DWDM原理教材

DWDM基本原理

λ1λ2λ3λ4λ5…λn输出（入）第三章 DWDM关键技术

衍射光栅λ1λ2λ…λn输入（出）

图3-15 闪烁光栅DWDM器件原理

闪烁光栅型滤波器具有优良的波长选择性，可以使波长的间隔缩小到0.5nm左右。另外，光栅型器件是并联工作的，插入损耗不会随复用通路波长数的增加而增加，因而可以获得较多的复用通路数，已能实现131个波长间距为0.5nm的复用，其隔离度也较好。当波长间隔为1nm时隔离度可以高达55dB。闪烁光栅的缺点是插入损耗较大，通常有3~8dB，对极化很敏感，光通路带宽/通路间隔比尚不很理想，使光谱利用率不够高，对光源和DWDM器件的波长容错性要求较高。此外，其温度漂移随所用材料的热膨胀系数和折射率变化而变化，典型器件的温度漂移大约为0.012nm/℃，比较大。若采用温度控制措施，则温度漂移可以减少至0.0004nm/℃。因此，对于DWDM器件采用温控措施是可行和必要的。

这类光栅在制造上要求较精密，不适合于大批量生产，因此往往在实验室的科学研究中应用较多。

除上述传统的光纤器件外，布拉格光纤光栅滤波器的制造技术也逐渐成熟起来，它的制造方法是利用高功率紫外光波束干涉，从而在光纤纤芯区形成周期性的折射率变化，精度可达每厘米10000线，如图3-16所示。布拉格光纤光栅的设计和制造比较快捷方便，成本较低，插入损耗很小，温度特性稳定，其滤波特性带内平坦，而带外十分陡峭（滚降斜率优于150dB/nm，带外抑制比高达50dB），整个器件可以直接与系统中光纤熔为一体，因此可以制作成信道间隔非常小的带通或带阻滤波器，目前在DWDM系统中得到了广泛的应用。然而这类光纤光栅滤波器的波长适用范围较窄，只适用于单个波长，带来的好处是可以随着使用的波长数而增减滤波器，应用比较灵活。

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第三章 DWDM关键技术

紫外光干涉λ1λ2λ3λ2周期性折射率变化（光栅）

图3-16 光导纤维中布拉格光栅滤波器

3.3.2 介质薄膜型DWDM器件

介质薄膜滤波器型DWDM器件是由介质薄膜（DTF）构成的一类芯交互型DWDM器件。DTF干涉滤波器是由几十层不同材料、不同折射率和不同厚度的介质膜，按照设计要求组合起来，每层的厚度为1/4波长，一层为高折射率，一层为低折射率，交替叠合而成。当光入射到高折射层时，反射光没有相移；当光入射到低折射层时，反射光经历1800相移。由于层厚1/4波长（900），因而经低折射率层反射的光经历3600相移后与经高折射率层的反射光同相叠加。这样在中心波长附近各层反射光叠加，在滤波器前端面形成很强的反射光。在这高反向射区之外，反射光突然降低，大部分光成为透射光。据此可以使薄膜干涉型滤波器对一定波长范围呈通带，而对另外波长范围呈阻带，形成所要求的滤波特性。薄膜干涉型滤波器的结构原理如图3-17所示。

介质薄膜滤波器DWDM器的主要特点是，设计上可以实现结构稳定的小型化器件，信号通带平坦且与极化无关，插入损耗低，通路间隔度好。缺点是通路数不会很多。具体特点还与结构有关，例如薄膜滤波器型DWDM器在采用软型材料的时候，由于滤波器容易吸潮，受环境的影响而改变波长；采用硬介质薄膜时材料的温度稳定性优于0.0005nm/℃。另外，这种器件的设计和制造过程较长，产量较低，光路中使用环氧树脂时隔离度不易很高，带宽不易很窄。

在DWDM系统中，当只有4至16个波长DWDM时，使用该型DWDM器件，是比较理想的。

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第三章 DWDM关键技术

λ1-4λ1滤波器自聚焦棒透镜λ1λ3滤波器λ2λ3λ4玻璃

图3-17 薄膜干涉滤光器型分波器原理

3.3.3 熔锥型DWDM器

光纤耦合器有两类，应用较广泛的是熔拉双锥（熔锥）式光纤耦合器，即将多根光纤在热熔融条件下拉成锥形，并稍加扭曲，使其熔接在一起。由于不同的光纤的纤芯十分靠近，因而可以通过锥形区的消失波耦合来达到需要的耦合功率。第二种是采用研磨和抛光的方法去掉光纤的部分包层，只留下很薄的一层包层，再将两根经同样方法加工的光纤对接在一起，中间涂有一层折射率匹配液，于是两根光纤可以通过包层里的消失波发生耦合，得到所需要的耦合功率。熔锥式DWDM器件制造简单，应用广泛。

3.3.4 集成光波导型DWDM器

集成光波导型DWDM器是以光集成技术为基础的平面波导型器件，典型制造过程是在硅片上沉积一层薄薄的二氧化硅玻璃，并利用光刻技术形成所需要的图案并腐蚀成型。该器件可以集成生产，在今后的接入网中有很大的应用前景，而且，除了DWDM器之外，还可以作成矩阵结构，对光信道进行上/下分插（OADM），是今后光传送网络中实现光交换的优选方案。

使用集成光波导DWDM器较有代表性的是日本NTT公司制作的阵列波导光栅（Arrayed Waveguide Grating）光合波分波器，它具有波长间隔小、信道数多、通

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第三章 DWDM关键技术

带平坦等优点，非常适合于超高速、大容量DWDM系统使用。其结构示意图如图

波导光栅λ1……λ2自由空间扇形波导扇形波导3-18所示。

图3-18 AWG DWDM器原理

3.3.5 DWDM器件性能

表3-1 各种DWDM器件性能的比较

器件类型 衍射光栅型 介质薄膜型 机理 角色散 干涉/吸收 批量生产 一般 一般 通道间隔（nm） 0.5~10 1~100 通道数 131 2~32 串音（dB） ≤-30 ≤-25 插入损耗（dB） 3~6 2~6 主要缺点 温度敏感 通路数较少 通路数少 插入损耗大 熔锥型 集成光波导型 波长依赖型 较容易 平面波导 容易 10~100 1~5 2~6 4~32 ≤-（10~45） ≤-25 0.2~1.5 6~11

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