密集波分复用器的设计

得分：_______ 光纤通信技术实验

(一)密集波分复用器的设计

实验报告

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指导教师：柯昌剑

完成日期：

一、实验目的

1、完成基于双光纤准直器、单光纤准直器和介质膜滤光片的密集波分复用器滤波单元的结构设计和优化。

2、完成4波长密集波分复用器件的结构设计和优化。

3、完成密集波分复用器件的构建，并进行相关性能参数的测试。

二、实验原理与背景知识

1、密集波分复用器与光滤波器

密集波分复用器是密集波分复用(DWDM)系统中一种重要的无源光纤器件。由它所构成的合波和分波部分是系统的基本组成之一，它直接决定了系统的容量、复用波长稳定性、插入损耗大小等性能参数的好坏。密集波分复用器还可以衍生为其它多种适用于DWDM的重要功能器件，如波长路由器——用于宽带服务和波长选址的点对点服务的全光通讯网络；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，因此对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主要有以下几种：介质膜滤光片、光纤光栅、阵列波导光栅、M-Z干涉仪和F-P标准具等。

2、基于介质膜滤光片的密集波分复用器

2.1介质膜滤光片

介质膜滤光片由两个或者两个以上的用反射介电薄膜层来分隔的腔所构成的，实际上就是多个法布里－白洛标准具叠加的结果，其腔体附近的反射面是通过使用多层反射介电薄膜镀层来实现的。这种器件可以用作带通滤波器，即通过某一个特定的波长而反射其它的波长。滤光片的透射中心波长由腔的长度和入射光线的角度而定。随着腔的增加，介质膜滤光片通带的顶部将变得更加平坦，带尾则更加陡峭，这些都是光通信中所期望的特性。

2.2 光纤准直器

单模光纤准直器它可以对单模光纤中传输的高斯光束进行准直和聚焦，以提高光纤与光纤之间的耦合效率。光纤准直器一般由光纤、毛细玻璃管、透镜、玻璃套管以及金属套管等五个部分组成。按照其尾纤数的不同来分类可以分为单光纤准直器和双光纤准直器；按照准直器中透镜的不同，又可分为自聚焦透镜准直器和球透镜准直器，如图1.1所示。

图1.1光纤准直器结构图

在介质膜滤光片型DWDM器件中，通常由双光纤准直器、介质膜滤光片和单光纤准直器（各一个）构成一个滤波单元，如图1.3所示的虚线部分。当双光纤的间距、自聚焦透镜的长度发生改变时，入射到滤光片上的光线的角度φ和与光轴的交点位置L（最佳反射位置）也会随之变化。这样导致滤光片的透射波长和在滤波单元中所处位置也会随之改变，如图1.2所示。

图1.2 双光纤准直器光路图

2.3 基于介质膜滤光片的密集波分复用器

图1.3表示的是由介质膜干涉滤光片所构成的密集波分复用器的结构简图。目前多采用这种方法来制造密集波分复用器。它一般由不同透射波长的滤波单元

级联而成。输入的多个波长的光信号每遇到一个指定波长的滤光片，对应该波长的光信号被透过，而其余波长的光信号则被反射，一直到所有波长的光信号从相应的端口输出。

图1.3 介质膜滤波器型密集波分复用器结构（虚线部分为一个滤波单元）

三、实验仪器和装置

本实验仪器和装置主要包括可调谐激光器、宽带光源、DWDM器件、光谱仪、光功率计和光纤熔接机。实验系统如图1.4所示。

图1.4密集波分复用器实验系统

四、实验内容和步骤

1.密集波分复用器的设计

(1) 应用相关数学计算软件（MATLAB或MATHCAD），分析不同双光纤间距和自聚焦透镜长度下，入射到滤光片上的光线与光轴的夹角φ和与光轴的交点位置L的变化规律（其中，自聚焦透镜的中心折射率＝1.59，聚焦参数＝0.326mm－1，1/4节长自聚焦透镜的长度为4.82mm）。完成基于双光纤准直器、单光纤准直器和介质膜滤光片的密集波分复用器滤波单元的结构设计和优化。

(2) 结合附录中密集波分复用器件的性能指标，完成4波长密集波分复用器件的设计和优化。

2.密集波分复用器性能参数的测试

(1)搭建如图1.4所示的实验系统。

(2)测量密集波分复用器的性能参数：带宽特性、插入损耗、相邻信道隔离度与非相邻信道隔离度和回波损耗。

五、实验结果

下图是C31通道的波形图：

如图所示

中心波长为1552.36nm

峰值波长为1552.44nm

3dB带宽为0.38nm

当可调谐激光器输入波长设置为1552.01nm时

输入功率为-5.48dBm，C31通道输出功率为-9.63 dBm

当输入波长增加0.8nm时，C31通道输出功率为-46.22dBm

当输入再次波长增加0.8nm时，C31通道输出功率为-39.54dBm

六、讨论与分析

1.插入损耗，由公式

得IL=4.15dB

2.相邻信道隔离度，由公式

得Iso=36.59dB

3.非相邻信道隔离度

Iso=29.91dB

七、思考题

1．入射到滤光片上的光线的角度φ变大时，滤光片的透射波长将会怎样变化？答：当入射角度φ变大时滤光片的透射波长变小，但是通带阻带性能不变

2．在图 1.3 所示的密集波分复用器结构中，每个通道的插入损耗受哪些因素影响？怎样解决不同通道间插入损耗的差异问题？

答：插入损耗受级联反射损耗和通道透射损耗影响。

可以通过排列组合使各通道间的插入损耗近似相同。