波分复用器(第八章光波分复用技术及关键器件)PPT课件.ppt

第10章光波分复用器 8 1光波分复用技术 8 2光波分复用器 8 3光分 插复用器 8 4光交叉连接器 1 电时分复用 TDM 存在的问题 电子瓶颈 限制 10Gb s 40Gb s 光纤色散限制单波长通信系统远不能有效利用光纤带宽 问题的提出 2 光纤损耗谱特性 3 仅利用光纤的两个低损耗传输窗口 总带宽超过30THz 全波光纤的带宽更宽 光纤的可利用带宽非常宽 若一根光纤仅传输一个波长信号 是对光纤带宽资源的极大浪费 因此 产生了光波分复用技术 4 1 波分复用的定义2 波分复用的原理3 波分复用技术的发展4 波分复用系统的基本结构5 波分复用的技术优势 8 1光波分复用技术 5 1 波分复用的定义 光波分复用 WDM WavelengthDivisionMultiplexing 在一根光纤中同时传输多个波长光信号的一项技术 6 2 波分复用的原理 光波分复用的基本原理 在发送端将不同波长的光信号组合起来 复用 并耦合进光缆线路上同一根光纤中进行传输 在接收端将组合波长的光信号进行分离 解复用 并作进一步处理后恢复出原信号送入不同终端 7 波分复用原理示意图 光发送机 1 光发送机 2 光发送机 3 光接收机 3 光接收机 2 光接收机 1 复用器 解复用器 1 2 N 单根光纤 8 3 波分复用技术的发展 CWDM 利用1 3和1 55 m附近两个低损耗窗口构成两个波长的WDM系统 由于1310 1550nm的复用超出了EDFA的增益范围 只在一些专门场合应用 DWDM 在1 55 1 50 1 60 m窗口 同时用8 16或更多个波长的WDM系统 其中各波长之间的间隔约为1 6nm 0 8nm或更小 对应于200GHz 100GHz或更窄的频率间隔 DWDM技术得到广泛应用 9 目前水平 商用系统 40 10Gb s实验室 82 40Gb s 3 28Tb s基于WDM和波长选路的光传送网已成为主要的核心网 10 4 波分复用系统的基本结构 光转发器1 光转发器n 光合波器 BA LA PA 光分波器 光接收器1 光接收器n 光监控信道发送器 光监控信道接收 发送器 光监控信道接收器 光发送机 光接收机 光中继放大 光纤 光纤 网络管理系统 s s s s 1 n n 1 n 1 n 1 11 光发送机 将来自不同终端的多路光信号分别由光转发器 OTU 转换为各自特定波长的光信号后 经光合波器合成组合光信号 再通过光功率放大器 BA 放大输出至光纤中传输 光中继放大 用采用了增益平坦技术的EDFA LA 实现对不同波长光信号的相同增益放大 光接收机 先由前置光放大器 PA 放大经传输衰减的主信道光信号 再用分波器从主信道光信号中分出不同特定波长的光信号 12 光监控信道 OSC 监控系统内各信道的传输情况 在发送端 插入本节点产生的波长为 s的光监控信号 如帧同步 公务及各种网管开销字节 与主信道的光信号合波输出 在接收端 将收到的光信号进行分离 输出为 s波长的光监控信号和业务信道光信号 网络管理系统 通过光监控信道物理层传送的开销字节到其他结点或接收来自其他结点的开销字节对WDM进行管理 实现配置 故障 安全 性能管理等功能 并与上级管理系统通信 13 WDM系统的基本构成主要有以下两种形式 双纤单向传输和单纤双向传输 1 双纤单向传输单向WDM传输 指所有光通路同时在一根光纤上沿同一方向传送 由于各信号是通过不同光波长携带的 彼此之间不会混淆 在接收端通过光解复用器将不同波长的信号分开 完成多路光信号传输的任务 14 双纤单向传输 15 2 单纤双向传输双向WDM传输 指光通路在一根光纤上同时向两个不同的方向传输 所用波长相互分开 以实现双向全双工的通信 单纤双向WDM传输 16 双向WDM系统的优点 可以减少使用光纤和线路放大器的数量 双向WDM系统的缺点 其开发和应用相对说来要求较高 如为了抑制多通道干扰 MPI 必须注意光反射的影响 双向通路之间的隔离 串扰的类型和数值 两个方向传输的功率电平值和相互间的依赖性 光监控信道 OSC 传输 自动功率关断等 要使用双向光纤放大器 17 5 WDM技术的主要优势 充分利用光纤的巨大带宽资源 同时传输多种不同类型的信号 节省线路投资 降低器件的超高速要求 高度的组网灵活性 经济性和可靠性 18 1 光分复用器的定义2 光分复用器的光学特性3 光分复用器的重要参数4 几种光波分复用器 8 2光波分复用器 19 插入损耗2 串音3 通带带宽 20 4 1棱镜解复用器 21 是一种用来耦合不同波长的光信号或者分离不同波长的光信号的无源器件 1 波分复用器的定义 从原理上讲 这种器件是互易的 双向可逆 即只要将解复用器的输出端和输入端反过来使用 就是复用器 因此复用器和解复用器是相同的 除非有特殊的要求 22 主要光学特性 2 波分复用器的光学特性 a 解复用器 中心波长中心波长范围 平均信道间隔的10 中心波长对应的最小插损 隔离度 解复用器波长 插入损耗关系曲线图 23 主要光学特性 b 复用器 中心波长中心波长范围 平均信道间隔的10 中心波长对应的最小插损 复用器波长 插入损耗关系曲线图 24 3 几种波分复用器 a 干涉膜型光波分复用器 25 b 嵌入式光波分复用器 优点 全光纤构成 省去准直元件 降低了插入损耗 光纤和滤光片有一定角度 有效地抑制了回波损耗 易于批量生产 产品一致性好 26 熔锥光纤型波分复用器结构和特性 27 c 模耦合型光波分复用器 对特定波长为 1和 2 选择光纤参数 调整耦合长度 使 在直通臂 P1out 1 1 P1out 2 0 在耦合臂 P2out 1 0 P2out 2 1 对于 1和 2分别为1 3 m和1 55 m的模耦合型解复用器 可以做到附加损耗为0 5dB 波长隔离度大于20dB 28 29 两种提高模耦合型波分复用器隔离度的基本方法 串拉法 混合方式 30 4 3介质膜滤干涉滤波器解复用器 MultilayerDielectricThin FilmFilter多层介质膜 通过某一波长 阻止其它波长 31 32 d 介质膜多波长光波分复用器 基于窄带介质薄膜滤光片的8通道波分复用 解复用器 33 介质膜波分复用器的缺点 波长数不大于16CH 波长间隔不小于0 8nm 价格较高 是16通道WDM系统中主要选用的器件 介质膜波分复用器的优点 通带特性好 平顶 隔离度高 25dB 偏振相关损耗小 0 2dB 插损低 5 7dB 采用高稳定的带通滤光片 温度敏感性小 0 0005nm oC 不需温控 34 e 光栅型多波长光波分复用器 采用普通透镜的WDM 采用渐变折射率透镜 简化了装置的校准 在Si衬底上沉积环氧树脂后制造成光栅 多波长信号经光纤输入和普通透镜或棒透镜聚焦在反射光栅上 反射光栅将各波长分开 然后经透镜将各个波长的光聚焦在各自的光纤 35 光栅型波分复用器的缺点 温度敏感 0 01nm oC 需温度补偿 温控 材料补偿 高斯型通带 采用特殊技术可实现平顶 但增大损耗 光栅型波分复用器的优点 波长通道数大 132Ch 通道间隔小 商用 0 4nm 插损不随通道数增加 6 7dB 36 3 阵列波导光栅解复用器 AWG array waveguide grating 37 AWG器件实物样品 5 5AWG器件樣品 38 39 阵列波导光栅 AWG 也称作相位阵列 PhasedArray 是WDM通信系统中的关键器件 除了可作为波分复用 解复用器外 它还是光互连器件的关键组成部分 已经成为WDM系统中不可缺少的核心器件 40 列阵波导光栅复用器能同时提供有波长选择的N N联结 它可以工作在高衍射级 因而可有10 2纳米级的分辨率 同时 它还可用作分波器 合波器 波长选择开关 多波长激光器等 41 用SiO2 InGaAsP In以及多种有机材料制备的实用化器件已经出现 它结构紧凑 集成度高 性能稳定 信号畸变小 通道间窜扰小 误码率低 输入输出及片内的损耗都较低 可以确信 采用列阵波导光栅的高可靠性的N通道的DWDM光互联系统是可以实现的 42 AWG由三个主要部分 即输入 输出 I O 光波导阵列 两个相同的自由传播区的平板波导和弯曲的波导阵列 I O光波导阵列和弯曲的波导阵列通过平板波导连接 SiO2 Si和InGaAsP InP是目前最为成熟的材料系统 43 44 45 46 47 48 AWG得主要性能指标包括低的中心波长偏移 高的通带光谱响应 低的信道串扰 低的插入损耗和低的偏损依赖性等 由于AWG主要应用是DWDM系统的WDM DEWDM器件 其信道波长间隔相当窄 因此 必须精确地控制AWG的中心波长 49 AWG应用 波长路由器波长路由器即NXN型复用 解复用 每根输入波导中的N个不同波长的光波分布到N个输出波导中 分布规律如下图所示 每根输出波导接