第九章-光纖通信復(fù)用技術(shù)

第九章-光纖通信復(fù)用技術(shù)第一頁，共93頁。光時分復(fù)用(OTDM)光碼分復(fù)用(OCDM)光波分復(fù)用(WDM)光頻分復(fù)用(OFDM)光空分復(fù)用(OSDM)光副載波復(fù)用(OSCM)9.1光纖通信復(fù)用技術(shù)的概念第二頁，共93頁。9.1.1光時分復(fù)用(OTDM)技術(shù)定義：OTDM是用多路電信號調(diào)制具有同一個光頻的不同光通道（時隙），經(jīng)復(fù)用后在同一根光纖中傳輸?shù)募夹g(shù)，它在系統(tǒng)發(fā)送端對多個低速率數(shù)據(jù)流在光域進(jìn)行復(fù)用，在接收端用光學(xué)方法進(jìn)行解復(fù)用。

第三頁，共93頁。電TDM和光TDM系統(tǒng)的比較電時分復(fù)用光時分復(fù)用OTDM技術(shù)是電時分復(fù)用技術(shù)在光學(xué)領(lǐng)域的延伸和擴(kuò)展，使用高速光電器件代替了電子器件，完全在光域上實(shí)現(xiàn)從低速率到高速率的復(fù)用，克服了電TDM所固有的電子瓶頸問題。第四頁，共93頁。比特間插分組間插OTDM可分為比特間插OTDM和分組間插OTDM比特間插OTDM主要用于電路交換業(yè)務(wù)。分組間插OTDM主要用于分組交換業(yè)務(wù)。第五頁，共93頁。比特間插OTDM的實(shí)現(xiàn)如下：復(fù)用解復(fù)用第六頁，共93頁。光時分復(fù)用的特點(diǎn)：（1）各光網(wǎng)絡(luò)單元是在不同時隙依次進(jìn)入光功率分配器，并合成一路光信號，其信號按時間既緊湊又不重疊地排列著，與各光網(wǎng)絡(luò)單元的輸入信號相比，提高了傳輸速率；（2）OTDM系統(tǒng)采用的歸零碼完全適合于比特級的全光信號處理，從而使超高速幀頭處理成為可能；（3）光時分復(fù)用只利用一個光載波就可傳送多路光脈沖信號，因此，可大幅度提高系統(tǒng)容量，如與DWM相結(jié)合，即利用多個光載波來實(shí)現(xiàn)時分多路光脈沖信號的傳送，可成倍地提高系統(tǒng)容量；（4）采用光時分復(fù)用技術(shù)比較容易實(shí)現(xiàn)信道的按需分配。第七頁，共93頁。9.1.2光碼分復(fù)用(OCDM)技術(shù)光碼分復(fù)用OCDM的工作原理與電碼分復(fù)用相似，都是利用地址碼調(diào)制和擴(kuò)展頻譜的原理來實(shí)現(xiàn)多址通信。OCDM系統(tǒng)給每個信道分配一個唯一的光正交碼作為該信道的地址碼，對要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息用該地址碼進(jìn)行光編碼，將多路光編碼信號調(diào)制在同一光波上在光纖信道中傳輸，實(shí)現(xiàn)多信道復(fù)用，接收端用與發(fā)送端相應(yīng)的地址碼進(jìn)行光解碼，即可恢復(fù)出原信道的信號。

第八頁，共93頁。OCDM系統(tǒng)與傳統(tǒng)的電域CDMA系統(tǒng)比較OCDM系統(tǒng)采用單極性正交碼作為地址碼，它與傳統(tǒng)的電域CDMA系統(tǒng)所采用的擴(kuò)頻序列有著本質(zhì)區(qū)別。傳統(tǒng)的擴(kuò)頻序列為雙極性擴(kuò)頻碼，取值為（+1，-1，具有良好的自相關(guān)和互相關(guān)特性。而這種雙極性擴(kuò)頻序列不能應(yīng)用于現(xiàn)有的強(qiáng)度調(diào)制直接檢測光纖通信中，這種雙極性擴(kuò)頻碼在二值域（1，0）上取值，其互相關(guān)峰很大，對系統(tǒng)的性能有致命影響。OCDM系統(tǒng)所采用的單極性正交碼是在二值域（1，0）上取值，具有尖銳的自相關(guān)峰和弱的互相關(guān)性。第九頁，共93頁。OCDM系統(tǒng)的編解碼方式：時域編碼，時域編碼利用時域的光序列進(jìn)行編碼，也稱為擴(kuò)頻編碼；頻域編碼，它對光脈沖的光譜進(jìn)行編碼，又稱為光譜編碼；空域編碼，是利用空間光纖進(jìn)行編碼。技術(shù)上最成熟的是時域編碼。第十頁，共93頁。OCDM系統(tǒng)時域編碼的原理第十一頁，共93頁。光纖延遲線編解碼器是一種實(shí)現(xiàn)時域編解碼的基本器件，利用短脈沖激勵不同長度的光纖可獲得不同的延遲。

固定光纖延遲線編解碼器可調(diào)光纖延遲線編碼器第十二頁，共93頁。定義：為支持較多的用戶同時接入，必須增加地址碼的碼長，這樣光纖延遲線的數(shù)目、長度會相應(yīng)增加，編解碼器的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。為此，可采用跳頻OCDM系統(tǒng),它采用二維的光正交碼，即每個地址碼序列同時在時域和頻域上擴(kuò)展。跳頻OCDM系統(tǒng)第十三頁，共93頁。OCDM技術(shù)具有如下優(yōu)勢：

能實(shí)現(xiàn)光信號的直接復(fù)用與交換；實(shí)現(xiàn)點(diǎn)到點(diǎn)、點(diǎn)到多點(diǎn)的通信，并且一個節(jié)點(diǎn)的故障不影響系統(tǒng)中的其他節(jié)點(diǎn)；具有很高的保密性、安全性；光信號處理簡單，大大降低了收發(fā)設(shè)備的成本。第十四頁，共93頁。9.1.3光波分復(fù)用(WDM)技術(shù)定義：在一根光纖中傳輸多個波長信道的技術(shù)就是波分復(fù)用（WDM）技術(shù)，又稱為光波長分割復(fù)用。

特點(diǎn)：大量不同的波長信道可以同時在一芯光纖中傳輸，使通信容量成倍或數(shù)十倍、數(shù)百倍地增長。第十五頁，共93頁。波分復(fù)用分類根據(jù)相鄰信道波長之間的間隔不同粗波分復(fù)用（CWDM）,相鄰信道中心波長的間隔為50-100nm密集波分復(fù)用（DWDM）,相鄰信道中心波長的間隔為1-10nm第十六頁，共93頁。9.1.4光頻分復(fù)用(OFDM)技術(shù)定義：光頻分復(fù)用是指光頻率的細(xì)分，當(dāng)多個光信道在光頻域內(nèi)排列非常密集時，不適于用波長來表征而更適于用頻率來衡量，這時稱之為光頻分復(fù)用。一般將相鄰光載波間隔小于1nm的系統(tǒng)，稱為OFDM系統(tǒng)。第十七頁，共93頁。9.1.5光空分復(fù)用(OSDM)技術(shù)定義：空分復(fù)用（SDM）是指利用空間的分割實(shí)現(xiàn)復(fù)用的一種方式，將多根光纖組合成束實(shí)現(xiàn)空分復(fù)用，或者在同一根光纖中實(shí)現(xiàn)空分復(fù)用。空分復(fù)用包括光纖復(fù)用和波面分割復(fù)用。第十八頁，共93頁。光纖復(fù)用是指將多根光纖組合成束，組成多個信道，相互獨(dú)立傳輸。

波面分割復(fù)用是指在同一根光纖中的纖芯區(qū)域光束沿空間進(jìn)行波面分割復(fù)用。第十九頁，共93頁。9.1.6光副載波復(fù)用(OSCM)技術(shù)光副載波復(fù)用（OSCM）技術(shù)是多路信號經(jīng)不同的載波調(diào)制后，經(jīng)由同一光波長在光纖上傳輸?shù)囊环N復(fù)用方式。第二十頁，共93頁。SCM系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)較為簡單，成本較低；可以傳輸模擬信號，也可以傳輸數(shù)字信號，還可以同時傳輸；接收靈敏度較高；信道之間相互獨(dú)立，不需要復(fù)雜的定時同步技術(shù)。

第二十一頁，共93頁。9.1光纖通信復(fù)用技術(shù)的概念9.2光波分復(fù)用技術(shù)9.3密集光波分復(fù)用(DWDM)技術(shù)

9.4光波分復(fù)用系統(tǒng)的應(yīng)用舉例

第9章光纖通信復(fù)用技術(shù)第二十二頁，共93頁。光波分復(fù)用原理光波分復(fù)用技術(shù)的主要特點(diǎn)WDM系統(tǒng)的分類9.2光波分復(fù)用技術(shù)第二十三頁，共93頁。9.2.1光波分復(fù)用原理在發(fā)送端采用復(fù)用器（合波器）將不同波長的光信號進(jìn)行合并，在接收端利用解復(fù)用器（分波器）將合并的光信號分開并送入不同的終端。第二十四頁，共93頁。9.2.2光波分復(fù)用技術(shù)的主要特點(diǎn)超大容量傳輸。傳輸多種不同類型信號。多種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用形式。擴(kuò)充網(wǎng)絡(luò)容量、減少投資。組網(wǎng)靈活可靠。實(shí)用高效、性能優(yōu)良、業(yè)務(wù)透明。降低器件的超高速要求。光波分復(fù)用器結(jié)構(gòu)簡單、體積小、可靠性高。第二十五頁，共93頁。9.2.3WDM系統(tǒng)的分類集成式WDM系統(tǒng)要求復(fù)用終端的光信號的波長符合系統(tǒng)的規(guī)范開放式WDM系統(tǒng)復(fù)用終端光接口沒有特別的要求第二十六頁，共93頁。9.1光纖通信復(fù)用技術(shù)的概念9.2光波分復(fù)用技術(shù)9.3密集光波分復(fù)用(DWDM)技術(shù)

9.4光波分復(fù)用系統(tǒng)的應(yīng)用舉例

第9章光纖通信復(fù)用技術(shù)

第二十七頁，共93頁。9.3密集光波分復(fù)用(DWDM)技術(shù)DWDM系統(tǒng)構(gòu)成DWDM系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)DWDM復(fù)用器光波長轉(zhuǎn)換器（OTU）第二十八頁，共93頁。9.3.1DWDM系統(tǒng)構(gòu)成DWDM系統(tǒng)主要由六部分組成，即光發(fā)射機(jī)、光中繼放大器、光接收機(jī)、光監(jiān)控信道、網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)和光纖，其基本結(jié)構(gòu)和工作原理如下圖。第二十九頁，共93頁。在發(fā)送端，光發(fā)射機(jī)將來自終端設(shè)備符合G.957協(xié)議的非特定波長的光信號經(jīng)光波轉(zhuǎn)發(fā)器（OTU）轉(zhuǎn)換為G.692定義的穩(wěn)定的特定波長的光信號，然后利用光合波器將多個不同波長的光信號合成多通路光信號，再通過光功率放大器放大后送入光纖信道。光中繼放大器把單根光纖中多個波長的光信號同時放大以補(bǔ)償線路損耗，從而延長通信距離。目前一般使用EDFA，對不同波長增益平坦。在接收端，經(jīng)傳輸而衰減的主信道光信號由光前置放大器放大后，利用分波器從主信道光信號中分出各個特定波長的光信號，再經(jīng)OTU轉(zhuǎn)換成原終端設(shè)備所具有的非特定波長的光信號。光監(jiān)控信道主要用以監(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(diǎn)產(chǎn)生的波長為λs（1510nm）的光監(jiān)控信號，與主信道的光信號合波輸出；在接收端，從接收到的光信號中分離出光監(jiān)控信號。幀同步字節(jié)、公務(wù)字節(jié)和網(wǎng)管所用的開銷字節(jié)等都能通過光監(jiān)控信道傳輸。由于光監(jiān)控信號是利用EDFA工作波段以外的波長，所以光監(jiān)控信號不能通過EDFA，只能在EDFA后面插入，在EDFA前面取出。網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)通過光監(jiān)控信道傳送開銷字節(jié)到其他節(jié)點(diǎn)或者接收其他節(jié)點(diǎn)的開銷字節(jié)對DWDM系統(tǒng)進(jìn)行管理，實(shí)現(xiàn)配置管理、故障管理、性能管理、安全管理等功能，并與上層管理系統(tǒng)（如TMN）相連。第三十頁，共93頁。DWDM系統(tǒng)的基本構(gòu)成主要有三種基本形式雙纖單向傳輸單纖雙向傳輸光分路插入傳輸?shù)谌豁摚?3頁。雙纖單向DWDM傳輸如圖所示。第三十二頁，共93頁。單纖雙向DWDM傳輸如圖所示。第三十三頁，共93頁。光分路插入傳輸結(jié)構(gòu)如下圖所示第三十四頁，共93頁。DWDM系統(tǒng)中的主要設(shè)備

DWDM激光器光波復(fù)用器光接收器光放大器第三十五頁，共93頁。DWDM激光器幾乎所有的DWDM系統(tǒng)都工作在1550nm的低耗波長區(qū)。光傳輸功耗小，能保證盡可能大的傳輸距離和更好的信號完整性。光波復(fù)用器光復(fù)用器是雙向可逆的，將一個光復(fù)用器的輸入和輸出調(diào)換過來，就是解復(fù)用器。光接收器負(fù)責(zé)檢測進(jìn)入的光波信號，并將它轉(zhuǎn)換為一種適當(dāng)?shù)碾娦盘枺员憬邮赵O(shè)備處理。光放大器用來提升光信號，補(bǔ)償由于長距離傳輸而導(dǎo)致光信號的功耗和衰減。第三十六頁，共93頁。9.3.2DWDM系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)DWDM系統(tǒng)需要很多與其功能相適應(yīng)的高新技術(shù)和器件，DWDM的關(guān)鍵技術(shù)包括三個方面光源技術(shù)光濾波技術(shù)光放大技術(shù)第三十七頁，共93頁。（1）光源技術(shù)DWDM系統(tǒng)中光源的突出特點(diǎn)是：有比較大的色散容納值和標(biāo)準(zhǔn)而穩(wěn)定的波長。DWDM系統(tǒng)中常用的光源主要有分布反饋激光器（DFB）量子阱（QW）半導(dǎo)體激光器摻鉺光纖激光器波長可調(diào)諧激光器第三十八頁，共93頁。分布反饋激光器（DFB）是一種典型的單縱模激光器（SLM），其產(chǎn)生單縱模的機(jī)制是利用布喇格反射原理。布喇格反射是指光波在兩種不同介質(zhì)的交界面上具有周期性的反射點(diǎn)，當(dāng)光入射時將產(chǎn)生周期性的反射，反射光的波長與光柵的距離A有關(guān)，通過調(diào)整光柵的距離即可得到所需工作波長的激光。第三十九頁，共93頁。量子阱（QW）半導(dǎo)體激光器是一種窄帶隙有源區(qū)夾在寬帶隙半導(dǎo)體材料中間或交替重疊的半導(dǎo)體激光器，如圖9.17所示第四十頁，共93頁。摻鉺光纖激光器利用光纖光柵技術(shù)，把摻鉺光纖相隔一定長度的兩處寫入光柵，兩光柵之間相當(dāng)于諧振腔，光波的傳輸由光纖承擔(dān)。泵浦光從摻鉺光纖激光器左邊光柵耦合進(jìn)入光纖，由于光柵的選頻作用，諧振腔只能反饋某一特定波長的光，輸出單頻激光，再經(jīng)過隔離器輸出線寬窄、功率高、噪聲低的激光。

第四十一頁，共93頁。（2）光濾波技術(shù)光濾波器只允許特定波長（頻率）的光順利通過，也稱為濾光器。其作用是在接收機(jī)前從多信道復(fù)用的光信號中選擇出一定波長的信號，以供接收機(jī)進(jìn)行接收。F-P光腔型濾波器光柵型濾波器介質(zhì)膜濾波器波導(dǎo)型濾波器第四十二頁，共93頁。F-P光濾波器三種介質(zhì)由一對高度平行的高反射率鏡面分割開，形成一個波長選擇性的F-P光濾波器腔體。諧振腔腔長為L，材料折射率為n，當(dāng)光波入射左鏡子的角度為θ時，其中部分入射光透過鏡子射向右鏡子，光波在右鏡子處部分透射（T1），部分反射。反射的光波在左鏡子處部分透射（R1），部分反射。然后新的反射光波在右鏡子處又一次部分透射（T2），部分反射，這樣一直持續(xù)下去，以至于右鏡子處有無數(shù)多的透射波。與激光的相干長度相比，鏡子間的距離非常小，所有這些波可以看作來自同一相干激光光源，如果這些波之間的相位差為2π的整數(shù)倍，即同相，那么它們相干相加，這些波都將發(fā)送出去。確定波長的因素是L，n和θ，通過設(shè)計這三個參數(shù)，即可實(shí)現(xiàn)波長的可調(diào)諧。第四十三頁，共93頁。F-P光腔型濾波器又分多種形式

電致伸縮型，通外加電壓改變壓電陶瓷的伸縮性，使諧振腔的腔長發(fā)生變化，從而實(shí)現(xiàn)波長的調(diào)諧電可調(diào)液晶光濾波器，用外加直流電場改變液晶分子的取向，從而改變腔中填充材料的折射率來實(shí)現(xiàn)諧振頻率的微調(diào)。角度可調(diào)F-P光腔型濾波器，其中的基本元件是裝在一個可旋轉(zhuǎn)支架上的F-P標(biāo)準(zhǔn)具（F-P諧振腔），通過轉(zhuǎn)動支架改變F-P諧振腔的激光束的入射角來調(diào)整諧振波長。第四十四頁，共93頁。電可調(diào)液晶光濾波器

第四十五頁，共93頁。角度可調(diào)F-P光腔型濾波器

第四十六頁，共93頁。（3）光放大技術(shù)定義：光放大器是一種不需要經(jīng)過光/電/光變換而直接對光信號進(jìn)行放大的有源器件，能高效補(bǔ)償光功率在光纖傳輸中的損耗，延長通信系統(tǒng)的傳輸距離。作用：光放大器不但可以對光信號進(jìn)行放大，同時還具有實(shí)時、高增益、寬帶、在線、低噪聲、低損耗的全光放大功能，是長距離、大容量、高速率光通信系統(tǒng)不可缺少的關(guān)鍵器件。第四十七頁，共93頁。光放大器在DWDM系統(tǒng)中主要有三種用途在發(fā)射機(jī)端，用作功率放大器以提高發(fā)射機(jī)功率，稱為功率放大；在接收機(jī)端，用作光預(yù)放大器以提高光接收機(jī)靈敏度，稱為前置放大；在光纖線路中，用作中繼放大器以補(bǔ)償傳輸損耗延長傳輸距離，稱為中繼放大或線路放大。第四十八頁，共93頁。在DWDM系統(tǒng)中，應(yīng)用最多的是摻鉺光纖放大器（EDFA）。特點(diǎn)：EDFA具有高增益、低噪聲、大輸出功率，寬頻帶等優(yōu)點(diǎn)。為確保傳輸質(zhì)量，DWDM系統(tǒng)中需要增益平坦和增益鎖定的EDFA。第四十九頁，共93頁。為改善EDFA的增益平坦性，目前采用的解決技術(shù)主要有兩種增益均衡技術(shù)。利用損耗特性與放大器的同一波長特性相反的增益均衡器來抵消增益不均勻性

光纖技術(shù)。采用改變光纖材料或者利用不同光纖的組合來改變摻鉺光纖的增益特性，噪聲特性和擴(kuò)展增益帶寬

第五十頁，共93頁。9.3.3DWDM復(fù)用器波分復(fù)用/解復(fù)用器件可實(shí)現(xiàn)將多個不同波長的光信號結(jié)合在一起送入一根光纖中傳輸，或者將一根光纖中傳輸?shù)亩鄠€不同波長的光信號分解后送入不同接收機(jī)，也稱為光合波器/分波器。波分復(fù)用器件提出的基本要求，主要是插入損耗及其偏差小，隔離度大；帶內(nèi)平坦，帶外插入損耗變化陡峭；溫度穩(wěn)定性好，工作穩(wěn)定、可靠；復(fù)用通路數(shù)多和尺寸小等。

第五十一頁，共93頁。插入損耗插入損耗是指由于增加光波分復(fù)用器/解復(fù)用器而產(chǎn)生的附加損耗，定義為波分復(fù)用器件的輸入和輸出端口之間的光功率之比，即第五十二頁，共93頁。串?dāng)_抑制度串?dāng)_抑制度是指其他信道的信號耦合進(jìn)某一信道，并使該信道傳輸質(zhì)量下降的影響程度，有時也可用隔離度來表示這一程度。第五十三頁，共93頁?；夭〒p耗回波損耗是指從波分復(fù)用器件的輸入端口返回的光功率與輸入光功率的比，即第五十四頁，共93頁。反射系數(shù)反射系數(shù)是指在波分復(fù)用器件的給定端口的反射光功率Pr與入射光功率Pj之比，即第五十五頁，共93頁。工作波長范圍:指波分復(fù)用器件能夠按照規(guī)定的性能要求工作的波長范圍（λmin到λmax）。信道寬度:指各光源之間為避免串?dāng)_應(yīng)具有的波長間隔。偏振相關(guān)損耗:偏振相關(guān)損耗（PDL:PolarizationdependentLoss）是指由于偏振態(tài)的變化所造成的插入損耗的最大變化值。第五十六頁，共93頁。波分復(fù)用器的分類熔錐光纖型光波分復(fù)用器Mach-Zahnder濾波器型光波分復(fù)用器光柵型光波分復(fù)用器多層介質(zhì)膜干涉濾光片（MI）型波分復(fù)用器光纖布拉格光柵（FBG）型波分復(fù)用器陣列波導(dǎo)光柵（AWG）型波分復(fù)用器第五十七頁，共93頁。1.熔錐光纖型光波分復(fù)用器的制作與結(jié)構(gòu)如下圖：利用消逝波耦合原理進(jìn)行分波或合波。當(dāng)通過熔拉兩根單模光纖使兩根光纖的纖芯相互充分靠近時，單模光纖中的兩個基模（LP01橫電橫磁混合模）會通過瞬逝波產(chǎn)生相互耦合，在一定的耦合系數(shù)和耦合長度下，不同波長成分的光功率可互易地由一根光纖轉(zhuǎn)移到另一根光纖，從而實(shí)現(xiàn)分波、合波效果。第五十八頁，共93頁。熔錐光纖型光波分復(fù)用器優(yōu)點(diǎn):制作容易，使用方便，插入損耗非常低；缺點(diǎn)是尺寸稍大，復(fù)用波長數(shù)少，隔離度較差，復(fù)用的兩光信號的波長差較大，一般不適合在DWDM系統(tǒng)中應(yīng)用。第五十九頁，共93頁。2.Mach-Zahnder濾波器型光波分復(fù)用器使用兩條不同長度的干涉路徑來決定不同的波長輸出。

第六十頁，共93頁。MZI作為一個解復(fù)用器假設(shè)多波長信號從輸入端口1輸入，經(jīng)過第一個定向耦合器后，輸入光功率分成功率相等的兩束分別進(jìn)入兩波導(dǎo)臂，但是在兩臂上的信號有了π/2的相差，下臂上信號的相位比上臂滯后π/2。如果下臂與上臂的長度差為ΔL，則下臂信號的相位進(jìn)一步滯后βΔL，β=(2πn)/λ，n為介質(zhì)折射率，λ為光波長。在第二個定向耦合器的輸出端口1處，來自下臂的信號又比來自上臂的信號延遲了π/2，因此，在輸出端口1處，兩信號總的相位差為π/2+βΔL+π/2。在輸出端口2處，兩信號總的相位差為π/2+βΔL-π/2=βΔL。輸出端口1:βΔL=π的奇數(shù)倍輸出端口2:βΔL=π的偶數(shù)倍第六十一頁，共93頁。基于MZI的集成的四波分復(fù)用/解復(fù)用器第六十二頁，共93頁。3.光柵型光波分復(fù)用器定義：光柵是指在一塊能夠透射或反射的平面上刻出一系列平行且等距的槽痕，形成許多具有相同間隔的狹縫，可使入射的多波長復(fù)合光分散為各個波長分量的光，或者相反，使入射的多個不同波長的光聚集為復(fù)合光。光柵對不同波長光的衍射角不同，不同波長成分的光信號將以不同的角度出射.第六十三頁，共93頁。光柵型光波分復(fù)用器原理圖傳統(tǒng)的透鏡作準(zhǔn)直器件

第六十四頁，共93頁。自聚焦透鏡作準(zhǔn)直器件

第六十五頁，共93頁。光柵種類較多，但用于DWDM系統(tǒng)中的主要是閃耀光柵，閃耀光纖能使入射光方向矢量幾乎垂直于光柵表面上執(zhí)行反射的溝槽平面，形成所謂的利特羅（Littow）結(jié)構(gòu)，可以提高衍射效率，降低插入損耗。Littow結(jié)構(gòu)的光柵方程為：對于Littrow安裝方式，i≈θ，因而器件的角色散本領(lǐng)為：

光柵的總槽數(shù)N和k成正比，因此，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盡量小，并盡量選用高的衍射級數(shù)。第六十六頁，共93頁。4.多層介質(zhì)膜濾波器利用多層介質(zhì)膜的濾光作用選擇波長，使某波長的光通過，其他波長的光被反射。介質(zhì)膜濾波器由多層不同折射率的介質(zhì)膜組合而成，一層為高折射率一層為低折射率相間組成。通過選擇薄膜層的幾何結(jié)構(gòu)及折射系數(shù)，兩層之間的多個反射引起的干涉就會把需要傳輸?shù)牟ㄩL透射出去，并把其余的波長通過介質(zhì)膜反射回來。第六十七頁，共93頁。4.介質(zhì)膜濾波器當(dāng)光程差等于光波長的整數(shù)倍時，A1和A2同相相長而形成強(qiáng)的透射波。

第六十八頁，共93頁。將多個波長的濾波器以一定的結(jié)構(gòu)如圖所示組合起來，可構(gòu)成所需信道數(shù)的解復(fù)用器信道1信道2信道8LensLensLensLensLens信道71,…81287公共端第六十九頁，共93頁。MI濾波器優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)是可實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的小型化器件，信號通帶較平坦，與極化無關(guān)，溫度特性很好，可達(dá)0.001nm/℃。缺點(diǎn)是插入損耗隨復(fù)用通路數(shù)增多而加大，所以通路數(shù)不會很多。第七十頁，共93頁。5.光纖布喇格光柵（FBG）型波分復(fù)用器定義：是一種反射型光纖光柵，可以用作一個波長選擇性的反射鏡，使正向傳輸模同反向傳輸模之間發(fā)生耦合，這種光纖光柵只對在布喇格波長及其附近很窄的波長范圍內(nèi)的光發(fā)生反射，而不影響其他波長的光通過，光柵實(shí)際上就成為一個窄帶的反射濾波器。第七十一頁，共93頁。設(shè)兩列波沿著同一方向傳播，其傳播常數(shù)分別為β0和β1，布喇格相位匹配條件為：假設(shè)傳播常數(shù)為β0的光波從左向右傳播，如果滿足相位匹配條件：則這個光波的能量可以耦合到沿它相反的方向傳播的具有相同波長的反射光中去。β0=2πneff/λ0，其中λ0為輸入光的波長，neff為波導(dǎo)或光纖的有效折射率。也就是說，如果λ0=2neffΛ，光波將發(fā)生反射，這個波長λ0就稱為布喇格波長。

第七十二頁，共93頁。隨著入射光波的波長偏離布喇格波長，其反射率就會降低，如圖所示第七十三頁，共93頁。利用光纖光柵的選擇反射作用可以制作出光環(huán)形器（OpticalCirculator）環(huán)形器的工作原理是任何一路光波信號從其一個端口輸入，將從其下一個環(huán)繞環(huán)形器的相鄰接口輸出。第七十四頁，共93頁。FBG解復(fù)用器在光纖中多波長的光從左到右進(jìn)行傳輸，經(jīng)過了環(huán)形器的端口1和λ2，波長λ2在FBG中被反射進(jìn)入端口2，之后就從端口3下路。

第七十五頁，共93頁。6.陣列波導(dǎo)光柵（AWG）型波分復(fù)用器陣列波導(dǎo)光柵（AWG：ArrayWaveguideGrating）集成陣列波導(dǎo)光柵是一種平面光波導(dǎo)的無源器件。由輸入波導(dǎo)、兩個聚集平面耦合波導(dǎo)、陣列波導(dǎo)光柵和輸出波導(dǎo)構(gòu)成。構(gòu)成陣列波導(dǎo)光柵的是許多長度按ΔL依次線性遞增的光臂構(gòu)成，利用相鄰的波導(dǎo)的長度差別來產(chǎn)生在輸出端耦合器處所需的相位關(guān)系。

第七十六頁，共93頁。AWG結(jié)構(gòu)和工作原理AWGl1l2l3l4l1l2

l3

l4

第七十七頁，共93頁。當(dāng)多波長信號被激發(fā)進(jìn)某一輸入波導(dǎo)時，此信號將在第一個平面波導(dǎo)中發(fā)生衍射而耦合進(jìn)陣列波導(dǎo)。光經(jīng)過不同的波導(dǎo)路徑到達(dá)第二個平面耦合波導(dǎo)時，產(chǎn)生不同的相位延遲，在第二個耦合波導(dǎo)中相干疊加。在不同通路中選路的波長之間的相位差可以使這些從同一個輸入端來的信號選路到不同的輸出端，在輸出端的各光纖上可獲得具有一定排列順序的單波長信號。如果輸入端只有單路的多波長信號，則構(gòu)成1×N的解復(fù)用器；如果輸入端為M路多波長信號，則構(gòu)成M×N的光路由器。

第七十八頁，共93頁。AWG型光波分復(fù)用器的優(yōu)點(diǎn)AWG型光波分復(fù)用器具有波長間隔小，信道數(shù)多，適于批量生產(chǎn)，重復(fù)性好，可以和有源器件集成組成OEIC等優(yōu)點(diǎn)。第七十九頁，共93頁。9.3.4光波長轉(zhuǎn)換器（OTU）

開放式DWDM系統(tǒng)的特點(diǎn)是復(fù)用終端光接口沒有特別的要求，為了把SDH系統(tǒng)接入開放式DWDM復(fù)用系統(tǒng)中，開放式DWDM系統(tǒng)必須依靠波長轉(zhuǎn)換器這一關(guān)鍵器件來實(shí)現(xiàn)波長轉(zhuǎn)換，將復(fù)用終端的光信號轉(zhuǎn)換成指定的波長。定義：光波長轉(zhuǎn)換器（OTU）是把某一個波長的輸入光信號轉(zhuǎn)換成另一個波長或者同一個波長的輸出光信號的器件。光電型（O/E/O）波長轉(zhuǎn)換器全光型（O/O）波長轉(zhuǎn)換器

第八十頁，共93頁。1.光電型波長轉(zhuǎn)換器主要作用：是把非標(biāo)準(zhǔn)的波長轉(zhuǎn)換為ITU-T所規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)波長，以滿足系統(tǒng)的波長兼容性。先用光電檢測器（光電二極管PIN或APD）把接收到的光信號轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)定時再生（3R）后，產(chǎn)生再生的電信號和時鐘信號，再用該電信號對標(biāo)準(zhǔn)波長的激光器重新進(jìn)行調(diào)制，從而實(shí)現(xiàn)波長變換。

第八十一頁，共93頁。光電型波長轉(zhuǎn)換器優(yōu)點(diǎn)系統(tǒng)原理簡單，對信號具有再生能力，輸入光功率動態(tài)范圍較大，無需光濾波器件，對輸入偏振不敏感，技術(shù)上較為成熟，比較容易實(shí)現(xiàn)，性能穩(wěn)定，應(yīng)用廣泛等。無法實(shí)現(xiàn)光信號的完全透明傳輸