（推荐）05-波分复用器

1、波分复用和解波分复用器学习剪辑,张植俊 ,1,目录,原理 种类 参数指标 工艺,2,原理首页,3,原理概述,波分复用技术是光纤通信中的一种传输技术，它利用了一根光纤可以同时传输多个不同波长的光载波 的特点，把光纤可能应用的波长范围划分成若干个波段，每个波段用作一个独立的通道传输一种预定波长的光信号。这样大大提高了单模光纤的带宽利用,光波分复用器是对光波波长进行分离与合成的光无源器件。光波分复用器件的一个端口，作为器件的输出/输入端，N个端口作为器件的输入/输出端。,4,原理结构示例：结构示意图,980nm in,1550nm,In Out,P,C,Dual fiber,C-lens,filte

2、r,Dual stage core,Single pigtail,sleeve tube R-spacer T-spacer center tube sleeve tube,washer,spring,980nm,1550nm,horizontal,从结构上看，IWDM与LWDM波分复用基本原理一致，外壳封装为GS 加了一个Isolator隔离器，这样可减少Amplifier上器件数目,5,2021/4/6,6,光合波器和光分波器的类型,原理分类,2021/4/6,7,熔锥光纤型波分复用器结构和特性,1 2,1 2,1 2,1 2,1 2,公共臂,原理分类,7,8,衍射光栅型波分复用器结构示意

3、图,光 纤,透 镜,光 栅,原理分类,8,2021/4/6,9,采用棒透镜的光栅型WDM,光 纤,棒 透 镜,光 栅,原理分类,9,2021/4/6,10,原理分类,图中给出了一种利用多层膜制成的滤光器，这是一种波导型分波滤光器。其结构是一直线形单模波导的中间开一斜槽，且在其中插入一多层膜滤光器。当1.55um的光进入时可通过该滤光器继续前进，而当1.3um的光进入时则被该滤光器反射，沿另一斜置的多模波导被分离出来。这种结构可用来作为分波器，但若反向使用时却不能做合波器用，这是因为多模一侧损耗大的缘故。,2021/4/6,11,原理分类,多层电介质干涉膜型合波分波器，是把具有接近 /2或者 /

4、4光学厚度的高折射率电介质膜和低折射率电介质膜交替重塑形成薄膜，于是对于特定波长表现出较强的选择性。这种波长选择性主要依赖于电介质膜的层数、膜的厚度、膜的材料等。,2021/4/6,12,原理分类,采用电子射束蒸镀方法，可将SiO2（低折射率材料，n=1.46）和 TiO2（高折射率材料，n 2.3）积层 2040层，实现带通滤波器（BPF）、长波长带通滤波器（LWPF）、短波长带通滤波器(SWPF)等各种滤波特性。 这种带通滤波器的实际结构如图所示。,2014-7-14,13,原理分类,1.光栅型,是近年发展起来的，常用来制作波分复用器的主要分光元件。原理：入射光射到光栅表面，不同波长的衍射

5、角不同，就可以使不同的光送到不同的光纤中去。器件更紧凑、小巧，具有良好的温度特性，可满足工程需要。,2014-7-14,14,原理分类,2.波导阵列光栅型,下图是一种波导阵列光栅型波分复用器件，它由输入、输出波导、空间耦合器和波导阵列光栅构成。 原理：空间耦合器的作用是将各种波长的输入信号，通过空间耦合器进入阵列波导输入端，由于阵列波导是由若干条其光程差为 的波导构成，根据衍射理论，在波导阵列光栅输出端，按波长长短顺序排列输出，并通过空间耦合器传输到相应的输出波导端口，达到分波的目的。,2014-7-14,15,原理分类,3.光纤光栅,是利用光纤制造中的缺陷，用紫外光照射，使得光纤纤芯折射率分

6、布呈 周期性变化，在满足布拉格光栅条件的波长上全反射，而其余波长通过的是一种全光纤陷波滤波器。光纤布拉格光栅制作方法一般分为干涉法相位掩膜板法及逐点写入法。,种类首页,16,种类概述,棱镜,传统光栅,光纤光栅,Grating,波导阵列光栅,AWG,光栅,色散元件,带通滤波器,截止型滤波器,限波滤波器,干涉元件,光耦合器,超窄带滤波器,（密集型,）,偏振无关器件,偏振相关器件,全光纤型,（熔融拉锥方法）,WDM,器件,17,种类概述,LWDM：Laser Welding Wavelength Division Multiplexer 干涉模型激光焊接波分复用器 IWDM： Isolator Wa

7、velength Division Multiplexer 隔离器型激光焊接波分复用器 DWDM：Dense WDM 密集波分复用（通道间隔小于100GHz） CWDM：Coarse WDM GS WDM：原理与LWDM相同，只 是封装方式不一致,18,centerpiece sleeve 中心件套管,A-Lens（ Aspheric Lens） 1/4自聚焦透镜,A-Lens 1/4自聚焦非球面透镜,Filter With Spacer 滤波片组件（带垫片）,Ring 环形垫圈,种类LWDM,19,输入1、 2、 3 波长信道,输入4波长信道,输出经滤波器反射的1、 2、 3 波长信道和透镜

8、聚焦的4波长信道,由于滤波片只允许通过4附近的波长，其余光波长信号被反射，因此从上述可知WDM可以实现信号的和波，反过来用则为分波器，此器件即为波分复用器WDM,种类LWDM,20,种类多层介质薄膜,这种器件依赖于从薄层束反射的许多光波之间的干涉效应， 如图所示。 如果每层的厚度是4， 那么， 当入射角等于零即垂直入射时， 波长为的光在通过每层后得到相位位移/2。 因此， 反射波与入射波相位相反， 它们将成相消性干涉， 也就是相互抵消。换句话说， 波长为的光将不被反射， 这意味着这个光通过， 所有其他的光将被反射， 这就是滤波。,21,利用这种特性， 在基底上镀多层介质膜。 多层结构增强了效果

9、， 使滤波特性接近理想状态。 这个技术在光学中已应用多年， 一个最流行的应用是在相机、 眼镜和类似的光学仪器中的防反射涂层AR。 在光纤通信技术中， 这样的滤波器用微镜片技术生产。 典型的多层介质膜滤波器如图所示。 利用楔状玻璃镀1、 2、 3、 4和5滤光膜， 当15的光从同一根光纤输入时， 首先1通过滤波器输出， 其余被反射， 继而2通过滤波器输出， 依此类推， 达到解复用的目的。 这种结构中， 棒透镜主要起构成平行光路的作用。 多层介质膜型波分复用器一般用于多模光纤通信系统， 其插入损耗为12 dB， 波长隔离度可达5060 dB。 这种波分复用器是分立元件组合型， 装配调试较为困难，

10、但波长间隔可按需要制造。,种类多层介质薄膜,22,种类熔锥型,利用熔锥型耦合器的波长依赖性可以制作WDM器件， 其耦合长度Lc随波长而异。 对于一特定的耦合器， 不同波长的理想功率耦合比(即抽头比或相对输出功率)呈正弦形， 从而形成对不同波长具有不同通透性的滤波特性， 据此可以构成WDM器件。 熔锥型WDM器件的优点是插入损耗低(单级最大小于0.5 dB， 典型值为0.2 dB)， 无需波长选择器件， 十分简单， 适于批量生产， 并且有较好的光通路带宽通路间隔比和温度稳定性。 不足之处是尺寸很大， 复用波长数少(典型应用是双波长WDM)， 光滤波特性对温度十分敏感， 隔离度较差(20 dB左右

11、)。 采用多个熔锥型耦合器级联应用的方法可以改进隔离度(提高到3040 dB)， 并增加复用波长数（小于6个）。,23,双波长熔锥型波长耦合器的特性,种类熔锥型,24,光栅型WDM合波/分波器原理图,种类光纤光栅型,光纤光栅滤波器的原理在介绍光滤波器时已作了介绍， 这里给出用光栅制作WDM合波/分波器的原理示意图。 下图给出了一个采用反射光栅的三个波长的WDM合波/分波器的原理示意图。 下图给出了一个光纤光栅WDM合波/分波器的示意图。 光环形器的功能在下面描述。,25,参数指标首页,26,参数插入损耗和隔离度,光波分复用器件技术指标（仅指单模光纤WDM器件） 复用中心波长： 信道通道带宽：2

12、0nm，指允许的中心波长范围的变化。 插入损耗：指器件输入端和对应的输出端光功率的减小值。 隔离度：指器件输出端口的光进入非指定输出端口光能量大小。 光回波损耗：指光信号从指定端口输入时，由于器件引起反向回传 的光能量。 偏振相光损耗：指光信号以不同的偏振状态输入时，（如线偏振、圆 偏振、椭圆偏振），对应输出端口插入损耗最大变化量。 温度稳定性：指器件插入损耗随温度的变化。 最大光功率：指器件允许通过的最大光功率。 工作温度：指器件正常工作时，允许的温度变化。 储存温度：指器件存放、运输的温度范围。,27,参数中心波长,1.中心波长(或通带),是由设计、制造者根据相应的国际标准、国家标准或实际

13、应用要求选定的。密集型波分复用器ITU-T规定在1550nm区域，1552.52nm为标准波 长。其他波长规定间隔100G(0.8nm)，50G(0.4nm)等，或取其整数倍作复用波长。,2.中心波长工作范围,对于每一工作通道，器件必须给出一个适应于光源谱宽的范围。该参 数限定了我们所选用的光源(LED或LD)的谱宽宽度及中心波长位置。它以 1.0nm表示或者是以平均信道之间间隔的10%表示。,28,2014-7-14,29,参数插损,3.中心波长对应的最小插入损耗：,式中： 代表波长为 的光束在输出端的光功率； 代表波长为 的光束在 输入端合路信号中的光功率。 该参数是衡量解复用器的一项重要

14、指标，越小越好，可以用输入端到N 个输出端的各信道的波长插入损耗关系曲线来表达。以小于“X“dB 表示。,2014-7-14,30,参数其他,4.相邻信道之间串音耦合最大值,式中： 代表波长为 的光束在输出端串扰到 的输出端口处的光功率； 代表波长为 的光束在输入端口处的光功率。 该参数是衡量解复用器的另一项重要指标。数字通信中一般大于30dB，模拟通信中则应大于50dB。以大于”Y”dB表示。,5.偏振相关损耗,偏振相关损耗是指光信号以不同的偏振状态输入时(如线偏振、圆偏振、椭圆偏振)，对应输出端口插入损耗最大变化量。,2014-7-14,31,参数示例,2014-7-14,32,参数示例,

15、2014-7-14,33,参数示例,工艺首页,34,LWDM制作工艺流程,Filter & Spacer Assembly 滤波片、垫片组装,用255胶粘结滤波片与垫片, 115度烤箱烘烤60-70分钟,滤波片不可偏离垫片中心,氩气体激光焊接机,1,7,Filter Spacing Screening 滤波片筛选,2,滤波片检查：麻点、亮点、裂纹、崩口、剥落、分层等,Center Piece Loading 中心件装载,3,氮气枪或酒精去处灰尘,R端透镜：双环面朝上 滤波片-垫片：滤光片朝上 环形垫片：（无方向性） T端透镜（单环面朝上）,Center Piece Assembly 中心件组装焊接,中心件两端分两次焊，每次焊两组,氮气枪、酒精清洁中心件、透镜,Center Piece Unloading & Inspection中心件卸载目检,接下页,4,Center Piece Screening 中心件筛选,5,Laser Welding 激光焊接,6,注意中心件黑色标记