波分復(fù)用系統(tǒng)的發(fā)展和應(yīng)用

孫永健 張吉全

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波分復(fù)用系統(tǒng)的發(fā)展和應(yīng)用

孫永健 張吉全

中國人民解放軍69036部隊(duì)，新疆 巴州 841000

回顧了波分復(fù)用技術(shù)的發(fā)展進(jìn)程，簡介了波分復(fù)用系統(tǒng)的構(gòu)成、常用的波分復(fù)用器件、應(yīng)用中的關(guān)鍵技術(shù)，并展望了波分復(fù)用技術(shù)的發(fā)展趨勢。

波分復(fù)用；光放大器；非線性光學(xué)效應(yīng)；光傳送網(wǎng)

1 WDM系統(tǒng)的構(gòu)成

WDM系統(tǒng)可以分為單向傳輸方式和雙向傳輸方式；從它對外的光接口來看，又可分為集成式WDM系統(tǒng)和開放式WDM系統(tǒng)。單向傳輸?shù)募墒较到y(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示，n個光發(fā)射機(jī)分別發(fā)射n個不同波長，經(jīng)過光波分復(fù)用器（OM）合到一起，再經(jīng)過功率放大（OA），與監(jiān)控信息一起耦合進(jìn)單根光纖中傳輸。到接收端，先進(jìn)行功率預(yù)放大（OA），再經(jīng)過具有光波長選擇功能的解復(fù)用器（OD），將不同波長的光信號分開，送到n個光接收機(jī)接收[1]。對于點(diǎn)到點(diǎn)的長距離WDM系統(tǒng)，中繼站可以采用線路光放大器補(bǔ)償光纖損耗。為保持客戶信號傳送的透明性，帶線路放大器的WDM系統(tǒng)需要附加光監(jiān)控信道（OSC），對光層進(jìn)行監(jiān)視和管理。如圖1所示，OSC的傳輸應(yīng)該是分段的，且具有3R（定時、再生、整形）功能和雙向傳輸功能，在每個光放大中繼站上，監(jiān)控信號應(yīng)能分出和插入。ITU-T已經(jīng)規(guī)范光監(jiān)控信道（OSC）的波長應(yīng)在1510?nm±10?nm，速率為2?Mbit/s，采用CMI碼型。WDM系統(tǒng)還可以分為集成式和開放式兩種。集成式系統(tǒng)是指接入合波器的SDH終端具有滿足G.692的光接口，即具有標(biāo)準(zhǔn)的光波長和滿足長距離傳輸?shù)墓庠?。所以，集成式系統(tǒng)是把標(biāo)準(zhǔn)的光波長和滿足長距離傳輸?shù)墓庠醇稍赟DH系統(tǒng)中。整個系統(tǒng)構(gòu)造比較簡單，沒有增加多余設(shè)備。但當(dāng)非標(biāo)準(zhǔn)波長的老SDH系統(tǒng)接入WDM系統(tǒng)時，還必須引入波長轉(zhuǎn)換器（OTU），將波長轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)波長。開放式系統(tǒng)是在波分復(fù)用器前加入OTU（波長轉(zhuǎn)換器），O-TU輸出端具有標(biāo)準(zhǔn)的光波長和滿足長距離傳輸?shù)墓庠?，可以將輸入的非?guī)范的波長轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)波長。開放是指在同一WDM系統(tǒng)中，可以接入不同廠商的SDH系統(tǒng)。ITU-T已建議以193.1?THz（即1552.52?nm）值作為WDM的參考頻率[2]，在此頻率兩側(cè)安排復(fù)用信道，規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)的波長間隔為0.8?nm（在1.55μm波段對應(yīng)100?GHz頻率間隔）的整數(shù)倍。我國國標(biāo)“光波分復(fù)用系統(tǒng)總體技術(shù)要求”中對32路以及16通路、8通路的WDM系統(tǒng)中心波長進(jìn)行了規(guī)范，32通路WDM系統(tǒng)的頻帶可以分離為藍(lán)帶和紅帶兩個頻帶，紅帶的范圍是1560.61～1548.51?nm，藍(lán)帶的范圍是1547.72～1535.82?nm，每個頻帶中安排16個波長，通帶間隔為0.8?nm（100?GHz）。16和8通路系統(tǒng)都安排在紅帶，通帶間隔分別為0.8?nm和1.6?nm（100?GHz和200?GHz）對于32、16和8通路WDM系統(tǒng)，在壽命終了時最大中心頻率偏移為±20?GHz（約為0.16?nm）[3]。

2 波分解復(fù)用器

波分復(fù)用/解復(fù)用器件是WDM系統(tǒng)的重要組成部分，是關(guān)系波分復(fù)用系統(tǒng)的性能的關(guān)鍵器件，必須確保其質(zhì)量。對波分復(fù)用器件的主要要求是：插入損耗小，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)用路數(shù)多，尺寸小等。目前，WDM復(fù)用系統(tǒng)中常用的復(fù)用、解復(fù)用器主要有光柵型、干涉膜濾波器型、陣列波導(dǎo)光柵型和光纖方向耦合器型。光柵型解復(fù)用器是一種并行器件，它可以同時分開多路不同波長的信號，使各路的插損都一樣，具有解復(fù)用路數(shù)多，插損較小、分辨率較高等優(yōu)點(diǎn)。干涉膜濾波器型解復(fù)用器工作穩(wěn)定，串?dāng)_較小。但這是一種串行器件，當(dāng)復(fù)用路數(shù)較多時，各路的插損差異較大。如圖1所示。

圖1

陣列波導(dǎo)光柵型（AWG）復(fù)用/解復(fù)用器是由輸入波導(dǎo)，兩個平面耦合波導(dǎo)，陣列波導(dǎo)和輸出波導(dǎo)構(gòu)成的[4]。當(dāng)多波長信號在第一個平面波導(dǎo)中發(fā)生衍射而耦合進(jìn)長度依次遞增的陣列波導(dǎo)后，產(chǎn)生不同的傳輸延遲，然后在第二個耦合波導(dǎo)中相干疊加。這種陣列波導(dǎo)長度差所引起的作用和光柵溝槽平面所起的作用相同，從而表現(xiàn)出光柵的功能和特性，這就是AWG名稱的來源。精確設(shè)計(jì)陣列波導(dǎo)的路徑數(shù)和長度差，可以使不同波長的信號在第二個平面耦合波導(dǎo)輸出端的不同位置形成主極強(qiáng)，分別耦合到不同的輸出波導(dǎo)中，從而起到解復(fù)用器的作用。光纖方向耦合器價格低廉，在WDM系統(tǒng)中可以作為多路復(fù)用器，但損耗較大。尤其是多路復(fù)用時，路數(shù)每增加一倍，損耗就要增加3 dB。

3 WDM系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

（1）EDFA技術(shù)。摻鉺光纖放大器（EDFA）以其優(yōu)越的特性在WDM系統(tǒng)中獲得廣泛的應(yīng)用。但在應(yīng)用中需要解決以下問題：在級連EDFA的WDM系統(tǒng)中，放大的自發(fā)輻射（ASE）噪聲會逐漸積累，OSNR（光信噪比）會下降。因此，根據(jù)目標(biāo)距離選用性能好的EDFA，并使其工作在最佳的狀態(tài)和最佳的級連方式，以保證OSNR在國標(biāo)要求的22?dB以上。在級連EDFA的WDM系統(tǒng)中，由于EDFA的增益不平坦及WDM器件和光纖對不同信道的損耗不同，造成自濾波效應(yīng)，使復(fù)用信道之間的功率不均衡。

（2）非線性光學(xué)效應(yīng)的抑制。非線性光學(xué)效應(yīng)是光場和物質(zhì)相互作用時發(fā)生的一些現(xiàn)象。在強(qiáng)電場的情況下，非線性極化是導(dǎo)致非線性光學(xué)效應(yīng)的原因。對WDM系統(tǒng)影響較大的非線性光學(xué)效應(yīng)有受激喇曼散射（SRS）、自相位調(diào)制（SPM）和四波混頻（FWM）。受激喇曼散射限制了光纖中傳輸?shù)淖畲蠊β剩▏鴺?biāo)規(guī)定不論復(fù)用路數(shù)是多少，功率放大器的最大輸出功率為+ 17?dBm），并引起波分復(fù)用系統(tǒng)中的串?dāng)_。SPM導(dǎo)致頻譜展寬，這也是一種頻率啁啾，但這種啁啾與GVD（群速度色散）之間的相互作用可能引起一些新的特點(diǎn)。

[1]林衡.淺析光纖通信系統(tǒng)中波分復(fù)用技術(shù)的應(yīng)用[J].黑龍江科技信息，2014（13）：133.

[2]馮衛(wèi)，邵憶群，羅玉娟，等.光纖通信系統(tǒng)中波分復(fù)用技術(shù)的應(yīng)用[J].電子技術(shù)與軟件工程，2013（19）：24.

[3]余發(fā)科.試論密集波分復(fù)用（DWDM）通信傳輸技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用與發(fā)展[J].中國科技博覽，2013（14）：167-168.

[4]魏麗芳，閆仕林，尚再平.淺談光波分復(fù)用技術(shù)在電力系統(tǒng)通信中的應(yīng)用[J].中小企業(yè)管理與科技，2012（10）：273-274.

Development and application of wavelength division multiplexing system

Sun Yongjian Zhang Jiquan

Chinese people’s Liberation Army 69036，Xinjiang Bazhou 841000

This paper reviews the development of WDM technology，introduces the key technologies，wavelength division multiplexing system used in WDM devices，applications，and the prospect of WDM technology.

wavelength division multiplexing；optical amplifier；nonlinear optical effect；optical transport network

TN929.1

A

1009-6434（2017）01-0011-02