第4章 光通信器件4

基本原理：在發(fā)送端將不同波長的光信號組合起來(復用)耦合到光纜線路上的同一根光纖中進行傳輸在接收端將組合波長的光信號分開(解復用)進一步處理，恢復出原信號后送入不同的終端波分復用技術

光波分復用(WavelengthDivisionMultiplexing，WDM)技術是在一根光纖中同時傳輸多個波長光信號的一項技術。將此項技術稱為光波長分割復用技術，簡稱光波分復用技術。4.5.7波分復用器可以充分利用光纖的巨大帶寬潛力大容量長途傳輸時可以節(jié)約大量的光纖波分復用通道對數據格式是透明的，即與信號速率及電調制方式無關。

同一光纖中傳輸的信號波長彼此獨立，因而可以傳輸特性完全不同的信號，完成各種電信業(yè)務信號的綜合和分離，包括數字信號和模擬信號的綜合與分離。主要特點發(fā)展過程在80年代初，光纖通信興起之初，人們想到并首先采用的是在光纖的兩個低損耗窗口1310nm和1550nm窗口各傳送1路光波長信號，也就是131Onm／155Onm兩波分的WDM系統，這種系統在我國也有實際的應用。很長一段時間內在人們的理解中，WDM系統就是指波長間隔為數十nm的系統例如1310nm／1550nm兩波長系統（間隔達200多nm）。因為在當時的條件下，實現幾個nm波長間隔是不大可能的。發(fā)展過程隨著1550nm窗口EDFA的商用化，WDM系統的應用進入了一個新時期。人們不再利用1310nm窗口，而只在1550nm窗口傳送多路光載波信號。由于這些WDM系統的相鄰波長間隔比較窄（一般（1.6nm），且工作在一個窗口內共享EDFA光放大器，為了區(qū)別于傳統的WDM系統，人們稱這種波長間隔更緊密的WDM系統為密集波分復用系統。密集，是指相臨波長間隔而言。過去WDM系統是幾十nm的波長間隔，現在的波長間隔小多了，只有（0.8～2）nm，甚至<0.8nm。密集波分復用技術其實是波分復用的一種具體表現形式。由于DWDM光載波的間隔很密，因而必須采用高分辨率波分復用器件來選取，例如平面波導型或光纖光柵型等新型光器件，而不能再利用熔融的波分復用器件。波分復用器件1、熔錐型波分復用器件利用熔錐型耦合器的波長依賴性可以制作WDM器件，耦合器的耦合長度Lc隨波長而異。對于一特定的耦合器，不同波長的理想功率耦合比(即抽頭比或相對輸出功率)呈正弦形，從而形成對不同波長具有不同通透性的濾波特性，據此可以構成WDM器件。1550nm980nm1550nm980nm1550nm980nm雙波長熔錐型波長耦合器的特性2、光柵型波分復用器輸入的多波長復合信號聚焦在反射光柵上；光柵對不同波長光的衍射角不一樣，從而把復合信號分解為不同波長的分量；然后由透鏡聚焦在每根輸出光纖上。

光纖硅衍射光柵普通透鏡

l1l2l3lll123++d硅光柵漸變折射透鏡

光纖l1l2l3lll123++入射光波dsinqqd12qLl1l2光柵成像平面y2y1(a)透射光柵(b)普通透鏡反射光柵(c)漸變折射率透鏡反射光柵光柵型波分復用器結構示意圖（透鏡型）光纖透鏡光柵1231231+2+31+2+31+2+3123光纖棒透鏡光柵1+2+31231+2+3123光柵型波分復用器結構示意圖（棒透鏡型）3、介質薄膜干涉型波分復用器介質薄膜光濾波器解復用器利用光的干涉效應選擇波長。連續(xù)反射光在前表面相長干涉復合，在一定的波長范圍內產生高能量的反射光束，在這一范圍之外，則反射很小。這樣通過多層介質膜的干涉，就使一些波長的光通過，而另一些波長的光透射。入射光反射光透射光折射率高高低低4l高濾波器1濾波器2l1321,,lll2l3l32,ll介質薄膜型波分復用器件的工作原理用介質薄膜構成典型的解復用器波導光柵自由空間耦合區(qū)輸入輸出12N......DL=常數neffl1l2lN...lNl1l2扇形波導列陣波導型光柵（AWG）波分復用器4、列陣波導型波分復用器件工作原理

AWG是由長度不同的幾個通道波導構成，輸入輸出波導群和兩個扇形平面波導一起集成在襯底上。 入射的光經過第一個扇形波導衍射而被擴散，AWG的各個波導是無耦合的分離配置，其長度差為ΔL，透過波導后，在輸出的扇形波導中傳輸的光是相互干涉的，在端部輸出波導中依據干涉條件輸出，各波導輸出的中心波長為： 式中n為波導折射率，m為衍射級數。 這個過程就是分波過程，若光進行的方向反過來，就是合波器的工作原理。光波分復用器的性能參數

光波分復用器是波分復用系統的重要組成部分，為了確保波分復用系統的性能，對波分復用器的基本要求是：

?插入損耗小

?隔離度大

?帶內平坦，帶外插入損耗變化陡峭

?

溫度穩(wěn)定性好

?復用通路數多

?尺寸小等調制有直接調制和外調制兩種方式。直接調制是信號直接調制光源的輸出光強。外調制是信號通過外調制器對連續(xù)輸出光進行調制。激光器激光器輸出調制光電信號直接調制幅度或相位調制器輸出調制光電信號連續(xù)光信號外調制4.5.8調制器外調制外調制方式是讓激光器連續(xù)工作，把外調制器放在激光器輸出端之后。用承載信息的信號通過調制器對激光器的連續(xù)輸出進行調制。只要調制器的反射足夠小，激光器的線寬就不會增加。為此，通常要插入光隔離器。最常用的調制器是電光調制器和電吸收調制器。激光器幅度或相位調制器輸出調制光電信號連續(xù)光信號外調制調制器的工作原理

調制器可以用電光效應、磁光效應或聲光效應來實現。最有用的調制器是利用具有強電光效應的鈮酸鋰(LiNbO3)晶體制成的。 這種晶體的折射率n和外加電場E的關系為n=n0+αE+βE2 式中，n0為E=0時晶體的折射率。α和β是張量，稱為電光系數。根據不同取向，當β=0時，n隨E按比例變化，稱為線性電光效應或普克爾(Pockel)效應。

當α=0時，n隨E2按比例變化，稱為二次電光效應或克爾(Kerr)效應。調制器是利用線性電光效應實現的，因為折射率n隨外加電場E(電壓U)而變化，改變了入射光的相位和輸出光功率。由于外加電場控制著兩