第四章 光波分复用器
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。
光波分复用(WDM)技术
光波分复用(WDM)技术一、波分复用技术的概念波分复用(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。
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。
CWDM和DWDM的区别主要有二点：一是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”称谓的差别就由此而来；二是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，因而大幅降低了成本，整个CWDM系统成本只有DWDM的30%。
CWDM是通过利用光复用器将在不同光纤中传输的波长结合到一根光纤中传输来实现。
在链路的接收端，利用解复用器将分解后的波长分别送到不同的光纤，接到不同的接收机。
二、波分复用技术的优点WDM技术之所以在近几年得到迅猛发展是因为它具有下述优点：(1) 传输容量大，可节约宝贵的光纤资源。
对单波长光纤系统而言，收发一个信号需要使用一对光纤，而对于WDM系统，不管有多少个信号，整个复用系统只需要一对光纤。
例如对于16个2.5Gb/s系统来说，单波长光纤系统需要32根光纤，而WDM系统仅需要2根光纤。
光纤波分复用器原理
光纤波分复用器原理
光纤波分复用器（WDM）是一种利用光子技术将多个不同波长的
光信号同时传输在同一根光纤中的设备。
其原理基于光的波长分立
特性，允许在同一光纤中传输多个不同波长的光信号，从而实现了
光纤通信的高密度和高带宽传输。
光纤波分复用器的原理主要包括两个方面，波长选择和波长复用。
首先，波长选择是指通过一定的光学元件（如光栅、滤波器等）选择特定波长的光信号，然后将这些不同波长的光信号合并在一起。
这样的波长选择过程可以通过光栅等光学元件实现，光栅可以分散
不同波长的光信号，并将它们聚焦到不同的位置上，从而实现波长
的选择。
其次，波长复用是指将多个不同波长的光信号合并在一起传输
到光纤中。
这一过程可以通过光学耦合器实现，光学耦合器可以将
多个不同波长的光信号合并成一个复合的光信号，然后通过光纤传
输到目的地。
总的来说，光纤波分复用器的原理是利用波长选择和波长复用技术，将多个不同波长的光信号合并在一起传输到光纤中，从而实现了光纤通信的高密度和高带宽传输。
这种技术在光纤通信中得到了广泛的应用，极大地提高了光纤通信系统的传输容量和效率。
光波分复用（WDM）技术
光波分复用（WDM）技术第一章：了解光波分复用(WDM)把不同波长的光信号复用到一根光纤中进行传送（每个波长承载一个TDM 电信号）的方式统称为波分复用。
波分复用是一种光纤传输技术，这种技术在一根光纤上使用不同的波长传输多种光信号。
现在，在为远程通信设计的高端WDM系统中，每种光信号（通常是指一个信道或一种波长）最多可以达到2．5Gps或10Gbps的传输速率。
当前的系统能够支持32到64个信道，厂商承诺将在不久的将来提供支持96信道或128信道的系统。
这将使得一根光纤就能够传送几百Gps的信息。
密集波分复用（DWDM）一词经常被用来描述支持巨大数量信道的系统，在这里，“密集”没有明确的定义。
相反，在一根光纤上使用两个或者四个信道有时也被称为WDM。
＜WDM光传输技术简介＞波分复用（WDM）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，每个波段用作一个独立的通道传输一种预定波长的光信号。
通信系统的设计不同，每个波长之间的间隔宽度也有差别，按照通道间隔差异，WDM可以细分为W-WDM、M-WDM、D-WDM。
我们可以将一根光纤看作是一个多车道的公用道路，传统的TDM 系统只不过利用了这条道路上的一条车道，而使用D-WDM技术，类似于利用公用道路上尚未使用的车道，以获取光纤中未开发的巨大传输能力。
＜波分复用技术的发展＞波分复用技术在光纤通信出现伊始就出现了。
从1995年开始，WDM发展进入了快车道，Lucent率先推出了8*2.5G波分复用系统，Ciena推出了16*2.5G系统。
我国已完成了4*2.5G的现场实验，8*2.5G实验系统已通过签定。
WDM发展迅速的主要原因在于：（1）光电器件的迅速发展。
（2）TDM 10Gb/s面临着电子元器件响应时间的挑战。
（3）光纤色散和偏振模色散限制了10Gb/s的传输。
90年代初，EDFA（掺铒光纤放大器）的迅速商用化解决了WDM 复用器带来的插入损耗问题。
波分复用器详细解释
处理原理
处理性能
光信号处理技术基于光学的非线 性效应和干涉原理，通过改变光 信号的相位、幅度、频率或偏振 态等参数，实现信号的逻辑运算、 调制解调及频率转换等功能。
光信号处理技术的性能指标包括 处理速度、精度和稳定性等。这 些性能指标直接影响波分复用系 统的传输速率、频谱效率和系统 可靠性等方面。
04
数据中心中的应用
总结词
波分复用器在数据中心中用于提高光网络的带宽利用率和传输性能。
详细描述
随着数据中心规模的扩大和业务量的增长，对带宽的需求也在不断增加。波分复用器可以将多个低速率的光信号 复用到一根光纤中，实现高速数据传输，提高了带宽利用率和传输性能。这有助于降低数据中心的运营成本，并 满足不断增长的业务需求。
波分复用器详细解释
目
CONTENCT
录
• 波分复用器概述 • 波分复用器的工作原理 • 波分复用器的关键技术 • 波分复用器的优势与挑战 • 波分复用器的应用案例
01
波分复用器概述
定义与特点
定义
波分复用器是一种将多个不同波长的光信号复用 到同一根光纤中进行传输的设备。
灵活扩展性
可根据需要增加波长数量，实现网络的灵活扩展 。
智能交通系统中的应用
总结词
波分复用器在智能交通系统中用于实现 车联网和交通监控系统的快速数据传输 。
VS
详细描述
智能交通系统中包含大量的车辆和交通监 控设备，需要实现快速、实时的数据传输 。波分复用器可以将多个设备的数据复用 到同一根光纤中进行传输，提高了数据传 输的效率和可靠性。这有助于实现智能交 通系统的智能化管理和安全运行。
03
波分复用器的关键技术
光学滤波技术
01
波分复用器课件
基于纳米线材料制作的Si-AWG (a)比利时根特大学的马鞍形(b)日本横滨国立大学
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：
n F d a P sR i i n n F d a P sR o i n n a L m
阵列波导光栅 （AWG）
蚀刻衍射光栅 （EDG）
TFF与AWG结构示意图
基于TFF 的复用/解复用器：
技术成熟，具有温度稳定性好、偏振不敏感、信道隔离度高、信 道间隔可以不规则设置、系统升级容易等优点，但也有每个 TFF 需单 独设计、通道损耗依滤波顺序递增、器件成本与通道数成正比、装配
时间长等缺点，因此一般只应用于系统中通道数小于 16 的情况。
性的干涉滤波器，就可以实现将不同的波长分离或合并。
图中A为空气，G为基底，H为 光学厚 度为λ0/4的高折射率膜层，L 为光学厚度为λ0/4的低折射率膜层。 器件的中间两层连续的低折射率膜
层(LL)，加起来的光学厚度为λ0/2。 对于波长为λ0的光，可以完全透射 LL，就像没有LL膜层一样。LL两 边是H层，整个HLLH层的光学厚度 为λ0 ，所以波长为λ0的光也是完全透射的，这样对于整个λ0/4膜系， 无论有多少层，波长为λ0的光都能透射过去。而对于其它λ≠λ0的光， 每通过一层，透射率就下降一次，直到最后被滤除。
EDG原理：
光栅方程：n e ff (s inin s ind iff,0 ) m 0
上式两边进行微分，可以得到角色散关系
m
neff
两边同时乘以Rowland圆直径，可以获得线色散关系
光纤通信第四章4-波分复用
an = 1
n
a g (t nT )
n
对“1” 对“0”
24
码
=-1
北京邮电大学顾畹仪
频移键控
m(t )
n
imt int g ( t nT ) ( a e a e ) n n
an =1
对“1”码
=0
对“0”码
an
是an的逻辑非
2015-5-21
2015-5-21
北京邮电大学顾畹仪
5
1、角色散型
角色散本领:角色散本领是相距为单位波长的光波 散开角度，其表达式为 色分辨本领: 色分辨本领反映器件分辨波长很接 近的谱线的能力。光学元件的色分辨本领定义为
D
min
min
D
半角宽度△θ=δθ
式中，δλmin是瑞利判据所规定的角色散元件能够 分辨的两谱线的最小波长差。
2 2
c0 Le c( z)dz
sin 2 ( c0 Le ) 1 1
和
或0
( c0 Le ) 1 ( c0 Le ) 2
m=0, +/-1, +/-2,….
2
m
2015-5-21
北京邮电大学顾畹仪
22
波长信道交织器(Interleaver)
用于复用波长数目较多的场合
干涉膜型解复用器特性示例
2015-5-21
北京邮电大学顾畹仪
15
（2）Mach-Zahnder滤波器型
pi E i E i Ei Aeit i l pi1 pi 2 A2 2
光波分复用
网络管理系统是通过光监控信道的物理层传送开销字节到其它节点或接收其它节点的开销字节对光波分复用 系统迸行管理。主要实现配置、故障、性能、安全管理等功能，并与上层管理系统相连。
WDM系统构成
WDM系统按照工作波长的波段不同可以分为两类：一类是在整个长波长波段内信道间隔较大的复用，称为粗 波分复用（CWDM）；另一类是在1550nm波段的密集波分复用（DWDM），它是在同一窗口中信道间隔较小的 波分复用，可以同时采用8,16或更多个波长在一对光纤上（也可采用单纤）构成光纤通信网络，其中每个波长之 间的间隔为1.6nm，0.8nm或更低，对应的带宽为200GHz，100GHz或更窄的带宽。
(1)可充分利用光纤的带宽资源，使同一根光纤的传输容量增加几倍至几十倍，甚至几百倍。(2)由于光波分 复用技术使用的波长相互独立，故可以同时传输特性完全不同的信号。(3)采用全双工方式，光信号可以在一根光 纤中同时向两个不同的方向传输，节省了线路投资，提高了系统的经济效益。(4)对于早期敷设的芯数不多的光缆， 波分复用技术可提供“在线升级，平滑过渡”的技术支持，即在对原有系统不作较大改功的情况下，进行扩容， 节省投资。(5)随着传输速率的不断提高，许多光器件的响应速度已明显不足。使用波分复用技术可以降低对器件 性能上的要求。(6)波分复用器件大多是光无源器件，结构简单，体积小，稳定可靠，在网络设计和施工中有很大 灵活性。因此，波分复用技术成为当前迸行扩容、升级改造以及建设新的高速、大容量通信网络的最佳技术 选 择。
波分复用器的光学原理
FSR N ch = = F
干涉滤光片型波分复用器的工作原理
阵列波导光栅的工作原理
阵列波导光栅的性能
光栅方程
ns d sin i nc l ns d sin j mn
角色散 ：
dnc d mc ( n ) c 2 d nc ns d cos d
闪耀光栅
振幅型透射光栅多缝衍射是衍射和干涉因 子相互作用的结果,零级光谱占了很大一部 分能量而光谱中较高级次的分开的光谱却 占有很少一部分能量，这样导致衍射效率 很低 ，因此采用衍射效率较高的闪耀光栅
如图所示，使得入射光垂直于光栅刻槽表面，则衍射 光光强分布为：
I ( p ) U ( p ) U ( p )* I0 ( sin 2 ) ( sin N 2 )2 sin 2
闪耀光栅方程
d (sin 0 sin ) m
闪耀光栅的色散 光栅的色散表示它的分光本领，光栅的色散可用 角色散和线色散来表示 角色散就是波长相差单位波长的两条谱线分开的 角距离
d m d d cos
线色散就是聚焦物镜焦面上相差单位波长 的两条谱线分开的距离
波分复用器的光学原理 本文的主要内容
1. 2.
介绍波分复用系统的主要工作原理 介绍波分复用技术的核心器件的性能
闪耀光栅的自由光谱法范围，分辨率，分辨本领 介质薄膜滤波器的光谱法范围，分辨率，分辨本 领 阵列波导光栅的光谱法范围，分辨率，分辨本领
3.
介绍上述分光器件在波分复用器中的应用
波分复用技术的工作原理
信道的波长间隔
x ns d nc x d nc L f m ng L f l ng
第4章 波分复用
A．OADM
(1) OADM的功能 • 波长上、下话路的功能。 • 具有波长转换功能。 • 具有光中继放大和功率平衡功能。 • 提供复用段和通道保护倒换功能，支持各种自 愈环。 • 具有多业务接入功能。
A．OADM
(2) OADM的基本结构 ① 由分波器、空间交换单元和合波器组成的 OADM ② 由耦合单元、滤波单元和合波器构成的OADM ③ 电声光可调滤波器构成的OADM ④ 由波长光栅路由器(WGR)构成的OADM
2 ）WDM的特点
（1） 光波分复用器结构简单、体积小、可靠性 高 （2） 提高光纤的频带利用率 （3） 降低对器件的速率要求 （4） 提供透明的传送通道 （5） 可更灵活地进行光纤通信组网 （6） 存在插入损耗和串光问题
3 ）WDM与光纤
• 图6-3 WDM与光纤特性
4 ）WDM对光源和光电检测器的 要求 A．对光源的要求 (1) 激光器的输出波长保持稳定 (2) 激光器应具有比较大的色散容纳值 (3) 采用外调制技术 B．对光检测器的要求 • 光检测器应具有多波长检测能力。
2）光信号复用
(1) 光频分复用（OFDM） • 当光载波之间的间隔较小时，用波长来衡量其间隔就 很不方便，所以对于波长间隔小于1nm的系统习惯TDM是指可以将多个高速电调制信号分别转换为等 速率的光信号，然后在光层上利用超窄光脉冲进行时 域复用。 (3) OCDMA • 在OCDMA通信系统中，每个用户都拥有一个惟一的地 址码，该码是一组光正交码中的一个。
C．WDM网络保护
(1) WDM系统线路保护方式 ① 基于单个波长的、在SDH层上实现的1+1或 1∶n保护 ② 光复用段保护(OMSP) (2) WDM环网的保护 ① WDM环形网络的分类 ② 两纤环 (3) 网状网的OXC保护
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
(5)光波分复用器
输入 波导
输入 耦合器
阵列 波导
输出 耦合器
输出 波导
阵列波导光栅(AWG)
11,21,13,14 12,22,23,24 13,23,33,34 14,24,43,44
AW G
11,22,33,44 14,21,32,34 13,24,31,24 12,23,34,14
波导型耦合器
嵌 入波导
玻璃 衬底
熔融拉锥波分复用器
主要应用于双波长的复用: 1）1310nm/1550nm； 2）掺铒光纤放大器(EDFA):980nm/1550nm
1480nm/1550nm 3）光学监控系统应用：1551nm/1550nm
监控波长
信号光波长
4）基本结构
将几根光纤去涂覆后排列在一起， 用熔拉双锥技术制作成光耦合器。
第五讲 光波分复用器
2004.9.28
内容提要
1、熔融拉锥型波分复用器； 2、光纤光栅型波分复用器； 3、组 合 型波分复用器；
内容回顾
1.干涉膜滤光型光波分复用器；
多
层
H L
介
H
质
L
膜
L H
L
H
SiO2
1,2,…8 光纤
透镜
透镜
2
透镜
4
透镜
6
透镜
8 光纤
透镜
光纤 1
光方向 耦合器
耦合级联——制作DWDM方案
1×2型 2×2型
级联
1×N型 N×N型
光纤光栅型波分复用器
光纤光栅的概念
光纤光栅是利用紫外（UV）激光诱导光纤纤 芯折射率分布呈周期性变化的机械形成的折 射率光栅。
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。
实验五 光波分复用器
实验五 光波分复用器一、 实验目的1、 使学生深入了解WDM 器件的各种特性及特点2、 熟悉WDM 器件的应用方法3、 让学生通过对光纤器件的连接建立一个感性认识，增加学习的兴趣，熟悉光纤无源器件的使用方法二、 实验仪器1、 ZH7002型光纤通信多功能综合实验系统 一台2、 光功率计 一台3、 摄像头 一个4、 监视器一台三、 实验原理光波分复用器（WDM ）是对光波波长进行分离与合成的光无源器件。
光波分复用器在解决光缆线路扩容或复用中起着关键性的作用。
它能将多个光载波进行合波或分波，使光纤通信的容量成倍增加。
波分复用器包括复用器(或光合波器)和解复用器(或光分波器)两部分。
复用器用在光纤通信系统的发送端，其作用是将不同频率的光信号组合起来，送入一根光纤。
解复用器用在接收端，其作用是将光纤送来的多路信号按频率一一分开。
两波长波分复用器的原理如图2.5.1所示。
表征波分复用器特性的参数是：复用中心波长、信道通信带宽、插入损耗、回波损耗、隔离度、最大光功率、温度稳定性等等。
(1) 信道通信带宽信道通信带宽指允许的中心波长变化的范围。
(2) 插入损耗插入损耗指对同一波长（i ），器件输出端光功率（i P ，i ＝1或2）与输人端光功率（oi P ，i ＝1或2）的比的分贝数，表示为：()dB P P 10lgIL 0iii ＝－ (3) 回波损耗回波损耗指光信号从指定端口输入时，由于器件引起反向回传的光能量。
(4) 隔离度隔离度指器件输出端口的光进入非指定输出口的光能量（'1P 或'2P ）与该输出端口的光能量的比的分贝数，表示为：()dB P P 10lgI 2'121＝－， ， ()dB P P 10lg I 1'22,1＝－ (5) 最大光功率最大光功率指器件允许通过的最大光功率值 (6) 温度稳定性温度稳定性指器件插入损耗随温度的变化率在ZH7002型光纤通信多功能综合实验系统之中，WDM 系统采用双信道1310/1550 nm 系统。
光波复用器--波长选择性器件光纤波分
l1
2
耦合率C
定向耦合器传输矩阵
l2
干涉臂传输矩阵
光交错复用器上 下载复用器 OADM
3
out
4
f1 f 3 ……
1C j C j C 1C
0expe(xpjk(0njl1k0)nl20)
f 2 f4 ……
只有端口1输入，电场强度为E1,那么输出端口3、4与其关系：
E E 3 4 1 j C C 1 j C C 光波 复 0 e 用器-e -x 波 长j选x 0 p k 择n j性1 0 ) 器p k n ( 件l2 0 光)纤 ( l 1 j C C 1 j C C 0 E 1
f c 2nl
f
光波复用器--波长选择性器件光纤 波分
F-P复用器的选频作用到底有多少载波数能滤出来？显然其自由 光谱区必须大于信道复用信号的载波频谱总宽度。入射光波光谱 宽度小于谐振频率间隔（自由谱域）。
F-P支持的载波数目N：
N=F/6.4
F R
1 R
精细常数F由反射率决定，光纤
类的F-P腔虽可以做到数百，但
（一般滤波器以外的特性参量：自由光谱区，精细度）
t1 r1 等效结构
内表面镀高反膜 Ai
形成腔体
M1
r2 t2
… A4 A3 A2 A1
L
A2= r1·r1 ·Ai ·t1 ·t2
M2 A1= Ai ·t1 ·t2
相邻光束的幅度相差系数 A1/A2 = r1 r2
相位差 功率传输系数
k2 l 4 n/ l0 4 n/l cf
光纤
小自由谱域
光纤
光纤
光纤
中自由谱域
光纤
光纤
光纤
第04章常用光无源器件
21
Fiber Communications @ SDU-WH 2010
4.1.2 光纤连接器特性
评价连接器的主要指标: 插入损耗、回波 损耗、重复性和互换性。
1. 插入损耗 插入损耗是指光纤中的光信号通过活动连接器 之后，其输出光功率相对输入光功率的比率的 分贝数，表达式为： Ac＝-10lgP1/P0(dB) 式中：Ac为连接器插入损耗；P0为输入端的光功 率；P1为输出端的光功率。
MIN ( Poutj ) P.D.Lj 10 lg (dB ) MAX ( Poutj )
在实际应用中，光信号偏振态的变化是经常发生的， 因此，为了不影响器件的使用效果往往要求器件有足 够小的偏振相关损耗。
32
Fiber Communications @ SDU-WH 2010
7. 隔离度 隔离度是指某一光路对其他光路中的信 号的隔离能力。隔离度高，也就意味着 线路之间的“串话”小。其数学表达式为
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2. 回波损耗
回波损耗又称为后向反射损耗。它是指 光纤连接处，后向反射光对输入光的比 率的分贝数，表达式为：
Ar＝-10lgPR/P0 (dB)
式中： Ar 表示回波损耗； P0 表示输入光功 率；PR表示后向反射光功率。
模块化插孔闩锁机理制成插针尺寸小125mm可提高光机架中的接口密度连接器剖面fibercommunicationssduwh201018连接器的类型按插针端面分类fibercommunicationssduwh201019?多芯光纤连接器随着用户通信网规模的扩大wdm的普及电信网数据网的光纤化乃至多媒体大容量信息处理设备的发展均推动着光缆向多芯高密度方向深入发展带状多芯光缆需要用多芯光纤连接器进行连接多芯带状光纤mt连接器就应运而生
光波分复用器
光波分复用器
采用光波分复用技术，可以将原一根光纤只传输一个波长光源所携带信息的状态，改变成在一根光纤中能够传输由不同波长的光源所携带的多波长信息的状态，因此其中的完成光复用／解复用技术的核心器件——光波复用器的性能尤为关键，因而在此将就光波复用器的工作原理、结构和性能进行简要分析．
1．光波分复用器的工作原理
光波分复用器是对光波波长进行分离与合成的光器件，其原理如图8-3所示，其中的一个端口作为器件的输出／输入端，而N个端口作为器件的输入／输出端．。
第四章 光波分复用与放大
割实现。每个波长通路占用一段光纤的带宽，与过去同轴电缆FDM技术不 同的是：（1）传输媒质不同，WDM系统是光信号上的频率分割，同轴系 统是电信号上的频率分割利用。（2）在每个通路上，同轴电缆系统传输的 是模拟信号4kHz语音信号，而WDM系统目前每个波长通路上是数字信号 SDH 2.5Gb／s或更高速率的数字系统。
的改动即可比较方便地进行扩容。
➢ 由于同一光纤中传输的信号波长彼此独立，因而可以传输特性完全不同的信号，完成
各种电信业务信号的综合和分离，包括数字信号和模拟信号，以及PDH信号和SDH信号
的综合与分离。
➢ 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。一个WDM系
统可以承载多种格式的“业务”信号，ATM、IP或者将来有可能出现的信号。WDM系统
▪ 光栅型波分复用器
一种是由光纤阵列、透镜和光栅构成的光合波分波器。 基本原理：多个波长的光束入射衍射光栅时，每个波长分量朝着空间 内不同的点衍射，从而可以实现 光合波分波的作用。
l1 l2
lN l1+l2+…+lN
光纤
透镜
衍射光栅
▪ 阵列波导型波分复用器
阵列波导光栅(AWG，Array Waveguide Grating)的概念是荷兰Delft 大学 的Smit 在1988 年提出来的。AWG 可实现数十个乃至上百个波长的复用与 解复用利用。
另一方面，由于采用了光放大器，WDM系统的无再生中继距离大大延长。 SDH系统再生距离一般在50～60km，由再生器进行整形、定时和再生，恢 复成数字信号继续传输。而WDM系统中，每隔80km有一个EDFA，只进行 放大，没有整形和定时功能，不能有效去除因线路色散和反射等带来的不 利影响，系统经500～600km传输后才进行光／电再生，因而要求光源的色 散受限距离大大延长。由过去的50～60km提高到600km以上，这对光源的 要求大大提高。
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第四章 光波分复用/解复用器
应用
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第四章 光波分复用/解复用器
7.光纤光栅(FG) UV光诱导的纤芯折射率周期L变化
UV beam
-1
+1
-1
+1
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第四章 光波分复用/解复用器
最简单的正弦型FG，折射率: L: 周期，neff:有效折射率，dn: 折射率调制深度 10^(-4～-2).前向和后向两种模式间的耦合波方程 z
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第四章 光波分复用/解复用器
* 光谱平坦型AWG技术
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第四章 光波分复用/解复用器
* PLC制备技术
A.平板波导生长 SiO2/Si系列：PECVD，FHD InGaAsP/InP系列：MOCVD Polymer 材料: Spin Coating
B.光刻 (Photomask, UV, 冲洗) + 干式RIE 陡直光滑 Sidewalls IL, CT 要求：应力平衡，Dn < 4x10-4, Dw, Dh < 0.5 mm
ch9 ch10 ch11 ch12 ch13 ch14 ch15 ch16 WL(nm) 1538.186 1538.974 1539.762 1540.553 1541.341 1542.133 1542.926 1543.72 BW1(nm) 0.353 0.353 0.354 0.352 0.355 0.36 0.356 0.356 BW3 (nm) 0.499 0.498 0.499 0.5 0.5 0.5 0.501 0.508 IL(dB) 4.73 4.72 4.73 4.79 4.84 4.88 4.87 4.95 PDL(dB) 0.26 0.29 0.31 0.31 0.28 0.36 0.37 0.45 Ripple(dB) 0.21 0.21 0.19 0.21 0.22 0.21 0.18 0.21 Adj-Iso (dB) 30.82 30.37 30.67 31.05 31.61 30.99 30.84 31.12 Non Adj-Iso(dB) 31.19 30.96 30.85 30.87 30.63 30.44 30.58 30.66 ITU Grid (nm) 1538.19 1538.98 -0.006 1539.77 -0.008 1540.56 -0.007 1541.35 -0.009 72 C 1542.14 -0.007 1542.94 -0.014 1543.73 -0.013
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第四章 光波分复用/解复用器
3.干涉膜型光波分复用器 由双光纤、自聚焦透镜和多层介质膜构 成。其光学膜一般镀制成截止(短波或长 波截止)滤光片或带通滤光片。如1310／ 1550nm的波分复用器
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第四章 光波分复用/解复用器
选用超窄带滤光片时，可构成密集型波 分复用器。复用间隔可小至lnm。单窗口 二波密集型波分复用器.
Wavelength 华南师大光电学院 黄旭光 (nm)
第四章 光波分复用/解复用器
WL
华南师大光电学院 BW1, BW2, WL, PDL, RL
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* Athermal AWG
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第四章 光波分复用/解复用器
• 分布反馈式(DBF)激光器
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• 光纤光栅传感器
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8.光栅型 由光栅、透镜和光纤阵列构成的WMD器件。 信道间隔可达100GHz,信道数高
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第四章 光波分复用/解复用器
P2 = P1cos2(CL) P4 = P1sin2(CL)
C: 耦合强度，a: 为两光纤熔拉后锥体截 面宽度，n2:芯层折射率，V: 归一化频率， C随光波长而增大。通过熔拉技术调节两光 纤的芯距和长度，可精确控制功率的转移, 使不同波长的光从不同端口输出
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* Gaussian AWG40
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* Flattop AWG40
Simulation Result
Test Result
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* Flattop AWG16
ch1 WL(nm) 1531.904 BW1(nm) 0.351 BW3 (nm) 0.499 IL(dB) 4.86 PDL(dB) 0.42 Ripple(dB) 0.33 Adj-Iso (dB) 30.31 Non Adj-Iso(dB) 31.07 ITU Grid (nm) 1531.9 ITU Error (nm) 0.004
缺点: 有较高的回波反射, 必须使用 光隔离器, 每一信道均需要昂贵的光环 行器, 插损和成本随信道数而增加, 插 损均匀性差, 分立器件, 需要温控和应 力补偿, 只适用于低信道数
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其它应用: • 色散补偿
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9.刻蚀光栅 (EG) 2D 平面光栅光谱仪
输入、输出波导(狭缝)、聚焦反射镜和光 栅集成在同一平面上。集成光器件
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优点: 光谱分辨率高, 输入和输出在光 栅同一侧, 尺寸小, 可用于信道数更高 (64, 128ch)的DWDM系统 缺点: 垂直和光滑的亚波长周期锯齿光 栅制备难度大
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• C, L, S bands, ITU-grad
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在高容量光通信系统、接入网、全光网 络等领域中，光纤频带资源有着广泛应 用前景。同时在构成光纤网络中的光纤、 光缆动态状况监测也用到WDM技术。
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z
K=pd／lB是耦合系数, d = b+- b- - 2p/L
边界条件:
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d = b+- b- - 2p/L, d = 0 即动量守恒或 相位匹配,lB = 2neffL, 此时有最大反射率
反射主峰带宽近似有
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4.嵌入式光纤波分复用器 由超薄型光学滤光片和光纤嵌入玻璃或金 属基体构成。在基体上开有一定夹角口两 个直槽，将光纤置于直槽固定。切一8～20 角度间隙，将滤光片插入其中，将另一根 光纤置于另一槽中固定
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优点: 可任意选择反射波长和带宽, 反 射带宽可很窄, 适合DWDM, 反射率可接 近100%
Ns (l) d x / f + Na (l)DL – Ns (l) d1 x1/f 1 = ml
Na DL = mlc Blazing angle @ m-th 干涉级
Dl/ Dx = Dlch / d, Dispersion equation
*
Typical Data
AWG16, lc = 1.55 mm, Dlch = 0.8 nm M = 100, m = 59, DL = 63 mm, R = 11.35 mm. IL = 2.5 dB, CT < -28 dB.
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第四章 光波分复用/解复用器
• DWDM – Dense WDM Spacing: 100 GHz (~0.8nm), 50 GHz, 1552.52nm Channel #: 16, 32, 40
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2. 主要技术
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AWG16 Testing results after assembling ch2 ch3 ch4 ch5 ch6 ch7 ch8 1532.687 1533.474 1534.258 1535.045 1535.829 1536.614 1537.4 0.347 0.352 0.353 0.358 0.357 0.348 0.352 0.499 0.502 0.5 0.501 0.501 0.5 0.496 4.88 4.86 4.77 4.75 4.75 4.74 4.71 0.46 0.47 0.29 0.27 0.31 0.3 0.26 0.38 0.32 0.29 0.29 0.26 0.24 0.19 29.18 28.76 30.02 29.34 29.03 29.54 29.94 30.76 31.48 30.85 30.49 30.75 30.71 30.75 1532.68 1533.47 1534.25 1535.04 1535.82 1536.61 1537.4 0.007 0.004 0.008 0.005 0.009 0.004 0
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