技術(shù)進(jìn)步為AWG贏得商機(jī)

1、技術(shù)進(jìn)步為 AWG 贏得商機(jī)陣列波導(dǎo)光柵（ AWG ）技術(shù)的新發(fā)展不僅為 AWG 贏回了大容量應(yīng)用市場(chǎng)的主導(dǎo)地位，并且使 AWG 在小 容量應(yīng)用市場(chǎng)上獲得了相當(dāng)?shù)姆蓊~。 AWG 在 DWDM 系統(tǒng)中提供復(fù)用和解復(fù)用功能， 它可以把 40 到 80 個(gè) 不同的 DWDM 波長(zhǎng)信道復(fù)用到一根光纖當(dāng)中，并在網(wǎng)絡(luò)的另一端把這些波長(zhǎng)信道分離開(kāi)來(lái)。也就是說(shuō)一 個(gè) 40 信道的 AWG 可以代替 40 個(gè)不同的薄膜濾波器（ TFF ）。更重要的是， AWG 的關(guān)鍵技術(shù)平面光路技術(shù)（ PLC ）可以實(shí)現(xiàn)的功能遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止復(fù)用和解復(fù)用， 它還可以實(shí)現(xiàn)功率分配、 交換、 監(jiān)測(cè)和光強(qiáng)可變衰減等功能。目前，能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)

2、100 多項(xiàng)功能的 PLC 芯 片已經(jīng)問(wèn)世。就像集成電路取代三極管分立器件電路一樣，未來(lái)的光通信系統(tǒng)將會(huì)在這種集成的單片光系統(tǒng)的基礎(chǔ)上 構(gòu)建起來(lái)。不過(guò)要讓這一切變成現(xiàn)實(shí)，每種集成模塊的功能和分立器件相比，必須具有競(jìng)爭(zhēng)力。隨著新型 集成模塊的推出，這個(gè)目標(biāo)正在逐步實(shí)現(xiàn)，對(duì)于 AWG 來(lái)說(shuō)，它在越來(lái)越大的市場(chǎng)范圍內(nèi)，正憑借著自己 的成本和性能優(yōu)勢(shì)，從分立的 TFF 器件手中贏得大量的市場(chǎng)份額。盛極而衰能否重現(xiàn)輝煌？ <PLC 首度商用化是在 1990 年代末的電信泡沫時(shí)期，它把半導(dǎo)體工業(yè)的生產(chǎn)模式帶入了光器件產(chǎn)業(yè)。當(dāng) 時(shí)，利用分立的光器件和各種光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以把單根光纖上的信息容量從每秒百兆比

3、特提高到每秒太比特。 不過(guò)分立器件價(jià)格高， 而且體積和可靠性都達(dá)不到當(dāng)時(shí)要求的理想水平。 而 PLC 技術(shù)采用制造集成電路的 設(shè)備和工具，大規(guī)模地生產(chǎn)集成光路，另外， PLC 技術(shù)在降低成本的同時(shí)還能夠增強(qiáng)器件的功能。在通信系統(tǒng)中，第一個(gè) PLC 的商用產(chǎn)品就是 AWG 。AWG 迎合了泡沫時(shí)期通信容量暴漲的思路，追求 更多的信道數(shù)量和更大的容量。然而從 2001 年開(kāi)始，泡沫經(jīng)濟(jì)的破滅和電信業(yè)的滑坡戲劇性地改變了光 器件市場(chǎng)的環(huán)境。其實(shí)，直到現(xiàn)在為止， AWG 都是大容量 DWDM 系統(tǒng)最好的復(fù)用和解復(fù)用技術(shù)，它的單 信道平均成本低、損耗小，而且一致性強(qiáng)。另外，由于 AWG 是集成系統(tǒng)，它的

4、成本和性能幾乎和信道數(shù) 無(wú)關(guān)。而對(duì)于分立 TFF 來(lái)說(shuō)，每增加一個(gè)信道就意味著增加一個(gè)分立的濾波器，所以它的成本將隨著信道 數(shù)的增加而線性增加，而性能卻反而降低。在泡沫時(shí)期，大家都認(rèn)為數(shù)據(jù)量的爆炸性增長(zhǎng)會(huì)讓系統(tǒng)中的所有信道迅速派上用場(chǎng)，所以 AWG 的上述 特點(diǎn)是它的絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。而在泡沫破滅之后，大家清楚地認(rèn)識(shí)到業(yè)務(wù)量將會(huì)相對(duì)平穩(wěn)地增長(zhǎng)。所以運(yùn)營(yíng)商在 部署系統(tǒng)的時(shí)候，考慮的最重要的因素變成了“初裝成本” ，換句話說(shuō)：運(yùn)營(yíng)商希望用最低的成本建立起第 一條信道，而以后添加信道所用的成本顯得并不是那么重要了，因?yàn)橹挥挟?dāng)數(shù)據(jù)量需求足夠大，證明確實(shí) 有必要支付這筆費(fèi)用的時(shí)候，才會(huì)真正添加信道。運(yùn)營(yíng)商這種思

5、路的變化對(duì) AWG 是很不利的。原因主要有兩個(gè)：首先，因?yàn)?AWG 是集成的，所有通道 必須一次性安裝，這樣就增加了“初裝成本” 。當(dāng)然，沒(méi)有必要把所有的收發(fā)器一次性都裝上，所以，這里 計(jì)算的成本只是為了激活一條信道的基本成本，實(shí)際上它只是一次性建立所有信道成本的一小部分，不過(guò) 這似乎還是有些貴。其次， AWG 需要?jiǎng)討B(tài)溫度控制來(lái)保證它的輸出波長(zhǎng)與 ITU 標(biāo)準(zhǔn)波長(zhǎng)一致。雖然機(jī)架 的供電成本如果由 40 個(gè)信道來(lái)分擔(dān)會(huì)比較劃算， 不過(guò)初裝成本還是很可觀的。 綜上所述， 盡管從整個(gè)壽命 期內(nèi)的總成本的角度考慮， AWG 仍然是最佳的方案， TFF 還是憑借 “初裝成本低”的優(yōu)勢(shì)被業(yè)界人士再 度看

6、好。不過(guò)， PLC 的生產(chǎn)商并沒(méi)有因?yàn)殡娦艠I(yè)的寒冬而一蹶不振，他們對(duì) AWG 技術(shù)做了很多改進(jìn)，使 AWG 得以在新的環(huán)境中繼續(xù)保持競(jìng)爭(zhēng)力并在競(jìng)爭(zhēng)中獲勝。 首先， AWG 是一個(gè)相對(duì)較新的技術(shù)， 近幾年它的光學(xué) 性能有了很大的提高。例如，插入損耗已經(jīng)降低到原來(lái)的一半，通帶寬度也增加了 50% 多，這些性能的提 高使 AWG 在小容量應(yīng)用方面競(jìng)爭(zhēng)力顯著增強(qiáng)。其次， AWG 成品率的顯著提高使得成本迅速下降， 40 通 道 AWG 的成本已經(jīng)降得非常低。由于上述原因，很多設(shè)備商，尤其是亞洲的設(shè)備商已經(jīng)把 AWG 作為一 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)器件，從其低廉的壽命期內(nèi)總成本中獲益良多。不僅如此， AWG 的兩項(xiàng)技術(shù)

7、突破還讓它走進(jìn)了原來(lái)被 TFF 占領(lǐng)的市場(chǎng)。第一項(xiàng)技術(shù)突破是研制成功了 全波段 AWG ，或者稱作“波長(zhǎng)無(wú)關(guān)” AWG 。這種 AWG 可以工作在任何波段，它用一種器件代替了12 種不同的器件。第二項(xiàng)技術(shù)突破是“抗溫漂” AWG 的研制成功。抗溫漂 AWG 不需要耗費(fèi)電能來(lái)控制溫度。 這兩種新型 AWG 不僅具備了 TFF 的所有優(yōu)勢(shì)，并且使 AWG 擁有了 TFF 所不能比擬的新優(yōu)勢(shì)，從而使 AWG 能在更廣泛的市場(chǎng)范圍內(nèi)迅速地獲得認(rèn)可。全波段 AWG 現(xiàn)在，在鋪設(shè)長(zhǎng)途光纖網(wǎng)絡(luò)的時(shí)候，運(yùn)營(yíng)商希望初裝成本最低，也就是說(shuō)運(yùn)營(yíng)商希望開(kāi)始的時(shí)候只安裝 幾條信道。 不過(guò)為了在未來(lái)網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容時(shí)不會(huì)捉襟見(jiàn)肘

8、， 他們也要求系統(tǒng)可以擴(kuò)容至整個(gè) C 波段的 8096 個(gè) 信道（以 50GHz 為間隔）。如果采用 TFF 技術(shù)，這兩個(gè)互相矛盾的要求造成的后果就是：器件生產(chǎn)商要生 產(chǎn)出 96 種不同的濾波器， 而設(shè)備商處境更狼狽， 雖然客戶開(kāi)始時(shí)只使用幾個(gè)濾波器， 但是他們還是要把這 些器件都儲(chǔ)備起來(lái)，以備網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容時(shí)使用。另外，為了平衡衰減，這些濾波器通常成組采用，即相鄰八個(gè)信道的段內(nèi)濾波器構(gòu)成一組。這樣 96 個(gè) 信道的系統(tǒng)就需要 12 組不同波段的 8 信道模塊。很多運(yùn)營(yíng)商開(kāi)始組網(wǎng)時(shí)只安裝一個(gè)波段，等到業(yè)務(wù)量增 加，要求擴(kuò)容時(shí)，再加入新的波段。然而所有的器件都必須生產(chǎn)出來(lái)，器件數(shù)量達(dá)到 12 組，這無(wú)

9、疑增加了 生產(chǎn)和庫(kù)存管理的成本。對(duì)這個(gè)問(wèn)題， AWG 提供了一個(gè)簡(jiǎn)單和高性價(jià)比的解決方案。顧名思義， AWG 是一種光柵，當(dāng)光程差等 于波長(zhǎng)整數(shù)倍的時(shí)候（也就是 =n ，n 稱為光柵的階數(shù)）光柵就會(huì)發(fā)生干涉現(xiàn)象。而且這種干涉現(xiàn)象在光 程差為波長(zhǎng)的 n+1 或者 n-1 倍的時(shí)候也會(huì)發(fā)生。所以完全可以設(shè)計(jì)一個(gè)光柵，它的 n 階匹配第一波段，而 它的 n+1 階匹配第二波段， n+2 階匹配第三波段， 依此類推。 而且， 它的自由頻譜范圍 FSR 和波段間隔剛 好一致。這樣的 AWG 被稱作全波段 AWG。圖 1所示的就是這樣一個(gè) AWG ，這里為了消除所有信道的插入損耗， 一個(gè)輸入端口用于奇數(shù)波

10、段，另一個(gè)輸入端口用于偶數(shù)波段。全波段陣列波導(dǎo)光柵采用兩個(gè)輸入端以消除各個(gè)信道的插入損耗，這兩個(gè)輸入端分別負(fù)責(zé)奇數(shù)波段和偶 數(shù)波段。圖 2 是全波段 AWG 的復(fù)合輸出頻譜， 信道間隔為 50GHz ，每個(gè)循環(huán)跨度為 8 個(gè)信道。 圖中紅色的信道 是奇數(shù)波段的信道，藍(lán)色的是偶數(shù)波段的信道。作為解復(fù)用器時(shí)，第一個(gè)波段的第 1 到第 8 信道分別從 1 號(hào)到8號(hào)光纖輸出，第二個(gè)波段的第 9到第16信道分別從 1號(hào)到 8號(hào)光纖輸出，第三個(gè)波段的第 17到第 24 信道分別從 1 號(hào)到 8 號(hào)光纖輸出，依此類推。這樣，同一個(gè)器件可以在任何波段使用，需要生產(chǎn)和庫(kù)存 的器件的數(shù)量降低了，從 12 個(gè)變成了

11、 1 個(gè)。全波段陣列波導(dǎo)光柵的獨(dú)特結(jié)構(gòu)使它能夠用于任何波段，和薄膜濾波器相比，使用全波段陣列波導(dǎo)光柵 極大地降低了對(duì)庫(kù)存的要求。因?yàn)橹恍枰环N器件就可以完成多種器件的功能，所以無(wú)論運(yùn)營(yíng)商采用哪個(gè)波段，或者希望升級(jí)加入哪 一個(gè)波段，庫(kù)存管理和備貨的費(fèi)用都可以降低 50% ，同時(shí)AWG 和TFF 或者布拉格光纖光柵相比，還有一 個(gè)優(yōu)勢(shì)：它在 50GHz 間隔的系統(tǒng)中色散要小得多，也平滑得多?？箿仄?AWG由于玻璃材料反射系數(shù)的原因， AWG 的中心波長(zhǎng)會(huì)隨著溫度的不同有所變化，溫度每變化 1 攝氏度， AWG 的信道將會(huì)漂移 11pm 。標(biāo)準(zhǔn)的 AWG 中，這種溫漂是由有源溫度控制器來(lái)抑制的，以保

12、證 AWG 的 信道與 ITU 標(biāo)準(zhǔn)相符。為了不影響系統(tǒng)的性能， AWG 芯片的溫度變化必須保持在± 1 之內(nèi)。曾經(jīng)開(kāi)發(fā)出 一些無(wú)源溫漂補(bǔ)償技術(shù)，但是這些技術(shù)大多都會(huì)使系統(tǒng)的性能有所下降。在電信泡沫時(shí)期，性能是要考慮 的首要問(wèn)題，系統(tǒng)設(shè)計(jì)者寧愿消耗電能控制溫度，也不愿容忍 AWG 影響系統(tǒng)的性能。但是，現(xiàn)在成本是 最重要的。新開(kāi)發(fā)出來(lái)了一種實(shí)用且耐用的抗溫漂 AWG ，它使用機(jī)械方法補(bǔ)償溫漂，其性能和標(biāo)準(zhǔn)的 AWG 相當(dāng)。 AWG 實(shí)際上是一個(gè)波前準(zhǔn)確度優(yōu)于 /200 的超高質(zhì)量的干涉儀， 也就是說(shuō)， AWG 的所有零部件都必須非 常完美，不能有一點(diǎn)兒的缺陷或者不規(guī)范，所有部件的光學(xué)

13、相位誤差必須小于兩度。和以往的抗溫漂方法 不同，這種新方法不是把光從玻璃中分離出來(lái)，因?yàn)檫@樣會(huì)干擾波前，而是機(jī)械地來(lái)移動(dòng)波導(dǎo)“捕捉”合 適的波長(zhǎng)信道。圖 3 顯示了這種新型抗溫漂 AWG 的信道中心波長(zhǎng)與 ITU 標(biāo)準(zhǔn)波長(zhǎng)的偏差隨溫度的變化。 從 0到 -60， 此偏差只相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn) AWG 的溫度變化± 1時(shí)波長(zhǎng)的變化， 從-30到+70 ，此偏差也只相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn) AWG 溫度變化± 1.5 時(shí)波長(zhǎng)的變化。由此可見(jiàn)，抗溫漂 AWG 把低成本優(yōu)勢(shì)和標(biāo)準(zhǔn) AWG 的高性能優(yōu)勢(shì)結(jié)合了 起來(lái)，而且它是無(wú)源的。抗溫漂 AWG 在機(jī)械補(bǔ)償溫漂的同時(shí)還表現(xiàn)出了優(yōu)良的性能?？箿仄夹g(shù)為 AW

14、G 開(kāi)辟了兩個(gè)新的市場(chǎng)。一個(gè)是，在機(jī)架不能提供電功率或者不方便提供額外電源進(jìn) 行溫度控制的時(shí)候， AWG 可以代替 TFF 用于 DWDM 系統(tǒng)的復(fù)用器 / 解復(fù)用器模塊。這種 DWDM 系統(tǒng)一 般用在長(zhǎng)途網(wǎng)絡(luò)和城域網(wǎng)當(dāng)中， AWG 的高性能和低成本的優(yōu)勢(shì)對(duì)這些網(wǎng)絡(luò)尤其有益。 這個(gè)市場(chǎng)即使不會(huì)迅 速擴(kuò)張，也會(huì)有相當(dāng)?shù)脑鲩L(zhǎng)。另一個(gè)更富有潛力的市場(chǎng)是新興的 WDM-PON 系統(tǒng)，最近韓國(guó)電信宣稱已開(kāi)始招標(biāo)建設(shè)這個(gè)系統(tǒng)。因 為 WDM-PON 系統(tǒng)要求在室外 -30到 70的溫度范圍內(nèi)都可以正常運(yùn)行， 而 TFF 的溫漂大， 不符合室外 WDM-PON 系統(tǒng)的應(yīng)用要求，所以系統(tǒng)可能會(huì)使用大量的抗溫漂 AWG 以提供超過(guò)百兆的光纖到戶業(yè)務(wù)。再現(xiàn)輝煌由于 AWG 性能獲得了極大的提高， 成本顯著降低， 加上全波段 AWG 的開(kāi)發(fā)成功， AWG 已經(jīng)逐漸地從 TFF 手中贏回不少的市場(chǎng)份額，準(zhǔn)備再現(xiàn)電信泡沫時(shí)期的輝煌。不僅如此， AWG 只是采用 PLC 技術(shù)的眾 多產(chǎn)品中的一種。使用可變光衰減器制作的復(fù)用器