WDM概念与器件关注的问题-Read.ppt

第十章WDM概念与器件 关注的问题 1 什么是波分复用 WDM 技术 为什么要使用WDM技术 2 WDM系统中使用的无源器件 耦合器 马赫 曾德复用器 阵列波导光栅 光纤光栅3 WDM系统中使用的有源器件 可调光源 可调滤波器 10 1WDM的工作原理 在1300 1600nm光谱范围内 以一定的间隔隔开的多个波长可以在同一根光纤中独立传播 例 这两个低损耗波长窗口可以容纳290个40 Gb sPSK信号 点到点的波分复用系统 波分复用器 100GHz间隔的WDM信道频谱 WDM系统的优点 1 系统容量可以很容易升级如果每个波长可以承载40Gb s的信息 那么一根光纤若同时传输100个波长就能实现4Tb s的传输 2 可以保持数据的透明性WDM的信道都可以独立地携带任意的传输格式 它们之间可以不同步 数据速率可以不同 可以是模拟的或者数字的 3 可以用于构造波长路由光网络光网络交换节点除了可以执行时间和空间两个维度的交换之外还可以利用波长进行交换 多维的交换让光网络具有更高的灵活性 关注的问题 1 什么波分复用 WDM 技术 为什么要使用WDM技术 2 WDM系统中使用的无源器件 光耦合器 马赫 曾德复用器 阵列波导光栅 光纤光栅3 WDM系统中使用的有源器件 可调光源 可调滤波器 光耦合器 2 2 耦合器的应用 功率分配 耦合器的分类 光纤耦合器 波导耦合器 衬底 SiO2 2 2光纤耦合器 拉伸区2L W L 由拉伸时决定 W 由加热的火焰宽度决定 光耦合示意 P1和P2跟什么因素有关 P2 P1 耦合器内的光功率分布 随位移的变化 假设耦合器无损耗 k是耦合系数 P1和P2与拉伸区宽度有关 耦合器内的光功率分布 随波长的变化 P1和P2与入射波长有关 例如成品上会标注 1550nm50 50 影响耦合光功率的参数 耦合光功率P2跟以下参数有关 拉伸区长度2L W注入光束的波长l拉伸区内逐渐变小的光纤半径r k耦合区中两根光纤的半径差Dr k光纤折射率分布 k 散射矩阵 无损耗 假设器件无损耗 k是耦合系数 z是耦合区长度e sin kz 例 e 0 5的散射矩阵可以写成令Ein 2 0 则有那么可以得到两个端口的输出功率为 和 P1 P2 1 1的2x2光耦合器称为3dB耦合器 散射矩阵 有损耗 a是损耗系数 2 2光纤耦合器的参数 例 2 2双锥形光纤耦合器的输入光功率为P0 200mW 另外三个端口的输出功率分别为P1 90mW P2 85mW 可以求得为 2 2波导耦合器 可改变量 w 宽度 S 间距 n 折射率 N N星型耦合器 多根光纤一起熔融技术难度大 主要是众多光纤之间的耦合响应控制比较困难 因此难以制作大规模的光耦合器 P P N 级联的办法构造大规模光耦合器 类似于交换结构中的baselinenetwork 构成一个N N耦合器所需3dB耦合器的数量 一个N N星形耦合器附加损耗 级联光耦合器的损耗 其中FT 0 1 为通过每个3dB耦合器的附加损耗比 关注的问题 1 什么波分复用 WDM 技术 为什么要使用WDM技术 2 WDM系统中使用的无源器件 耦合器 马赫 曾德复用器 阵列波导光栅 光纤光栅3 WDM系统中使用的有源器件 可调光源 可调滤波器 Mach ZehnderInterferometer MZI 应用 外调制器 波分复用 解复用器 DPSK解调 控制w1和w2中光的相位差 并使之在输出端产生相长 消干涉 w1 w2 3dBcoupler 3dBcoupler MZI复用器 解复用器 如果输入波长满足bDL 2k 1 p p 2 bDL p 2 bDL p bDL 信号从上端口输出 如果输入波长满足bDL 2kp 信号从下端口输出 解复用 2 2MZI复用器 对于给定的两个间隔为Dv的波长信道 当DL满足关系 时 l1和l2可以被复用在一起 多端口的MZI复用器 关注的问题 1 什么波分复用 WDM 技术 为什么要使用WDM技术 2 WDM系统中使用的无源器件 耦合器 马赫 曾德复用器 阵列波导光栅 光纤光栅3 WDM系统中使用的有源器件 可调光源 可调滤波器 基于相位阵列的WDM器件 相邻波导长度差DL 阵列波导光栅AWG是MZI的扩展 N N AWG工作原理 AWG应用 1 复用 解复用器2 波长路由选择开关 j个端口的li会被交换到k端口三个标号之间满足 i j modW kW为系统波长总数 配合波长变换器可成为动态的波长路由选择器 关注的问题 1 什么波分复用 WDM 技术 为什么要使用WDM技术 2 WDM系统中使用的无源器件 耦合器 马赫 曾德复用器 阵列波导光栅 光纤光栅3 WDM系统中使用的有源器件 可调光源 可调滤波器 光栅 材料中的周期性扰动 光栅具有特殊性质 与波长相关的反射特性 这可以使用光栅方程描述 不同波长的光具有不同的衍射角 因此它们在空间上被分开 光纤光栅 紫外掩模写入法 1 用两束紫外光照射光纤并发生干涉2 掺锗的高光敏纤芯在光强部分折射率增加3 光栅永久写入光纤 光纤光栅工作原理 设两列波沿同一方向传播 如果传播常数b1和b2满足所谓的布拉格相位匹配条件 一个波的能量可以耦合到另一个波上去 在光纤光栅中 假设传播常数为b0的光波射入光栅 如果满足条件 则光波的能量可以耦合到沿传播方向相反的具有同一波长的反射光上去 将b0 2pneff l0代入上式 可以得到会发生强烈反射的波长为 光纤光栅工作原理示意 光纤光栅的应用 光滤波器光分插复用器色散补偿器传感器 对温度敏感 随温度变化中心波长发生改变温度6度的变化导致0 6nm的中心波长的漂移 窄带滤波器 Dt 关注的问题 1 什么波分复用 WDM 技术 为什么要使用WDM技术 2 WDM系统中使用的无源器件 耦合器 马赫 曾德复用器 阵列波导光栅 光纤光栅3 WDM系统中使用的有源器件 可调光源 可调滤波器 10 3可调谐光源 可调谐DFB 1 改变激光器的温度使内置布拉格光栅中心频率漂移2 改变注入有源区 无源区的电流实质是 改变有源区载流子浓度使有效折射率发生改变 导致峰值输出波长的漂移 可调谐范围 WDM系统中为避免邻近波长信道的串扰 可调范围取决于有效折射率的变化量折射率1 的改变导致10 15nm的调谐范围 那么 在LD可调范围内可容纳的波长信道数为 例 对于一个工作在1550nm的DBR激光器 假定其最大折射率改变为0 65 则调谐范围是 如果每个波长信道的调制速率为2 5Gb s 即占用谱宽为0 02nm 1550nm波长附近0 08nm对应于10GHz 则该调谐范围内可以容纳的信道数目是 阵列可调激光器 宽带光源 频谱切割 关注的问题 1 什么波分复用 WDM 技术 为什么要使用WDM技术 2 WDM系统中使用的无源器件 耦合器 马赫 曾德复用器 阵列波导光栅 光纤光栅3 WDM系统中使用的有源器件 可调光源 可调滤波器 10 4可调滤波器 参数 1 调谐范围2 滤波带宽3 调谐速度 取决于应用场合 4 插入损耗5 对环境变化的敏感度 可调滤波器的类型 1 2 2非对称可调方向耦合器 通过调节电极选择波长 2 可调MZI 通过热光或电光控制改变干涉仪的臂长 调谐范围60nm频谱分辨率1nm 频谱分辨率 0 4nm调谐时间 50ns对环境敏感 n 可调滤波器的类型 3 光纤F P滤波器 通过改变电介质镜面的距离改变