionality using wavelength division multiplexing(WDM) technology.There are mainly four kinds of devices capable of multi/demultiplexing tens of WDM signals;they are,ring resonators(RRs)[2],lattice-formfilters(LFs)[3],arrayed-waveguide gratings(AWGs)[4]and planar Echelle gratings (PEGs)[5].The former two are cascaded devices relying on temporal multi-beam interference effect and the latter two utilize spatial multi-beam interference effect.In order to achieve good crosstalk characteristics in the temporal and spatial multi-beam interference effects,uniformity of effective index n c(=β/k), whereβand k denote propagation constant and wave number, is critically important.Filter characteristics of four kinds of de-vices will be investigated and performance limitations of silicon photonicsfilters are discussed.In the latter part of the paper,ultra-compact silicon reflec-tive AWG(R-AWG)will be described.R-AWG enables us to achieve the smallest possible footprint when compared with the conventional transmission-type AWG(T-AWG)having the same AWG parameters.The size reduction of AWG contributes to minimize the total accumulated phase error and lead to lower the crosstalk of silicon AWGs.Manuscript received September24,2013;revised October30,2013;accepted November14,2013.The author is with the AiDi Corporation,Ibaraki305-0032,Japan(e-mail: katsu.okamoto@).Color versions of one or more of thefigures in this paper are available online at .Digital Object Identifier10.1109/JSTQE.2013.2291623Fig.1.Ring resonator(RR).ttice-formfilter(LF).Fig.3.Arrayed-waveguide grating(AWG).II.B ASIC C ONFIGURATION OF WDM F ILTERSBasic configuration of the four kind of WDMfilters are shownin Figs.1–4.Coupled-resonator optical waveguide(CROW)[2]in Fig.1is intended to enlarge passband width of RRs.Freespectral range(FSR)of RR is given by FSR RR=c/(N c·L), where c is the light velocity in vacuum,L is a perimeter ofthe ring resonator and N c(=n c–λ·dn c/dλ)denotes groupindex of the waveguide.n c is an effective index of the wave-guide andκ0andκare amplitude coupling coefficients of thedirectional couplers.The perimeter L is normally given byL=2πR,where R is a radius of the RR.The minimum ra-dius of the bent waveguide in silica-based planar lightwave1077-260X©2013IEEE.Personal use is permitted,but republication/redistribution requires IEEE permission.See /publications standards/publications/rights/index.html for more information.Fig.4.Planar Echelle grating(PEG).circuit(PLC)is typically R Silica=2mm.Then,FSR ofthe silica-based RR becomes FSR RR(Silica)=16GHz,where N c=1.46has been used.FSR of InP-based RR isFSR RR(InP)=27GHz,where R InP=500μm and N c=3.55are used.It is clear that the silica-based RR and InP-based RR are not practical devices because their FSRs areextremely narrow.On the other hand,the minimum bendingradius in SOI-based waveguide can be as small as R SOI=3–5μm[6].FSR of the SOI-based RR becomes FSR RR(SOI)=3980GHz,where R SOI=3μm and N c=4.0have been used.It is known that only SOI-based RR is the practical device forWDMfilters.RR can(de-)multiplex only one spectral compo-nent among N ch signals.Then N ch RRs should be concatenatedin order to(de-)multiplex N ch channels.LF consists of cascaded asymmetrical Mach–Zehnder inter-ferometers(AMZIs)as shown in Fig.2.FSR of LF is ex-pressed as FSR LF=c/(N c·ΔL),whereΔL is the minimum path length difference in the cascaded AMZIs.c1to c4arepower coupling coefficients in the directional couplers.Cas-caded AMZI configuration enables us to achieve broadenedpassband width.Odd channels(λ1,λ3,...,λN ch−1)and evenchannels(λ2,λ4,...,λN ch)are separated by the single LF.Inorder to completely separate N ch(=2K)channels,K-stage LFsshould be concatenated.Path length difference in the k th(k=1−K)stage LF is given byΔL k=ΔL/2k−1.Silica-based AWGs and PLCs are widely utilized in the cur-rent WDM,time division multiplexing(TDM)systems andfiber-to-the-home(FTTH)access networks.The most promi-nent feature of the silica PLCs is their well controlled wave-guide core geometries and refractive-index uniformities.Thisallows us to fabricate multi-beam or multi-stage interferencedevices such as AWGs and LFs.FSR of AWG is expressed asFSR AWG=c/(N c·ΔL),whereΔL is the path length difference between adjacent array waveguides.ΔL can be made arbitrar-ily small(<1μm[7])and large(>10mm[8])by the layout design.The corresponding channel spacing of AWGs are S ch= 37.5nm atλ0=0.51μm and S ch=0.08nm(1.0GHz)at λ0=1.55μm,respectively.InP-based AWGs are also quite successful in commercial applications[9].PEG consists of slab region and reflection facets as shownin Fig.4.Different from AWGs,optical phase delay and lightinterference take place in the same region.FSR of PEG is ex-pressed as FSR PEG=c/(N s·ΔL),whereΔL is the path length difference between the two light beams which are reflected by the adjacent reflection facets and N s(=n s–λ·dn s/dλ)denotes group index of the slab.n s is an effective index of theslab.Fig.5.Local effective-index n c(ζ, )along the -th array waveguide. Although good crosstalk characteristics have been reported in PEGs at R&D stage[5],[10],silica-based and InP-based PEGs have not been commercialized.The main reason for it is that crosstalks of the silica and InP AWGs are better than those of PEGs.It will be discussed more in detail in the following section.Center wavelengths of RR,LF,AWG,and PEG are given by λ0(RR)=n c·L/m RR,λ0(LF)=n c·ΔL/m LF,λ0(AWG)= n c·ΔL/m AWG,andλ0(PEG)=n s·ΔL/m PEG,respectively, where m RR,m LF,m AWG,and m PEG are integers.III.C ROSSTALK C HARACTERISTICS OF WDM F ILTERS Accuracy of the channel center frequencies in the commer-cial silica AWGs to the International Telecommunication Union (ITU)specification isΔf∼±2.5GHz(Δλ∼±0.02nm)atλ= 1.55μm region[11].Local effective-indexfluctuationΔn c, which is defined as the effective-index variation from place to place,is expressed byΔn c=n cλ0|Δλ|(1) whereλ0=n c·ΔL/m AWG has been used.Δn c in silica AWG is then obtained asΔn c∼1.8×10−5.Here,Δn c is defined as the half of the peak-to-peak effective-indexfluctuation.On the other hand,an effective-indexfluctuation in silica AWGs have been measured to be aboutδn c∼10−6by using Fourier transform spectroscopy[12].Difference betweenΔn c andδn c is explained as follows.Local effective-index along the -th array waveguide is expressed by n c(ζ, )as shown in Fig.5,whereζis taken along the -th array waveguide.Phase retardation in the -th array waveguide is given byΘ =2πλLn c(ζ, )dζ=2πλn c( )L (2) where L denotes geometrical length of the -th array waveguide and n c( )is defined byn c( )=1LLn c(ζ, )dζ(3)where n c( )is called as the path-averaged effective index which represents the mean value of n c(ζ, )in the -th array wave-guide.Fig.6shows a typical variation of the local effective index n c(ζ, )and its path-averaged effective index n c( ).Deviation of n c( )from n c0is normally quite small(roughly10times smaller)compared to that of n c(ζ, )from n c0,where n c0is a target value which is designed by the theory.Δn c is the half ofOKAMOTO:W A VELENGTH-DIVISION-MULTIPLEXING DEVICES IN THIN SOI:ADV ANCES AND PROSPECTS8200410Fig.6.Variation of the local effective-index n c (ζ, )and path-averaged effective-index n c ( ).Δn c is the half of the peak-to-peak fluctuation in n c (ζ, ).Fig.7.Variation of the path-averaged effective-index n c ( ).δn c is half of the peak-to-peak fluctuation in n c ( ).Fig.8.Demultiplexing properties over three FSRs of 32ch-50GHz spacing silica AWG.the peak-to-peak fluctuation in the local effective index n c (ζ, ).Path-averaged effective index n c ( )also varies from waveguide to waveguide as shown in Fig.7.Here,δn c is the half of the peak-to-peak fluctuation in the path-averaged effective index n c ( ).It is understood that the path-averaged effective-index fluctua-tion δn c is almost 10times smaller than the local effective-index fluctuation Δn c .The relationship between Δn c and δn c holds to other WDM filters.Genelally,accuracy of the center wave-length λ0depends on the local effective-index fluctuation Δn c and the crosstalk of the filter is determined by the path-averaged effective-index fluctuation δn c .Both Δn c and δn c are caused by (a)the refractive index fluctuation in the core and cladding and (b)core size fluctuation in width and thickness.In addi-tion to δn c ,gap width error in directional couplers also brings crosstalk degradation to RRs and LFs.Good crosstalk characteristics are obtained in silica-based AWGs as shown in Fig.8.The relation between the effective-index fluctuation δn c and crosstalk (XT)has been investi-gated theoretically and experimentally [13],[14].Theoretical crosstalk was calculated for various kinds of AWGs by assum-ing random path-averaged effective index fluctuations.Random-ness of the effective index fluctuation,in other words the spatialTABLE IC ROSSTALK C HARACTERISTICS OF LF S ,RR S ,AWG S ,AND PEGSfrequency of the effective index fluctuation,was obtained from the measured data [12].Based on the investigations,the empir-ical expression for the relation between δn c and XT has been obtained asXT AWG ∼10Logδn c L ctrλ0 2(4)where L ctr denotes array waveguide length in the middle wave-guide of the array.The waveguide length of the -th ( =1−N )array is expressed as L =L ctr +(N/2− )ΔL .Then,L ctr is known to be the average of the array waveguide length.It was shown in Ref.[14]that contribution of the thickness variation to δn c in silica AWGs is less than about −45dB and can be neglected for the crosstalk degradation.Based on the investiga-tions on spatial multi-beam interference effects in PEGs,similar expression to Eq.(4)is obtained for the crosstalk of PEGs asXT PEG ∼10Log n s 2δζλ0 2(5)where δζdenotes the position fluctuation in the reflection facet.It is known from (5)that δζshould be about 10nm in order to obtain −35dB crosstalk in silica PEGs (n s ∼1.45).Such a small δζwould be possible in the laboratory experiments by using,for example,a focused ion beam (FIB)machine [5].However,mask resolution in the commercial PLC products is normally about 25–50nm without using stepper.Then,achievable crosstalk level becomes about −25∼−20dB,which is more than 10dB worse compared to silica AWGs [11].This is the reason why commercial PEGs could not achieve sufficient crosstalk value to be used in the commercial WDM systems.Table I summarizes the reported crosstalk characteristics of four kinds of WDM filters.All of the crosstalk values for Si photonics WDM filter in Table I is obtained by the labora-tory experiments.Crosstalk of −30dB was obtained only by 4ch-20nm Si PEG.L ctr of the 4ch-20nm Si PEG is about 290μm [18].Facet position fluctuation δζis estimated to be ∼9nm by using (5),where n s =2.85.Except for 4ch-20nm Si PEG,crosstalk of SOI-based WDM filters are limited to −15∼−25dB.Local effective-index fluctuations in Si-wire waveguides have been evaluated to be about Δn c ∼10−3from the measurements8200410IEEE JOURNAL OF SELECTED TOPICS IN QUANTUM ELECTRONICS,VOL.20,NO.4,JULY/AUGUST2014Fig.9.Effective index n c of the silica-based waveguide with6.0-μm thickness (E11)and its sensitivity to the core width(dn c/dW).on the variation of resonant wavelengths in the RRs[23],[24] and Si AWGs[25].Core side-wall roughness of SOI wave-guide is measured to be aboutσW∼1nm[26]and top silicon thickness roughness is measured to be aboutσT∼1nm[27],respectively.Dependence of the effective index n c to the core width W and thickness T can be calculated by the vectorialfinite element method[14].Fig.9shows n c of silica-based waveguide against W with thickness T=6.0μm and its dependence on the core width dn c/dW.dn c/dW at the typical core width W=6.0μm is5.6×10−4μm−1=5.6×10−7nm−1.Dependence of n c on the core thickness(dn c/dT)is normally equal to dn c/dW be-cause core shape of the silica-based waveguide is square in most cases.Core side-wall roughnessσW and thicknessfluctuation σT of the silica waveguide is difficult to measure because core roughness caused by the reactive ion etching(RIE)is somewhat smoothed out by the high temperature consolidation process for the overcladding.When we assumeσW=σT∼20nm,we obtain local effective-indexfluctuations asΔn c∼1.1×10−5 which agrees with the experimental results.Fig.10(a)and(b)shows n c’s of SOI-based waveguide and their sensitivity to the core width W and thickness T,respec-tively.It is obtained from Fig.10that dn c/dW at the typical core width W=0.5μm is1.33μm−1=1.33×10−3nm−1and dn c/dT at the typical core thickness T=0.22μm is3.44μm−1= 3.44×10−3nm−1.Sensitivity to the core thickness is about 2.5times larger than that to the core width because core thick-ness is very thin compared to the width.It is made clear that stringent thickness uniformity is required to minimizeΔn c[28] together with the improvement in the core width uniformity[29]. It is known that1-nm core width and thicknessfluctuation in silicon waveguides bring local effective-indexfluctuations of the order ofΔn c∼1.33–3.44×10−3.Fluctuation of the path-averaged effective-indexδn c in silicon waveguides has not been reported yet.However,δn c in silicon waveguides can be as-sumed to be aboutδn c∼3–5×10−4based on the experimental results on the relationship betweenΔn c andδn c in silica AWGs (δn c is about10times smaller thanΔn c).Although the bending radius of the silicon waveguide (∼3μm)is about700times smaller than that of the silica waveguides(∼2mm),L ctr of the silicon AWG cannot simply be 1/700because the device size is normally determined by the path length differenceΔL and number of WDM channels N ch.Typ-Fig.10.(a)Effective index n c of the SOI-based waveguide with0.22-μm thickness(E11)and its sensitivity to the core width(dn c/dW).Fig.10(b) Effective index n c of the SOI-based waveguide with0.5-μm width(E11)and its sensitivity to the core thickness(dn c/dT).ical L ctr in the reported silicon AWGs is L ctr=200–500μm, which is roughly50times smaller than that of silica AWGs.On the other hand,δn c of silicon waveguide is about300–500times larger than that of silica waveguides.Then,δn c L ctr/λ0in the silicon AWGs becomes6–10times larger than that of silica AWGs.This is the reason why crosstalk of silicon AWGs is about15∼20dB worse than that of silica AWGs because the crosstalk is given by Eq.(4).Waveguide loss is another important technical challenge when discussing scaling of WDM technology.Loss of silicon wave-guide is about∼2dB/cm[6],which is about100times larger than that of the silica waveguides(∼0.02dB/cm[4]).How-ever,as described in the previous paragraph,propagation length (L ctr)is roughly50times smaller than that of silica AWGs. Then,insertion losses of the silicon photonics WDMfilters are not so large compared to those of silica PLCs.The author be-lieves that waveguide loss of silicon device would not be a critical issue.PEG has been believed to be advantageous over AWG be-cause only the facet position error causes crosstalk degradation. But,this is not true in SOI-based PEG since the effective-index fluctuationδn s caused by thickness nonuniformity in the slab region is substantially large in SOI slab.Then,Eq.(5)for silicon PEG should be modified to be more accurate form asXT Si PEG∼10Logn s2δζλ0+δn s L ctrλ02(6)where L ctr denotes the total(forward and backward)path length in the slab region as shown in Fig.4.Eq.(6)explains why largeOKAMOTO:W A VELENGTH-DIVISION-MULTIPLEXING DEVICES IN THIN SOI:ADV ANCES AND PROSPECTS8200410Fig.11.Schematic configuration of Si-rib waveguide.channel count(30ch-400GHz spacing with L ctr∼1600μm) PEG[20]has about−15dB crosstalk,though small channel count PEG(4ch-20nm spacing with L ctr∼290μm)had about−30dB crosstalk[18].The total path length L ctr in the large channel count PEG is almost5.5times longer than that of the small channel count one.Therefore,the second term in Eq.(6)becomes dominant in the large channel count PEG and it caused about15dB(∼10Log5.52)crosstalk degradation.Al-though Eqs.(4)–(6)gives good explanation to the experimental results,the author thinks that the empirical expressions should be further improved because crosstalk degradation that is caused by the waveguide imperfections are quite complicated process. Si-rib waveguide as shown in Fig.11has a unique property that it can be single-moded when the waveguide parameters satisfy the following conditions as[30]W H <0.3+g/H1−(g/H)2,and0.5≤gH<1.0.(7)It is known from Eq.(7)that core size of the Si-rib wave-guide can be arbitrarily large as far as the above condition is maintained.3–4μm SOI thickness H is used to fabricate vari-ous kinds of WDM devices[31],[32].Crosstalk of−27dB is obtained in the commercial12channel Si-rib PEG with8-nm channel spacing by using3-μm-thick SOI(H=3μm,W= 3μm,and g=1.8μm)[33].The minimum bending radius of the Si-rib waveguide is5mm which is not normally acceptable for silicon photonics because the advantage of the SOI-based device is the ultra compactness.Bending radius can be reduced by introducing deeply etched Si-wire waveguide at the curved section with tapered transitions before and after the bend.The minimum bending radius of250μm is achieved in[31].It should be noted that the slab region with3-μm thickness is highly multi-moded.Then,verticality of the etched reflection facet in PEG should be well maintained,otherwise crosstalk degradation takes place through higher-order mode excitation. Sensitivity of the effective index n c in the large-core Si-rib waveguide to the core width W and thickness H becomes dramatically small.dn c/dW at the core width W=3μm is 3.0×10−6nm−1and dn c/dH at the core thickness H=3μm is5.5×10−6nm−1.It is known that the sensitivity of n c in the large-core Si-rib waveguide is almost three orders of magnitude smaller than those of the Si-wire waveguides[see Fig.10(a)and (b)].Flat-top passband characteristics are strongly required for WDMfilters in most of the applications.Theoretical responses of CROW RRs and LFs haveflat-top passband characteris-tics with zero insertion loss as shown by the dotted lines in Figs.12and13.Here Figs.12and13show theoretical spectral responses of CROW RR(Fig.1)and LF(Fig.2)with and with-Fig.12.Theoretical spectral responses of CROW RR(see Fig.1).Dotted lines are responses without effective-indexfluctuations and solid lines are those with δn c(1st ring)=−5×10−4,δn c(2nd ring)=−3×10−4,andδn c(3rd ring)= 3×10−4.Fig.13.Theoretical spectral responses of LF(see Fig.2).Dotted lines are responses without effective-indexfluctuations and solid lines are those with δn c(1st arm)=−5×10−4,δn c(2nd arm)=−5×10−4,andδn c(3rd arm)= 5×10−4.Fig.14.Tandem LF configuration to improve crosstalk characteristics.out effective-indexfluctuations.δn c’s in Fig.12are assumed tobeδn c(1st ring)=−5×10−4,δn c(2nd ring)=−3×10−4,andδn c(3rd ring)=3×10−4.The effective-indexfluctuationδn c’s in Fig.13are assumed to beδn c(1st arm)=−5×10−4,δn c(2nd arm)=−5×10−4,andδn c(3rd arm)=5×10−4,respectively.Theoretically lossless andflat-top characteristicsare great advantage in RRs and LFs.It is known from Figs.12and13that the through-port crosstalk in RR and crosstalk atboth odd and even ports in LF are easily degraded down to ∼−15dB by the probable effective-indexfluctuations ofδn c∼3–5×10−4.Through-port extinction in RR can be improvedby the multistage design[34]where cleanup CROWfilters areadded to the through port.Tandem configuration as shown inFig.14is quite effective to improve crosstalk characteristics inLFs[35].Path length difference in the type-IIfilter should beΔL II=ΔL+λ0/2/n c,whereΔL is the one in the type-Ifilter.8200410IEEE JOURNAL OF SELECTED TOPICS IN QUANTUM ELECTRONICS,VOL.20,NO.4,JULY/AUGUST2014Fig.15.(a)Schematic relation between the focused light beam E(λ)and local normal mode(LNM)in aflat-top AWG or PEG.(b)Typical demultiplexing property of theflat-top AWG.Half-lambda(=λ0/2/n c)difference in the path-length differ-ence between the type I and II LFs are necessary because odd (even)spectral components pass cross(through)port of the type-Ifilter and through(cross)port in the type-IIfilter,respectively. Passband difference in the type I and II LFs can be adjusted by the half-lambda shift technique and thus signal extinction is doubled.With this elaborated configuration,chromatic disper-sion caused by thefilter themselves can be almost completely eliminated.There are two possible origins for the performance degrada-tion in SOI-based RRs and LFs;they are gap width error in directional couplers and effective-indexfluctuationδn c in the waveguides.However,effective-indexfluctuation is considered to be the dominant factor because the crosstalk was improved from−10dB to less than−35dB by the thermal tuning of the ring waveguides[36].If the original−10-dB crosstalk level was caused by the gap width error,crosstalk cannot be improved by the thermal tuning because the heat treatment does not correct the physical gap errors.AWGs and PEGs having CROW cleanupfilter at every out-put waveguide[14]will be attractive to improve the crosstalk characteristics.Center wavelengthfluctuation of Si AWGs have been measured to beΔλ∼±1.0nm(Δf∼±125GHz)atλ= 1.55μm region[25].Then channel spacing of AWGs should be wider than∼500GHz in order to have better matching between the pass wavelengths of AWG and cleanupfilters.Flat-top AWGs&PEGs have intrinsic excess losses[4]. Fig.15(a)shows a schematic relation between the focused light beam E(λ)and local normal mode(LNM)in theflat-top AWG or PEG.LNM is an eigen mode in the output waveguide.Along with the change ofλ,E(λ)moves on the interface between slab and output waveguide.Demultiplexing property is then obtained by the overlap integral between E(λ)and LNM.100 percent(lossless)coupling efficiency even at the channel center wavelengthλ0cannot be obtained because the focused beam is broadened in order to achieveflat-top spectral characteristics. Fig.15(b)shows a typical demultiplexing property of theflat-top AWG.3–5dB loss includesfiber-coupling losses at input/output facets(∼0.3dB/facet).1-dB-down bandwidth(B1dB)and3-dB-down bandwidth(B3dB)are typically half andthree-quarter Fig.16.(a)Schematic relation between the focused light beam E(λ)and LNMs in multimode-output AWG or PEG.(b)Typical demultiplexing property of theflat-top AWG with multimode output waveguides.of the channel spacing S ch.Fig.16(a)shows a schematic relation between the focused light beam E(λ)and LNMs inflat-top AWG or PEG with multimode output waveguides.Theoretically,100 percent(lossless)coupling efficiency is obtainable because the focused beam couples with either one of the eigen modes in the multimode output waveguide[37].Fig.16(b)shows a typical demultiplexing property of the multimode-output AWG[38].1.5–1.7dB loss includingfiber-coupling losses was obtained with B1dB∼0.7×S ch and B3dB∼0.8×S ch,respectively. Flat-top technique using multimode output waveguide was also applied to Si-rib PEG and achieved∼−25dB crosstalk[33]. Multimode-output AWGs and PEGs are applicable as the de-multiplexers at the receiver end because light beam in the mul-timode output waveguide can be directly coupled to the pho-todetector.However,AWGs and PEGs with single-mode output waveguides as shown in Fig.15are prerequisite when they are used in the single-modefiber repeater systems.IV.SOI-B ASED R EFLECTIVE AWGIt is shown in the previous section that(a)an improvement in core width and thickness uniformity to reduceδn c and(b)size reduction of the device to make L ctr small are strongly required in order to achieve good crosstalk characteristics in SOI-based WDMfilters.Reflective AWG(R-AWG)has a unique property that array waveguides can consist of all straight waveguides.Straight array waveguides and the length reduction both contribute to minimize the total accumulated phase error and lead to lower the crosstalk of AWGs.R-AWG wasfirst proposed in silica AWG[39]and fabricated in InP AWG[40]and Si-wire AWG[41].However, insufficient crosstalk(∼−13dB in[40]and∼−12dB in[41]) have been obtained,probably due to the imperfection in Au-metal facet verticality in[40]and long and bent Si-wire array waveguides in[41].Here,fabrication of silicon R-AWG using distributed Bragg reflector(DBR)facets[42]will be described.It enables us to achieve the smallest possible footprint when compared with the conventional transmission-type AWG(T-AWG)as shown in Fig.3.Straight array waveguides and the length reduction bothOKAMOTO:W A VELENGTH-DIVISION-MULTIPLEXING DEVICES IN THIN SOI:ADV ANCES AND PROSPECTS8200410Fig.17.(a)Schematic configuration and photograph of the silicon R-AWG. Insets in(a)show the cross section of the Si-rib array waveguide and the Si-wire waveguide and an enlarged view of the1×1MMI modefilter. contribute to minimize the total accumulated phase error and lead to lower the crosstalk of AWGs[14].R-AWG configuration using DBR facet would be difficult for silica-and InP-based AWGs because the minimum achievable gap width is normally2–3μm in silica AWGs and1.0–1.5μm in InP AWGs.The vertical requirement of less than±1degree and metal absorption loss are another difficulties for silica and InP R-AWGs using metal at the reflecter.Crosstalk of−30dB was obtained by the reflective silica AWG where straight reflecting surface was provided by cutting and polishing the array waveg-uides and depositing a Cr-Aufilm on it[43].However,cutting and polishing each chip adds extra cost and is not acceptable even for the commercial silica-based AWGs.R-AWGs were fabricated on200mm SOI wafers having a 220nm thick silicon core layer on a2μm buried oxide layer. Fig.17(a)and(b)shows the schematic configuration and pho-tograph of the silicon R-AWG which consists of input/output (I/O)Si-wire waveguides,a slab region with arc length of 91.7μm,and40Si-rib straight array waveguides with suc-cessiveΔL/2(ΔL=13.2μm)geometrical path-length differ-ence[42].The width of the Si-wire waveguide is480nm and that of the Si-rib waveguide is650nm with150nm peripheral heights,respectively.Si-wire I/O waveguides are adiabatically transformed to Si-rib waveguides before reaching the slab in-terface so as to reduce reflections.The array waveguide spacing at the slab interface is1.55μm and I/O waveguide spacing is2.2μm,respectively.Deeply etched(220nm)second-order DBR is used as a reflection facet which was demonstrated in a silicon PEG[44].DBRs are fabricated using the stepper.The period is620nm,the gap width is130nm and the number of periods is N DBR=10,respectively.Different from the surface relief grating[45],the mode-coupling coefficient of the deeply etched grating does not strongly depend on the diffraction order and more than90%(<0.5dB loss)power reflectivity can be obtained for N DBR>8.On the other hand,the reflection band-width of the second-order DBR is160nm which is almost the half of that of thefirst-order DBR.A1×1multimode interfer-ence(MMI)modefilter was added to every array waveguide to suppress the higher-order mode because the Si-rib waveguide with a650nm width is slightly multi-moded[46].The MMI modefilter was1.3μm in width and3.0μm in length.Simu-Fig.18.Measurement results of14ch-400GHz Si reflective AWG.lated insertion loss of the modefilter for the fundamental mode is∼0.04dB,while loss for the higher-order mode is larger than 50dB.Array waveguides in the R-AWG can be entirely weakly-guiding waveguides such as Si-rib waveguides because bent waveguides are not required.Effective-indexfluctuationδn c of the Si-rib waveguide with respect to the core-widthfluctuation is∼2times smaller than that of the Si-wire waveguide[14].In addition to that,the average array waveguide length L ctr of the R-AWG can be3–4times shorter than that of the T-AWG having the same AWG parameters.Smallerδn c and shorter L ctr in the R-AWG both contribute to reduce crosstalk of AWG as shown in Eq.(4).In the measurement,light from the broadband source is cou-pled through an input single-modefiber(SMF)to the central (no.8)Si-wire waveguide.Output SMF is stepwise connected to the waveguide from no.1[the uppermost port in Fig.17(a)] to nos.7and9to no.15[the lowermost port in Fig.17(a)].The other end of the output SMF is introduced to the bulk spectrom-eter.Spacing of the I/O waveguides is enlarged from10μm to 127μm so as to allow SMF butt coupling to the waveguides[the fanout region is not shown in Fig.17(a)and(b)].Measurement results of14channel400GHz Si-RAWG for TE polarization is shown in Fig.18.Fiber coupling loss was about3.0dB by using a spot-size converter.These results are normalized by the trans-mission of a straight Si-wire waveguide so that the coupling loss between SMF and R-AWG is excluded.On-chip loss of3.0dB and crosstalk of−20dB have been obtained in Fig.18.Insertion loss of Si DBR itself was reported to be∼1.5dB for N DBR=200[47].The loss of DBR facet in our Si R-AWG is then expected to be∼0.1dB for N DBR=10. Propagation loss in the array waveguides is the major source of the excess loss of AWG.Excess loss of the Si R-AWG should be smaller than other configurations because array waveguide length of the R-AWG is several times shorter than that of the T-AWG.The central channel atλ∼1594nm is not available because it comes back to the input port.Fig.18was obtained by the light excitation to the central input waveguide.The farfield radiationfield is expected to excite only the fundamental mode in the array waveguide because every array waveguide is directed to the central input waveguide.In order to investigate the functionality of the MMI modefilter,the light input and output relation is reversed.We coupled light into the original output port(nos.1∼7and nos.9∼15)and measured at the original input port(no.8)as shown in Fig.19(a)in order。
DWDM技术中的关键无源器件
DWDM技术中的关键无源器件1、引言：WDM即波分复用(Wavelength Division Multiplexing),是光纤通信中的一种传输技术，它利用了一根光纤可以同时传输多个不同波长的光载波的特点，把光纤可能应用的波长范围划分成若干个波段，每个波段作为一个独立的通道传轴一个预定波长的光信号。
若通道间隔小于或者等于3.2nm,则称为DWDM.即密集波分复用(Dense WDM)，也常常把密集波分复用简称为波分复用。
DWDM技术具备良好的技术优势和良好的经济性，已成为光纤传输的主流。
要实现DWDM传输。
需要许多与其相适应的高新技术和器件、其中的关键无滚器件是波分复用器，即分波器.合波器。
要进一步实现DWDM组网，则涉及到OADM，OXC等无源器件的开发。
本文对这些无源器件的结构和工作原理作一论述。
2、工作参数介绍：在DWDM系统中、器件的性能会给系统会带来一系列的影响.这里首先对D WDM中的无源器件的主要参数指标作一个介绍。
2.1插入损耗指器件给系统带来的功率损耗。
系统中器件的插入损耗包括两个方面。
一个是器件本身存在的固有损耗.另一个就是由于器件的接人在光纤线路连接点上产生的连接损耗。
插入损耗值越小则对系统越有利。
应该注愈的是，插入损耗不是一个恒定值、而是光波长的函数，因此在使用时我们必须了解披长变化时捅入损耗的相应变化，即器件的波长响应(谱响应)。
此外，对于多信道器件，信道插入损耗不均匀度也是一个很重要的参数，一般来说，系统要求器件对于各信道有相同的损耗，即要求信道擂插入损耗不均匀度越，越好。
2,信道隔离度：在DWDM系统中，多个不同波长的光信号同时送入一根光纤里传轴，因此在合波、分波的过程中，某一信道中的信号光会不可避免地翻合到另一个信道，这个耦合进来的信号光对原信道形成噪声，使该信道传输质量劣化，这就是串扰，串扰也可用隔离度来表述，它代表信道间的最大串扰信号量，并且假定最大串扰祸合产生于相邻的波长信道，如果最大串扰不是来自相邻信道，则以来自产生最大串扰的信道的串扰作为信道隔离度。
wdm技术原理
wdm技术原理WDM技术是一种光通信技术，全称为波分复用技术（Wavelength Division Multiplexing）。
它将多个不同波长的光信号通过同一光纤传输，从而实现了多路复用。
这种技术可以极大地提高光纤的利用率和传输容量，是目前光通信领域中最为常见的技术之一。
WDM技术的原理基于两个基本概念：波长和多路复用。
波长是指光信号在空气或其他介质中传播时所占据的长度。
不同波长的光信号有不同的频率和能量，因此它们可以被区分开来，并在同一时间内通过同一条光纤进行传输。
多路复用是指将多个信号同时发送到同一个通道中，从而提高通道利用率的过程。
在WDM技术中，多个不同波长的光信号被合并成一个复合信号，并通过同一条光纤进行传输。
接收端再将这些不同波长的光信号分离出来，恢复成原始数据。
在实际应用中，WDM技术主要包括两种类型：密集波分复用（DWDM）和标准波分复用（CWDM）。
DWDM技术可以将数百个不同波长的光信号传输到同一条光纤中，因此它可以实现更高的传输容量和更长的传输距离。
CWDM技术则主要用于短距离通信，它可以将几个波长的光信号传输到同一条光纤中。
WDM技术的实现需要使用一些特殊的设备，例如波分复用器（MUX）和反向波分复用器（DEMUX）。
MUX设备可以将多个不同波长的光信号合并成一个复合信号，并通过同一条光纤进行传输。
DEMUX设备则可以将这些不同波长的光信号分离出来，并恢复成原始数据。
总之，WDM技术是一种基于波长和多路复用原理的光通信技术。
它可以将多个不同波长的光信号通过同一条光纤进行传输，从而提高了通道利用率和传输容量。
在实际应用中，DWDM和CWDM技术是最为常见的两种WDM技术类型。
波分复用实验报告
波分复用实验报告波分复用实验报告引言波分复用（Wavelength Division Multiplexing，简称WDM）是一种光通信技术，通过将不同波长的光信号在同一光纤中进行传输，实现多信道的同时传输。
本实验旨在通过实际操作，验证波分复用的原理和应用。
实验目的1. 了解波分复用的基本原理和技术；2. 掌握波分复用的实验操作方法；3. 分析波分复用的优缺点及应用领域。
实验原理波分复用技术基于光的频率特性，利用不同波长的光信号进行多信道传输。
在光通信系统中，光信号经过调制后，通过光纤传输到目的地。
传统的光通信系统一次只能传输一个信道的光信号，而波分复用技术可以同时传输多个信道的光信号，大大提高了光纤的利用率。
实验装置本实验使用的波分复用实验装置包括：光源、光纤、波分复用器、解复用器、光功率计等设备。
实验步骤1. 将光源与光纤相连，确保光源正常工作；2. 将光纤连接到波分复用器的入口端口；3. 将多个光纤连接到波分复用器的出口端口，形成多个信道；4. 将解复用器与光纤相连，接收并解析多个信道的光信号；5. 使用光功率计测量各个信道的光功率。
实验结果与分析通过实验操作，我们成功实现了波分复用技术的应用。
在实验过程中，我们观察到不同波长的光信号通过光纤传输，并在解复用器处被正确解析成多个信道的光信号。
通过光功率计的测量，我们可以得到各个信道的光功率值，进一步验证了波分复用技术的有效性。
波分复用技术的优点之一是提高了光纤的利用率。
传统的光通信系统一次只能传输一个信道的光信号，而波分复用技术可以同时传输多个信道的光信号，充分利用了光纤的带宽资源。
此外，波分复用技术还具有灵活性和可扩展性强的特点，可以根据实际需求增加或减少信道数量。
然而，波分复用技术也存在一些挑战和限制。
首先，波分复用设备的成本较高，对于一些小规模的通信系统来说，可能不具备经济性。
其次，波分复用技术对光源的要求较高，需要稳定的光源才能保证信号的传输质量。
三种复用技术
三种复用技术在光纤通信中，复用技术被认为是扩展现存光纤网络工程容量的主要手段。
复用技术主要包括时分复用TDM（Time Division Multiplexing）技术、空分复用SDM（Space Division Multiplexing）技术、波分复用WDM（WaveLength Division Multiplexing）技术和频分复用FDM（Frequency Division Multiplexing）技术。
但是，因为FDM和WDM一般认为并没有本质上的区别，所以可以认为波分复用是＂粗分＂，而频分复用是＂细分＂，从而把两者归入一类。
下面主要讨论SDM、TDM和WDM三种复用方式。
TDM技术TDM技术在电子学通信中已经是很成熟的复用技术。
这种技术就是将传输时间分割成若干个时隙，将需要传输的多路信号按一定规律插入相应时隙，从而实现多路信号的复用传输。
但是，这种技术在电子学通信使用中，由于受到电子速度、容量和空间兼容性诸多方面的限制，使得电子时分复用速率不能太高。
例如，PDH信号仅达到0.5Gbps，尽管SDH体制信号采用同步交错复接方法己达到10Gbps（STM-64）的速率，但是，达到20Gbps却是相当困难的。
另一方面，在光纤中，对于光信号产生的损耗（Attnuation）、反射（Reflectance）、颜色色散（Chromatic Dispersion）以及偏振模式色散PMD（Polarization Mode Dispersion）都将严重影响高速率调制信号的传输。
当信号达到STM-64或者更高速率时，PMD的脉冲扩展效应，就会造成信号＂模糊＂，引起接收机对于信号的错误判断从而产生误码。
这是由于不同模式的偏振光在光纤运行中会产生轻微的时间差，因而一般要求PMD系数必须在0.1ps/km以下。
综上所述，电时分复用技术的局限性，将电子学通信的传输速率限制在10～20Gbps以下。
SDM技术对SDM的一般理解是：多条光纤的复用即光缆的复用。
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波分复用器又名：WDMWDM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。
一名词解释WDM Wavelength Division Multiplexing ，波分复用器CWDM Coarse Wavelength Division Multiplexing ，稀疏波分复用器，也称粗波分复用器DWDM Dense Wavelength Division Multiplexing ，密集波分复用器二 WDMWDM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。
这种技术可以同时在一根光纤上传输多路信号，每一路信号都由某种特定波长的光来传送，这就是一个波长信道。
在同一根光纤中同时让两个或两个以上的光波长信号通过不同光信道各自传输信息,称为光波分复用技术,简称WDM。
光波分复用包括频分复用和波分复用。
光频分复用(frequen cy-division multiplexing, FDM)技术和光波分复用(WDM)技术无明显区别,因为光波是电磁波的一部分,光的频率与波长具有单一对应关系。
通常也可以这样理解,光频分复用指光频率的细分,光信道非常密集。
光波分复用指光频率的粗分,光倍道相隔较远,甚至处于光纤不同窗口。
光波分复用一般应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。
这两个器件的原理是相同的。
光波分复用器的主要类型有熔融拉锥型,介质膜型,光栅型和平面型四种。
其主要特性指标为插入损耗和隔离度。
通常,由于光链路中使用波分复用设备后,光链路损耗的增加量称为波分复用的插入损耗。
当波长11,l2通过同一光纤传送时,在与分波器中输入端l2的功率与11输出端光纤中混入的功率之间的差值称为隔离度。
现在市场使用WDM技术的产品主要有CWDM和DWDM。
三 CWDMCWDM是一种面向城域网接入层的低成本WDM传输技术。
从原理上讲，CWDM就是利用光复用器将不同波长的光信号复用至单根光纤进行传输，在链路的接收端，借助光解复用器将光纤中的混合信号分解为不同波长的信号，连接到相应的接收设备。
其原理如图1所示。
与DWDM的主要区别在于：相对于DWDM系统中0.2nm到1.2nm的波长间隔而言，CWDM具有更宽的波长间隔，业界通行的标准波长间隔为20nm。
ITU-T G.694.2规定的波长如表1所示。
各波长所属的波段如图2所示，覆盖了单模光纤系统的O、E、S、C、L 等五个波段。
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2 0nm，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±3 nm，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。
另外，较大的波长间隔意味着光复用器/解复用器的结构大大简化。
例如，CWDM系统的滤波器镀膜层数可降为50层左右，而DWDM系统中的100GHz滤波器镀膜层数约为1 50层，这导致成品率提高，成本下降，而且滤波器的供应商大大增加有利于竞争。
CWDM 滤波器的成本比DWDM滤波器的成本要少50%以上，而且随着自动化生产技术和批量的增大会进一步降低。
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。
除此之外，CWD M的另一个优点是可以降低网络的运营成本。
由于CWDM设备体积小、功耗低、维护简便、供电方便，可以使用220V交流电源。
由于其波长数较少，所以板卡备份量小。
使用8波的CWDM设备对光纤没有特殊要求，G.652、G.653、G.655光纤均可采用，可利用现有的光缆。
CWDM系统可以显著提高光纤的传输容量，提高对光纤资源的利用率。
城域网的建设都面临着一定程度的光纤资源的紧张或租赁光纤的昂贵价格。
目前典型的粗波分复用系统可以提供8个光通道，按照ITU-T的G.694.2规范最多可以达到18个光通道。
CWDM的另一个优点是体积小、功耗低。
CWDM系统的激光器无需半导体制冷器和温度控制功能，所以可以明显减小功耗，如DWDM系统每个激光器要消耗大约4W的功率，而没有冷却器的CWDM激光器仅消耗0.5W的功率。
CWDM系统中简化的激光器模块使得其光收发一体化模块的体积减小，设备结构的简化也减小了设备的体积，节约机房空间。
与传统的TDM方式相比，CWDM具有速率和协议透明性，这使之更适应城域网高速数据业务的发展。
城域网中有许多不同协议和不同的速率的业务，CWDM提供了在一根光纤上提供不同速率的、对协议透明的传输通道，如以太网、ATM、POS、SDH等，而且CWDM的透明性和分插复用功能可以允许使用者直接上下某一个波长，而不用转换原始信号的格式。
也就是说，光层提供了独立于业务层的传送结构。
CWDM具有很好的灵活性和可扩展性。
对于城域业务来讲，业务提供的灵活性，特别是业务提供速度和随着业务发展进行扩展的能力非常重要。
利用CWDM技术可以在1天或者几个小时的时间内为用户开通业务，而且可以随着业务量的增加，可以通过插入新的OTU板进行容量的扩展。
提高业务质量。
在城域网中应用C WDM系统可以使光层恢复成为可能。
光层恢复比电层恢复要经济得多。
考虑到光层恢复是独立于业务和速率的，那么原来一些自身体制无保护功能的体系（如千兆以太网），则可以利用CWDM来进行保护。
由于CWDM技术的上述优点，所以CWDM在电信、广电、企业网、校园网等领域获得越来越多的应用。
CWDM产品存在的不足CWDM技术的最大问题是其相对于DWDM设备的成本优势仍不够明显。
光收发模块和光器件是降低成本的关键。
但由于市场规模不大，供应商的出货量不大，所以器件成本优势不明显。
另外一个降低成本的方法是简化设备功能，而这种方法导致系统的可靠性和可管理能力降低。
价格不断降低的DWDM产品也给CWDM技术很大的压力，而且采用DWD M技术可以形成一个完整的城域DWDM网，所以可扩展性好，对CWDM的压力比较大。
目前的CWDM设备支持的光通道（波长）数目不超过8个，主要是E波段的光收发模块制造工艺还不成熟，另外，消除了水吸收峰的G.652C光缆在现网中应用较少，所以对E波段光收发模块的市场需求不大。
更高速率和更远传输距离的CWDM系统还存在很多技术问题。
如10G系统的色散问题、超宽带光放大技术等。
另外，标准化进程需要加快，特别是对业务接口功能方面需要运营商的引导。
CWDM的发展方向目前制约CWDM产品发展的关键因素之一是光收发模块和复用解复用器件的价格。
随着市场的发展和制造工艺的进步，进一步降低设备成本是一个重要的发展方向。
开发E波段的光器件技术，使之尽快成熟。
开发10G速率光通道技术，提高CWDM系统的容量和可升级性。
支持各种业务接口是CWDM发展的方向。
城域网接入层对多业务接口的需求是各厂商进一步开发多业务接口的动力，CWDM设备将提供FE、GE、SDH、ESCON、FC 等多种业务接口。
另外一个发展方向是能与MSTP或者高性能路由交换设备结合，作为M STP设备或者高速路由器扩展线路侧容量的手段。
提供多层次的光层和业务层保护功能也是一个发展方向，以满足不同客户的需求。
网络管理技术和设备安全性、可靠性等方面进一步提高，提高在市场上的竞争力。
对于最新推出的G.652C光纤，由于G.652C光缆的价格是G.652B价格的两倍，而且E波段的CWDM光收发模块技术尚不成熟，短期内（1－2年）应用全波段CWDM设备的可能性不大，采用G.652C光缆存在投资大、短期内无效益的问题，所以G.652C光纤在城域用户光缆网中的应用受到一定限制。
四 DWDMDWDM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，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。
DWDM结构分析DWDM从结构上分，目前有集成系统和开放系统。
集成式系统：要求接入的单光传输设备终端的光信号是满足G．692标准的光源。
开放系统，是在合波器前端及分波器的后端，加波长转移单元OTU，将当前通常使用的G．957接口波长转换为G．692标准的波长光接口。
这样，开放式系统采用波长转换技术？使任意满足G．957建议要求的光信号能运用光－电－光的方法，通过波长变换之后转换至满足G．692要求的规范波长光信号，再通过波分复用，从而在DWDM系统上传输。
目前的DWDM系统可提供16/20波或32/40波的单纤传输容量，最大可到160波，具有灵活的扩展能力。
用户初期可建16/20波的系统，之后根据需要再升级到32/40波，这样可以节省初期投资。
其升级方案原理：一种是在C波段红带16波加蓝带16波升级为32波的方案；另一种是采用interleaver，在C波段由200GHz间隔16/32波升级为100GHz 间隔20/40波。
进一步的扩容求，可提供C+L波段的扩容方案，使系统传输容量进一步扩充为160波。
DWDM光信道在DWDM系统中，采用独立的1510nm波长（速率为2Mb/s）承载光监控信道（OS C），传送网管、公务和监控信息，帧结构符合G．704，实际用于监控信息传送的速率为1920kb/s。
0SC光监控信道是DWDM系统工作状态的信息载体。
在DWDM系统中，OSC 是一个相对独立的子系统，传送光信道层、光复用段层和光传输段层的维护和管理信息，提供公务联络及使用者通路，同时它还可以提供其它附加功能。
OSC主要包括的子系统功能为：OSC信道接收和发送、时钟恢复和再生、接收外部时钟信号、OSC信道故障检测和处理及性能监测、CMI编解码、OSC帧定位和组帧处理、监控信息处理。
性能的监测（B1、J0、OPM、光放监测），可由业务接入终端完成。
模拟量监测功能和B1误码监测功能，提供不中断业务的多路光通道性能监测（包括各信道波长、光功率、光信噪比），适时监测光传送段和光通道性能质量，提供故障定位的有效手段。
具有监测放大器的输入光功率、输出光功率、PUMP驱动电流、PUMP制冷电流、PUMP温度和PUMP背向光功率的功能。
具有监测多方向的波数、各信道的波长、光功率和光信噪比等性能，监测的波长精度可大于0．05nm、光功率精度可大于0．5dBm、信噪比精度可大于0．5dB。