陣列波導(dǎo)光柵的濾波特性集成光器件可作為波長路由器課件

1、光纖通信概述光纖通信的層次架構(gòu)光纖通信的特點主要優(yōu)點傳輸頻帶寬、通信容量大傳輸損耗小中繼距離長抗電磁干擾能力強保密性能好體積小、重量輕原材料來源豐富潛在價格低廉不足之處易碎不易接續(xù)

……

事物往往都有兩面性，人們利用的是其優(yōu)點！11、光纖通信概述光纖通信的層次架構(gòu)1光纖通信系統(tǒng)的基本組成下圖示出單向傳輸?shù)墓饫w通信系統(tǒng)，包括發(fā)射、接收和作為廣義信道的基本光纖傳輸系統(tǒng)。光纖通信系統(tǒng)的目的是傳送信號，因此可以根據(jù)信號的具體傳輸過程不同進行分類。

2光纖通信系統(tǒng)的基本組成下圖示出單向傳輸?shù)墓饫w通信系統(tǒng)，包括發(fā)2、波分復(fù)用的定義波分復(fù)用是光纖通信中特有的一種傳輸技術(shù)，它利用了一根光纖可以同時傳輸多個不同波長的光載波的特點，將光纖的低損耗窗口劃分成若干個波段，每個波段用作一個獨立的通道傳輸一種預(yù)定波長的光信號。通常將波分復(fù)用縮寫為ＷＤＭ(WavelengthDivisionMultiplexing)。

32、波分復(fù)用的定義波分復(fù)用是光纖通信中特有的一種傳輸技術(shù)，它波分復(fù)用原理光波分復(fù)用的基本原理是在發(fā)送端將不同波長的光信號組合起來（復(fù)用），并耦合進光纜線路上同一根光纖中進行傳輸，在接收端將組合波長的光信號進行分離（解復(fù)用），并作進一步處理后恢復(fù)出原信號送入不同終端。光發(fā)送機λ1光發(fā)送機λ2光發(fā)送機λ3光接收機λ3光接收機λ2光接收機λ1復(fù)用器解復(fù)用器λ1λ2…4波分復(fù)用原理光波分復(fù)用的基本原理是在發(fā)送端將不同波長的光信號ITU－TDWDM標(biāo)稱波長頻率(THz)波長(nm)頻率(THz)波長(nm)頻率(THz)波長(nm)196.1001528.77194.8001538.98193.5001549.32196.0001529.55194.7001539.77193.4001550.12195.9001530.33194.6001540.56193.3001550.92195.8001531.12194.5001541.35193.2001551.72195.7001531.90194.4001542.14

193.1001552.52195.6001532.68194.3001542.94193.0001553.33195.5001533.47194.2001543.73192.9001554.13195.4001534.25194.1001544.53192.8001554.94195.3001535.04194.0001545.32192.7001555.75195.2001535.82193.9001546.12192.6001556.55195.1001536.61193.8001546.92192.5001557.36195.0001537.40193.7001547.72192.4001558.17194.9001538.19193.6001548.51192.3001558.98

頻率間隔=100GHz波長間隔約0.8nm192.2001559.79192.1001560.615ITU－TDWDM標(biāo)稱波長頻率(THz)波長(WDM技術(shù)的主要優(yōu)勢利用多個波長并行傳輸，充分利用光纖的巨大帶寬資源，使單根光纖的傳輸容量比單波長傳輸增加幾倍、幾十倍甚至幾百倍，節(jié)省線路投資各波長的信道相對獨立，可同時傳輸不同類型、不同速率的信號可降低對O/E，E/O器件的超高速要求在光域傳輸?shù)耐该餍院酶叨鹊慕M網(wǎng)靈活性、經(jīng)濟性和可靠性6WDM技術(shù)的主要優(yōu)勢利用多個波長并行傳輸，充分利用光纖的巨大（1）角色散型（光柵型）（2）干涉型(干涉膜濾波器型,

AWG型)（3）單模光纖耦合器型（見耦合器）3、WDM復(fù)用器件7（1）角色散型（光柵型）3、WDM復(fù)用器件7光柵型d為光柵常數(shù),k是光柵的衍射級數(shù),N是光柵的槽數(shù)?？梢?要得到性能好的光柵，總槽數(shù)N應(yīng)盡量多，光柵常數(shù)d應(yīng)盡量小，并盡量選用高的衍射級數(shù)。特點:并行器件，它可以同時分開多路不同波長的信號，使各路的插損都差不多。角色散本領(lǐng)色分辨本領(lǐng)題7圖（P178）光柵方程：

8光柵型d為光柵常數(shù),k是光柵的衍射級數(shù),N是光柵的槽數(shù)。干涉型（1）干涉膜濾波器型多層介質(zhì)薄模自聚焦透鏡構(gòu)成:9干涉型多層介質(zhì)薄模構(gòu)成:9多層介質(zhì)薄膜A1和A2路程差：相位差：透射波長：m是整數(shù)。10多層介質(zhì)薄膜A1和A2路程差：相位差：透射波長：m是整數(shù)。1薄膜透射性質(zhì)11薄膜透射性質(zhì)11安裝在自聚焦軸上的波分復(fù)用器件采用光垂直入射到干涉膜上,消除偏振敏感性。12安裝在自聚焦軸上的波分復(fù)用器件采用光垂直入射到干涉膜上,消除特點:干涉膜濾光片型解復(fù)用器具有插損小、隔離度高、工作穩(wěn)定等優(yōu)點;通帶特性好,邊沿陡峭,頂部有較大的平頂,對波長漂移的容差較大;但它是一種串行器件，當(dāng)復(fù)用路數(shù)較多時，各路的插損差異較大。

干涉膜型解復(fù)用器特性示例13特點:干涉膜濾光片型解復(fù)用器具有插損小、隔離度高、工作穩(wěn)定等（3）陣列波導(dǎo)光柵ArrayedWaveguideGrating陣列波導(dǎo)光柵（AWG）由輸入波導(dǎo)、兩個平面耦合波導(dǎo)、陣列波導(dǎo)（其路徑長度依次遞減）和輸出波導(dǎo)構(gòu)成，可在輸出端的不同位置形成主極強.

14（3）陣列波導(dǎo)光柵陣列波導(dǎo)光柵（AWG）由輸入波導(dǎo)、兩個平面陣列波導(dǎo)光柵的濾波特性集成光器件，可作為波長路由器；對溫度較為敏感鄰近信道隔離度較差.15陣列波導(dǎo)光柵的濾波特性集成光器件，可作為波長路由器；154、波分復(fù)用系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)光監(jiān)控信道（OSC）——監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)各信道的傳輸情況。在發(fā)送端，插入本節(jié)點產(chǎn)生的波長λs為的光監(jiān)控信號（如幀同步、公務(wù)及各種網(wǎng)管開銷字節(jié)），與主信道的光信號合波輸出；在接收端，將收到的光信號進行分離，輸出為λs波長的光監(jiān)控信號和業(yè)務(wù)信道光信號。光轉(zhuǎn)發(fā)器1光轉(zhuǎn)發(fā)器n光合波器BALAPA光分波器光接收器1光接收器n光監(jiān)控信道發(fā)送器光監(jiān)控信道接收/發(fā)送器光監(jiān)控信道接收器網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)164、波分復(fù)用系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)光監(jiān)控信道（OSC）——監(jiān)控系統(tǒng)1、光傳送網(wǎng)(OTN)的產(chǎn)生WDM技術(shù)的出現(xiàn)為傳送網(wǎng)絡(luò)的容量擴展提供了一種很好的解決方法。開始人們稱這種提供客戶信號透明傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)“全光通信網(wǎng)”，后來ITU-T將其定名為光傳送網(wǎng)(OTN)。OTN是指為客戶層信號提供光域處理的傳送網(wǎng)絡(luò)，主要的功能包括傳送、復(fù)用、選路、監(jiān)視和生存性功能等。OTN處理的最基本的對象是光波長，客戶層業(yè)務(wù)以光波長形式在光網(wǎng)絡(luò)上復(fù)用、傳輸、放大，在光域上分插復(fù)用和交叉連接，為客戶信號提供有效和可靠的傳輸。OTN的主要特點是引入了“光層”概念。171、光傳送網(wǎng)(OTN)的產(chǎn)生WDM技術(shù)的出現(xiàn)為傳送網(wǎng)絡(luò)的容量SDH網(wǎng)絡(luò)WDM網(wǎng)絡(luò)電路層電路層通道層電通道層復(fù)用段層電復(fù)用段層再生段層光層物理層物理層光傳送網(wǎng)電路層電路層虛通道PDH通道層SDH通道層虛通道電復(fù)用段層電復(fù)用段層光信道層光復(fù)用段層光傳輸段層物理層WDM全光網(wǎng)的分層結(jié)構(gòu)18SDH網(wǎng)絡(luò)WDM網(wǎng)絡(luò)電路層電路層通道層電通道層復(fù)用段層電復(fù)用

2、OXC節(jié)點結(jié)構(gòu)光交叉連接(OXC)設(shè)備是光網(wǎng)絡(luò)最重要的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，具有光通道的交叉連接和本地上下路兩個主要功能。192、OXC節(jié)點結(jié)構(gòu)光交叉連接(OXC)設(shè)備是光網(wǎng)絡(luò)最重要波長變換器改變傳輸波長而保持其所載的信息不變兩種基本類型：光電型和全光型OROS波長可調(diào)利用非線性光學(xué)原理（如四波混頻）用SOA＋濾波器可構(gòu)成波長變換器（類似于電的混頻器）為降低費用，在OXC中采用部分波長變換器20波長變換器改變傳輸波長而保持其所載的信息不變OROS波長可調(diào)波長交叉的OXC類型WDM光路交換的基本單元(粒度)——光波長基于空間交換的OXC結(jié)構(gòu)

a.基于空間光開關(guān)矩陣和波分復(fù)用/解復(fù)用器對的OXC結(jié)構(gòu)

b.基于空間光開關(guān)矩陣和可調(diào)諧濾波器的OXC結(jié)構(gòu)

c.基于分送耦合開關(guān)的OXC結(jié)構(gòu)

d.基于平行波長開關(guān)的OXC結(jié)構(gòu)基于波長交換的OXC結(jié)構(gòu)

a.基于陣列波導(dǎo)光柵復(fù)用器的三級波長交換OXC結(jié)構(gòu)

b.

完全基于波長交換的OXC結(jié)構(gòu)基于光開關(guān)和基于電交叉芯片的結(jié)構(gòu)21波長交叉的OXC類型WDM光路交換的基本單元(粒度)——光波3、光分插復(fù)用器光分插復(fù)用器(OADM)是構(gòu)成WDM環(huán)形網(wǎng)絡(luò)的基本網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，可以看成OXC的簡化，主要功能是提供光信號的上下路由(分出和插入)，可以上下固定波長，也可以動態(tài)可選擇上下波長（ROADM）。

OADM結(jié)構(gòu)分波器＋波長交換單元（光開關(guān)矩陣）＋合波器耦合單元＋濾波單元（光纖光柵）＋合波器基于波長光柵路由器（WGR）223、光分插復(fù)用器光分插復(fù)用器(OADM)是構(gòu)成WDM環(huán)形網(wǎng)絡(luò)格狀網(wǎng)和路由波長優(yōu)化算法路由波長分配問題：要為連接請求建立一個光通道（連接源宿節(jié)點的波長信道），存在如何選擇路由并分配波長(RWA，RoutingandWavelengthAssignment)的問題。RWA問題是非確定型多項式-完備（NP-C）問題，即隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的增大，問題求解的復(fù)雜性也急劇上升。為簡化分析，一般將RWA問題分為路由子問題和波長分配子問題分別研究，即先確定路由，再分配波長，其中路由算法起到一個重要作用。

23格狀網(wǎng)和路由波長優(yōu)化算法路由波長分配問題：要為連接請求建立一路由波長分配(RWA)問題RWA（RoutingandWavelengthAssignment）：為連接請求計算路由并分配波長優(yōu)化目標(biāo)：最小的全網(wǎng)阻塞率(DLE)、或最大的資源利用率(SLE)、或考慮全網(wǎng)負載的均衡路由選擇子問題：FR，AFR，AR波長分配子問題：FF，LL，MaxSum…24路由波長分配(RWA)問題RWA（Routingand三種波長分配算法（1）First-Fit（首次命中）：對全網(wǎng)中的波長按一定順序排列，選擇波長時依次查找，選擇首先可用的波長。（2）LeastLoaded（最小負載）：選擇能夠使瓶頸鏈路中可用波長容量最大的波長（負荷最?。?。（3）MAX-SUM（最大和）：波長的選擇應(yīng)使整個網(wǎng)絡(luò)的剩余容量為最大。25三種波長分配算法（1）First-Fit（首次命中）：對全網(wǎng)4、全光網(wǎng)的同頻串?dāng)_串?dāng)_原因：（1）復(fù)用器/解復(fù)用器引入的串?dāng)_

（2）光開關(guān)

的隔離度有限（3）濾波器引入的串?dāng)_

類型：(1）異頻串?dāng)_（2）同頻串?dāng)_相干串?dāng)_非相干串?dāng)_264、全光網(wǎng)的同頻串?dāng)_串?dāng)_原因：26智能的OXC/OADM節(jié)點結(jié)構(gòu)示意圖

27智能的OXC/OADM節(jié)點結(jié)構(gòu)示意圖271、光纖通信概述光纖通信的層次架構(gòu)光纖通信的特點主要優(yōu)點傳輸頻帶寬、通信容量大傳輸損耗小中繼距離長抗電磁干擾能力強保密性能好體積小、重量輕原材料來源豐富潛在價格低廉不足之處易碎不易接續(xù)

……

事物往往都有兩面性，人們利用的是其優(yōu)點！281、光纖通信概述光纖通信的層次架構(gòu)1光纖通信系統(tǒng)的基本組成下圖示出單向傳輸?shù)墓饫w通信系統(tǒng)，包括發(fā)射、接收和作為廣義信道的基本光纖傳輸系統(tǒng)。光纖通信系統(tǒng)的目的是傳送信號，因此可以根據(jù)信號的具體傳輸過程不同進行分類。

29光纖通信系統(tǒng)的基本組成下圖示出單向傳輸?shù)墓饫w通信系統(tǒng)，包括發(fā)2、波分復(fù)用的定義波分復(fù)用是光纖通信中特有的一種傳輸技術(shù)，它利用了一根光纖可以同時傳輸多個不同波長的光載波的特點，將光纖的低損耗窗口劃分成若干個波段，每個波段用作一個獨立的通道傳輸一種預(yù)定波長的光信號。通常將波分復(fù)用縮寫為ＷＤＭ(WavelengthDivisionMultiplexing)。

302、波分復(fù)用的定義波分復(fù)用是光纖通信中特有的一種傳輸技術(shù)，它波分復(fù)用原理光波分復(fù)用的基本原理是在發(fā)送端將不同波長的光信號組合起來（復(fù)用），并耦合進光纜線路上同一根光纖中進行傳輸，在接收端將組合波長的光信號進行分離（解復(fù)用），并作進一步處理后恢復(fù)出原信號送入不同終端。光發(fā)送機λ1光發(fā)送機λ2光發(fā)送機λ3光接收機λ3光接收機λ2光接收機λ1復(fù)用器解復(fù)用器λ1λ2…31波分復(fù)用原理光波分復(fù)用的基本原理是在發(fā)送端將不同波長的光信號ITU－TDWDM標(biāo)稱波長頻率(THz)波長(nm)頻率(THz)波長(nm)頻率(THz)波長(nm)196.1001528.77194.8001538.98193.5001549.32196.0001529.55194.7001539.77193.4001550.12195.9001530.33194.6001540.56193.3001550.92195.8001531.12194.5001541.35193.2001551.72195.7001531.90194.4001542.14

193.1001552.52195.6001532.68194.3001542.94193.0001553.33195.5001533.47194.2001543.73192.9001554.13195.4001534.25194.1001544.53192.8001554.94195.3001535.04194.0001545.32192.7001555.75195.2001535.82193.9001546.12192.6001556.55195.1001536.61193.8001546.92192.5001557.36195.0001537.40193.7001547.72192.4001558.17194.9001538.19193.6001548.51192.3001558.98

頻率間隔=100GHz波長間隔約0.8nm192.2001559.79192.1001560.6132ITU－TDWDM標(biāo)稱波長頻率(THz)波長(WDM技術(shù)的主要優(yōu)勢利用多個波長并行傳輸，充分利用光纖的巨大帶寬資源，使單根光纖的傳輸容量比單波長傳輸增加幾倍、幾十倍甚至幾百倍，節(jié)省線路投資各波長的信道相對獨立，可同時傳輸不同類型、不同速率的信號可降低對O/E，E/O器件的超高速要求在光域傳輸?shù)耐该餍院酶叨鹊慕M網(wǎng)靈活性、經(jīng)濟性和可靠性33WDM技術(shù)的主要優(yōu)勢利用多個波長并行傳輸，充分利用光纖的巨大（1）角色散型（光柵型）（2）干涉型(干涉膜濾波器型,

AWG型)（3）單模光纖耦合器型（見耦合器）3、WDM復(fù)用器件34（1）角色散型（光柵型）3、WDM復(fù)用器件7光柵型d為光柵常數(shù),k是光柵的衍射級數(shù),N是光柵的槽數(shù)?？梢?要得到性能好的光柵，總槽數(shù)N應(yīng)盡量多，光柵常數(shù)d應(yīng)盡量小，并盡量選用高的衍射級數(shù)。特點:并行器件，它可以同時分開多路不同波長的信號，使各路的插損都差不多。角色散本領(lǐng)色分辨本領(lǐng)題7圖（P178）光柵方程：

35光柵型d為光柵常數(shù),k是光柵的衍射級數(shù),N是光柵的槽數(shù)。干涉型（1）干涉膜濾波器型多層介質(zhì)薄模自聚焦透鏡構(gòu)成:36干涉型多層介質(zhì)薄模構(gòu)成:9多層介質(zhì)薄膜A1和A2路程差：相位差：透射波長：m是整數(shù)。37多層介質(zhì)薄膜A1和A2路程差：相位差：透射波長：m是整數(shù)。1薄膜透射性質(zhì)38薄膜透射性質(zhì)11安裝在自聚焦軸上的波分復(fù)用器件采用光垂直入射到干涉膜上,消除偏振敏感性。39安裝在自聚焦軸上的波分復(fù)用器件采用光垂直入射到干涉膜上,消除特點:干涉膜濾光片型解復(fù)用器具有插損小、隔離度高、工作穩(wěn)定等優(yōu)點;通帶特性好,邊沿陡峭,頂部有較大的平頂,對波長漂移的容差較大;但它是一種串行器件，當(dāng)復(fù)用路數(shù)較多時，各路的插損差異較大。

干涉膜型解復(fù)用器特性示例40特點:干涉膜濾光片型解復(fù)用器具有插損小、隔離度高、工作穩(wěn)定等（3）陣列波導(dǎo)光柵ArrayedWaveguideGrating陣列波導(dǎo)光柵（AWG）由輸入波導(dǎo)、兩個平面耦合波導(dǎo)、陣列波導(dǎo)（其路徑長度依次遞減）和輸出波導(dǎo)構(gòu)成，可在輸出端的不同位置形成主極強.

41（3）陣列波導(dǎo)光柵陣列波導(dǎo)光柵（AWG）由輸入波導(dǎo)、兩個平面陣列波導(dǎo)光柵的濾波特性集成光器件，可作為波長路由器；對溫度較為敏感鄰近信道隔離度較差.42陣列波導(dǎo)光柵的濾波特性集成光器件，可作為波長路由器；154、波分復(fù)用系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)光監(jiān)控信道（OSC）——監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)各信道的傳輸情況。在發(fā)送端，插入本節(jié)點產(chǎn)生的波長λs為的光監(jiān)控信號（如幀同步、公務(wù)及各種網(wǎng)管開銷字節(jié)），與主信道的光信號合波輸出；在接收端，將收到的光信號進行分離，輸出為λs波長的光監(jiān)控信號和業(yè)務(wù)信道光信號。光轉(zhuǎn)發(fā)器1光轉(zhuǎn)發(fā)器n光合波器BALAPA光分波器光接收器1光接收器n光監(jiān)控信道發(fā)送器光監(jiān)控信道接收/發(fā)送器光監(jiān)控信道接收器網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)434、波分復(fù)用系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)光監(jiān)控信道（OSC）——監(jiān)控系統(tǒng)1、光傳送網(wǎng)(OTN)的產(chǎn)生WDM技術(shù)的出現(xiàn)為傳送網(wǎng)絡(luò)的容量擴展提供了一種很好的解決方法。開始人們稱這種提供客戶信號透明傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)“全光通信網(wǎng)”，后來ITU-T將其定名為光傳送網(wǎng)(OTN)。OTN是指為客戶層信號提供光域處理的傳送網(wǎng)絡(luò)，主要的功能包括傳送、復(fù)用、選路、監(jiān)視和生存性功能等。OTN處理的最基本的對象是光波長，客戶層業(yè)務(wù)以光波長形式在光網(wǎng)絡(luò)上復(fù)用、傳輸、放大，在光域上分插復(fù)用和交叉連接，為客戶信號提供有效和可靠的傳輸。OTN的主要特點是引入了“光層”概念。441、光傳送網(wǎng)(OTN)的產(chǎn)生WDM技術(shù)的出現(xiàn)為傳送網(wǎng)絡(luò)的容量SDH網(wǎng)絡(luò)WDM網(wǎng)絡(luò)電路層電路層通道層電通道層復(fù)用段層電復(fù)用段層再生段層光層物理層物理層光傳送網(wǎng)電路層電路層虛通道PDH通道層SDH通道層虛通道電復(fù)用段層電復(fù)用段層光信道層光復(fù)用段層光傳輸段層物理層WDM全光網(wǎng)的分層結(jié)構(gòu)45SDH網(wǎng)絡(luò)WDM網(wǎng)絡(luò)電路層電路層通道層電通道層復(fù)用段層電復(fù)用

2、OXC節(jié)點結(jié)構(gòu)光交叉連接(OXC)設(shè)備是光網(wǎng)絡(luò)最重要的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，具有光通道的交叉連接和本地上下路兩個主要功能。462、OXC節(jié)點結(jié)構(gòu)光交叉連接(OXC)設(shè)備是光網(wǎng)絡(luò)最重要波長變換器改變傳輸波長而保持其所載的信息不變兩種基本類型：光電型和全光型OROS波長可調(diào)利用非線性光學(xué)原理（如四波混頻）用SOA＋濾波器可構(gòu)成波長變換器（類似于電的混頻器）為降低費用，在OXC中采用部分波長變換器47波長變換器改變傳輸波長而保持其所載的信息不變OROS波長可調(diào)波長交叉的OXC類型WDM光路交換的基本單元(粒度)——光波長基于空間交換的OXC結(jié)構(gòu)

a.基于空間光開關(guān)矩陣和波分復(fù)用/解復(fù)用器對的OXC結(jié)構(gòu)

b.基于空間光開關(guān)矩陣和可調(diào)諧濾波器的OXC結(jié)構(gòu)

c.基于分送耦合開關(guān)的OXC結(jié)構(gòu)

d.基于平行波長開關(guān)的OXC結(jié)構(gòu)基于波長交換的OXC結(jié)構(gòu)

a.基于陣列波導(dǎo)光柵復(fù)用器的三級波長交換OXC結(jié)構(gòu)

b.

完全基于波長交換的OXC結(jié)構(gòu)基于光開關(guān)和基于電