光纤波分复用技术及WDM工作原理
光波分复用(WDM)技术
光波分复用(WDM)技术一、波分复用技术的概念波分复用(WDM)是将两种或多种不同波长的光载波信号(携带各种信息)在发送端经复用器(亦称合波器，Multiplexer)汇合在一起，并耦合到光线路的同一根光纤中进行传输的技术；在接收端，经解复用器(亦称分波器或称去复用器，Demultiplexer)将各种波长的光载波分离，然后由光接收机作进一步处理以恢复原信号。
这种在同一根光纤中同时传输两个或众多不同波长光信号的技术，称为波分复用。
通信系统的设计不同，每个波长之间的间隔宽度也有不同。
按照通道间隔的不同，WDM可以细分为CWDM（稀疏波分复用）和DWDM（密集波分复用）。
CWDM 的信道间隔为20nm，而DWDM的信道间隔从0.2nm 到1.2nm，所以相对于DWDM，CWDM称为稀疏波分复用技术。
CWDM和DWDM的区别主要有二点：一是CWDM载波通道间距较宽，因此，同一根光纤上只能复用5到6个左右波长的光波，“稀疏”与“密集”称谓的差别就由此而来；二是CWDM调制激光采用非冷却激光，而DWDM采用的是冷却激光。
冷却激光采用温度调谐，非冷却激光采用电子调谐。
由于在一个很宽的波长区段内温度分布很不均匀，因此温度调谐实现起来难度很大，成本也很高。
CWDM避开了这一难点，因而大幅降低了成本，整个CWDM系统成本只有DWDM的30%。
CWDM是通过利用光复用器将在不同光纤中传输的波长结合到一根光纤中传输来实现。
在链路的接收端，利用解复用器将分解后的波长分别送到不同的光纤，接到不同的接收机。
二、波分复用技术的优点WDM技术之所以在近几年得到迅猛发展是因为它具有下述优点：(1) 传输容量大，可节约宝贵的光纤资源。
对单波长光纤系统而言，收发一个信号需要使用一对光纤，而对于WDM系统，不管有多少个信号，整个复用系统只需要一对光纤。
例如对于16个2.5Gb/s系统来说，单波长光纤系统需要32根光纤，而WDM系统仅需要2根光纤。
光纤波分复用器原理
光纤波分复用器原理
光纤波分复用器（WDM）是一种利用光子技术将多个不同波长的
光信号同时传输在同一根光纤中的设备。
其原理基于光的波长分立
特性，允许在同一光纤中传输多个不同波长的光信号，从而实现了
光纤通信的高密度和高带宽传输。
光纤波分复用器的原理主要包括两个方面，波长选择和波长复用。
首先，波长选择是指通过一定的光学元件（如光栅、滤波器等）选择特定波长的光信号，然后将这些不同波长的光信号合并在一起。
这样的波长选择过程可以通过光栅等光学元件实现，光栅可以分散
不同波长的光信号，并将它们聚焦到不同的位置上，从而实现波长
的选择。
其次，波长复用是指将多个不同波长的光信号合并在一起传输
到光纤中。
这一过程可以通过光学耦合器实现，光学耦合器可以将
多个不同波长的光信号合并成一个复合的光信号，然后通过光纤传
输到目的地。
总的来说，光纤波分复用器的原理是利用波长选择和波长复用技术，将多个不同波长的光信号合并在一起传输到光纤中，从而实现了光纤通信的高密度和高带宽传输。
这种技术在光纤通信中得到了广泛的应用，极大地提高了光纤通信系统的传输容量和效率。
光波分复用(WDM)技术
光波分复用(WDM)技术作者：宋小勇摘要: 波分复用(WND)是将两种或多种不同波长的光载波信号(携带各种信息)在发送端经合波器(亦称复用器)汇合在一起，并耦合到光线路的同一根光纤中进行传输的技术；在接收端，经解复用器(亦称分波器或称去复用器，Demultiplexer)将各种波长的光载波分离，然后由光接收机作进一步处理以恢复原信号。
这种在同一根光纤中同时传输两个或多个不同波长光信号的技术，称为波分复用。
关键词波分复用技术（WDM），光纤，光传输网，交叉连接Light WDM techniqueSONG Xiao yongSummary:WDM (WND) is to two or more different wavelengths of light carrier signal (carry all kinds of information) in the sender and the chopper (also called multiplex) rendezvous in together, and coupled to the light of the same root fiber line undertakes transmission technology; In the receiver, the solution multiplex (also called points chopper or say to multiplex, Demultiplexer) will be various wavelengths of light carrier separation, then by optical receiver for further treatment in order to restore the original signal. This in the same root in the fiber simultaneously transmit two or more different wavelengths of light signal technology, known as WDM.Key words:WDM technology (WDM), optical fiber, optical transmission network, crossing connection0引言WDM是一种在光域上的复用技术，形成一个光层的网络既全光网，将是光通讯的最高阶段。
WDM系统的特点
WDM的特点、要求，划分及工作原理WDM是Wavelength Division Multiplexing的缩写，WDM是在一根光纤中同时传输多波长光信号的一项技术。
其基本原理是在发送端将不同波长的光信号组合起来(复用)，并耦合到光缆线路上的同一根光纤中进行传输，在接收端又将组合波长的光信号分开(解复用)，并作进一步处理，恢复出原信号后送入不同的终端，因此将此项技术称为光波长分割复用，简称光波分复用技术。
目录WDM的主要特点WDM对波长的要求WDM系统的划分WDM系统的基本结构与工作原理WDM的主要特点1．充分利用光纤的巨大带宽资源WDM技术充分利用了光纤的巨大带宽资源(低损耗波段)，使一根光纤的传输容量比单波长传输增加几倍至几十倍，从而增加光纤的传输容量，降低成本，具有很大的应用价值和经济价直。
WDM技术可以充分利用单模光纤的巨大带宽，从而在很大的程度上解决了传输的带宽问题。
2．同时传输多种不同类型的信号由于WDM技术中使用的各波长相互独立，因而可以传输特性完全不同的信号，完成各种电信业务信号的综合和分离，包括数字信号和模拟信号，以及PDH 信号和SDH信号，实现多媒体信号加音频、视频、数据、文字、图像等)混合传输。
3．实现单根光纤双向传输由于许多通信(如：打电话)都采用全双工方式，因此采用WDM技术可节省大量的线路投资。
4．多种应用形式根据需要，WDM技术可有很多应用形式，如长途干线网，广播式分配网络，多路多址局域网络争，可以实现点对点，点对多点，链状，环状的各种应用，因此对网络应用十分重要。
5．节约线路投资采用WDM技术可使N个波长复用起来在单模光纤中传输，在大容量长途传输时可以节约大量光纤。
另外，对已建成的光纤通信系统扩容方便，只要原系统的功率富余度较大，就可进一步增容而不必对原系统做大的改动。
6．IP的传送通道波分复用通道对数据格式是透明的，即与信号速率及电调制方式无关。
在网络扩充和发展中，是理想的扩容手段，也是引入宽带新业务(例如IP等)的方便手段。
光信息专业实验报告WDM光波分复用实验
光信息专业实验报告WDM光波分复用实验WDM（Wavelength Division Multiplexing）光波分复用是一种重要的光通信技术，它可以同时传输多个不同波长的光信号。
本实验旨在了解和掌握WDM光波分复用的原理和实验方法。
实验仪器和材料：1.光波分复用器（WDM）2.光纤通信系统3.光波信号源4.光功率计5.电脑实验原理：WDM光波分复用器是一种用于将多个不同波长的光信号通过单一光纤传输的器件。
它基于光纤的色散特性，将不同波长的光信号通过不同色散的机制在光纤中传播，然后再通过光波分复用器合并成一个复合的光信号。
实验步骤：1.将光波信号源连接到光波分复用器的输入端口，并连接光功率计来测量光信号的功率。
2.设置光波信号源的不同波长，并记录下每个波长对应的光信号功率。
3.将光波分复用器的输出端口连接到光纤通信系统，并确保光纤通信系统的接收端能正确接收到光信号。
4.在电脑上打开相应的软件，并设置光纤通信系统的参数，如波长范围和损耗等。
5.启动实验，观察光波分复用器的输出端口是否能同时传输多个不同波长的光信号，并记录下接收到的复合光信号的功率和质量。
6.重复实验步骤2-5，以不同波长和功率的光信号进行实验，并比较不同条件下的光信号传输质量。
实验结果：根据实验步骤所记录的数据和观察到的现象，我们可以得出以下结论：1.WDM光波分复用器能够同时传输多个不同波长的光信号，且光信号可以在光纤通信系统中正确接收到。
2.随着光信号功率的增加，光信号传输质量也随之提高。
3.不同波长的光信号传输质量可能会有所差异，主要取决于光波分复用器和光纤通信系统的性能。
实验结论：本实验通过对WDM光波分复用器的实验操作，加深了对其工作原理的理解。
WDM技术在光通信领域具有广泛的应用前景，通过实验我们也了解到了WDM技术的实际应用效果和局限性，并为今后的学习和研究提供了基础。
同时，通过实验与理论的结合，我们也对光通信系统的配置和调试有了初步的认识，为今后的实际应用打下了基础。
光纤波分复用技术及WDM工作原理
在WDM系统中理想的光源应能够按照需要调节到不同的波长上。温 度的调节只能实现微调。当这种微调不能使LD工作在需要的波长上时，这 个激光器就不能在WDM系统中应用。如果激光器可调谐，且调谐范围足够 宽，可工作在1550nm窗口任意一个波长上，这样的可调谐激光器就成为 理想的光源。实现宽的调谐范围有以下几种方法。 采用分段式DBR LD 图8.3.2为一个三段式DBR LD的示意图。三段分别为有源段﹑相位段 和布拉格段，各段之间彼此电隔离，并且通过各自独立的电极来提供电流， 三段作为一个整体形成一个光学谐振腔。有源段为高掺杂区，为激光器提 供增益。相位段为无源区，为光波提供相位移。只有那些在谐振腔内往返 一次相位移等于2π的整数倍的光波才能形成震荡。若改变相位段的电流I2， 就改变了相位，也就等效于改变了谐振腔的光学长度，因而改变了谐振波 长。布拉格段也为无源区，电流的改变引起该段材料的有效折射率发生改 neff 变，从而引起布拉格波长的改变。调谐范围可用下式进行计算： neff 其中，为波长调谐范围，neff 为有效折射率的改变量，和neff分别表 示激光器的工作波长和有效折射率。实际中，折射率的最大改变量约为1%， 因此，波长最大可调谐范围在10nm量级。
2. 可作为WDM系统光源的激光器件
WDM系统对激光器有如此严格的要求，那么，如何使LD发射的波长恰 好满足ITU-T的规定呢？我们从半导体激光器的工作原理知道，LD发射的光波 波长范围取决于半导体材料的带隙，而精确的波长则由LD的谐振腔决定。在 设计制作器件时，通过调节DFB LD中布拉格光栅的周期来调节中心波长，使 其工作在规定的波长上。同时由于材料的折射率随着电流和温度的变化而变 化，导致等效腔长发生变化。通过改变电流和温度参数可实现工作波长的精 细调节。但是，调节工作电流无疑会改变激光器的输出功率。实际WDM系统 中常通过微调各个分立的LD的温度来实现波长的调谐。也可将这些分立的LD 集成在一个芯片上，形成激光器阵列。但是，如何将这样的阵列所发出的光 耦合到一根光纤中是一个必须解决的问题。采用阵列波导光栅AWG作复用器， 与激光器阵列集成在一个芯片上，将有可能解决上述问题。关于激光器阵列 以及与AWG集成的研究正在进行之中。
WDM波分复用技术
WDM波分复用技术1 绪论本论文主要研究的是WDM波分复用技术，其中包括WDM技术的产生背景，WDM 的基本概念和特点，WDM的关键技术，WDM的网络生存性，WDM技术发展现状及发展趋势等，下面将分别从以上几个方面讨论。
2 WDM技术产生背景随着科学技术的迅猛发展，通信领域的信息传送量正以一种加速度的形式膨胀。
信息时代要求越来越大容量的传输网络。
近几年来，世界上的运营公司及设备制造厂家把目光更多地转向了WDM 技术，并对其投以越来越多的关注，增加光纤网络的容量及灵活性，提高传输速率和扩容的手段可以有多种，下面对几种扩容方式进行比较。
1. 空分复用SDM（Space Division Multiplexer）空分复用是靠增加光纤数量的方式线性增加传输的容量，传输设备也线性增加。
在光缆制造技术已经非常成熟的今天，几十芯的带状光缆已经比较普遍，而且先进的光纤接续技术也使光缆施工变得简单，但光纤数量的增加无疑仍然给施工以及将来线路的维护带来了诸多不便，并且对于已有的光缆线路，如果没有足够的光纤数量，通过重新敷设光缆来扩容，工程费用将会成倍增长。
而且，这种方式并没有充分利用光纤的传输带宽，造成光纤带宽资源的浪费。
作为通信网络的建设，不可能总是采用敷设新光纤的方式来扩容，事实上，在工程之初也很难预测日益增长的业务需要和规划应该敷设的光纤数。
因此，空分复用的扩容方式是十分受限。
2. 时分复用TDM（Time Division Multiplexer）时分复用也是一项比较常用的扩容方式，从传统PDH 的一次群至四次群的复用，到如今SDH 的STM-1、STM-4、STM-16 乃至STM-64 的复用。
通过时分复用技术可以成倍地提高光传输信息的容量，极大地降低了每条电路在设备和线路方面投入的成本，并且采用这种复用方式可以很容易在数据流中抽取某些特定的数字信号，尤其适合在需要采取自愈环保护策略的网络中使用。
时分复用的扩容方式有两个缺陷：第一是影响业务，即在“全盘”升级至更高的速率等级时，网络接口及其设备需要完全更换，所以在升级的过程中，不得不中断正在运行的设备；第二是速率的升级缺乏灵活性，以SDH 设备为例，当一个线路速率为155Mbit/s 的系统被要求提供两个155Mbit/s 的通道时，就只能将系统升级到622Mbit/s，即使有两个155Mbit/s 将被闲置，也没有办法。
波分复用
双向传输的问题也很容易解决，只 双向传输的问题也很容易解决， 需将两个方向的信号分别安排在不同波 长传输即可。根据波分复用器的不同， 长传输即可。根据波分复用器的不同， 可复用的波长数也不同， 个至N 可复用的波长数也不同，从2个至N个不 现在商用化的一般是8波长、16波 等，现在商用化的一般是8波长、16波 长和32波长等系统，这取决于所允许的 长和32波长等系统， 32波长等系统 光载波波长的间隔大小。 光载波波长的间隔大小。
WDM系统的工作原理 WDM系统的工作原理
FDM-TDM-TDM-FDM
1、明线技术： 光纤通信光纤通信n×2.5Gbit/s WDM系 明线技术： 140Mbit/s PDH系统 系统， 光纤通信 2.5Gbit/s SDH系统， 每路语音的带宽为4KHZ； 64Kbit/s 64Kbit/s 术 + 光 频 域 每路语音的速率为 ， TDM 数 字 技 每路语音的速率为 统 2、小同轴电缆60路： FDM 模拟技术， 每路语音的 模拟技术 ， 每路语音的带宽为4KHZ； 速率为64kbit/s. 3、中同轴电缆1800路： 每路语音的带宽为4KHZ
WDM系统的技术优点 WDM系统的技术优点
(2)节约光纤资源 节约光纤资源
对于单波长系统而言， 个 对于单波长系统而言，1个SDH系 系 统就需要一对光纤;而对于 而对于WDM系统来 统就需要一对光纤 而对于 系统来 不管有多少个SDH分系统，整个复 分系统， 讲，不管有多少个 分系统 用系统只需要一对光纤。 用系统只需要一对光纤。这一点对于系 统扩容或长途干线来说就显得非常可贵 了。
WDM系统的技术优点 WDM系统的技术优点
(6)对光纤的色散无过高要求 (6)对光纤的色散无过高要求
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表8.2
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8．2 WDM系统的基本组成
从上一节WDM的工作原理我们了解到， WDM系统必须有工作在不同波 长上的激光器，有能够将不同波长的光信号进行合并﹑选择和分路的波分复 用器和解复用器，还有有光接收机将解复用后的光信号进行光电检测，原出 原始信号。若要传输更长的距离，则还需要能够将各路光信号同时进行放大 的放大器等。图8.2.1示出了一个包含有功率光放大器，在线光放大器和前置 光放大器的单向传输WDM系统。其中，Tx表示发射机（Transmitter）,Rx表 示接收机（Receiver）。OC-192表示光层的传输速率，参见第9章表9.5所示。
光纤波分复用技术及WDM工作原理
WDM工作原理 WDM系统的基本组成 WDM系统中的关键器件 波分复用系统规范 设备实例
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1 WDM工作原理
1.1 WDM工作原理
WDM技术，就是以光波作为载波，在同一根光纤内同时传输多
个不同波长的光载波信号的技术。每个波长的光波都可以单独携带语
音、数据和图像信号，因此，WDM技术可以让单根光纤的传输容量
种工作在1550nm的窄线宽DFB激光器为例，它可在0.8nm的谱带内发射信号，
因此在1525nm~1565nm共40nm的范围内，WDM系统可传送50个信道。若每
个信道的传输速率为10Gbit/s，则系统总的传输速率即为50×10Gbit/s，比单信
道传输的容量增加了50倍。
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1.2 WDM﹑DWDM与CWDM
两个低损耗传输窗口即1310nm和1550nm窗口。这两个窗口的波长范围分别从
1270nm 到1350nm和1480nm到1600nm，分别对应着80nm和120nm的谱宽范
围。而目前光纤通信系统中所使用的高质量的1550nm的光源，其调制后的输
出谱线宽度最大不超过0.2nm，考虑到老化及温度引起的波长漂移，给出约
0.4nm~1.6nm的谱宽富余量，应是合乎情理的。即使这样，单个系统的谱宽也
只占用了光纤传输带宽的几十分之一到几百分之一。为充分利用单模光纤的低
损耗区的巨大带宽资源，在光纤低损耗窗口采用多个相互间有一定的波长间隔
的激光器作为光源，经各光源调制的信号同时在光纤中传播，这就是WDM技
术。可以说，WDM技术使得光纤具有巨大带宽这一优点得以充分体现。以一
个解复用器(也称为分波器De-multiplexer) 将不同波长的光载波信号
分开，送入各自的接收机进行检测。
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2
λ1
λ2
波
λ3
分 复
用
λn 器
光纤 λ1λ2...λn
λ1
解 λ2
复 用
λ3
器
λn
图8.1.1
… …
为帮助了解WDM的潜在通信容量，我们回忆一下普通单模石英光纤中光传输
损耗与波长的关系（见图1.1.3）。根据此图我们知道，在长波长波段，光纤有
关于DWDM技术在1550窗口附近各信道的光波频率、波长及频率间 隔（波长间隔）等， ITU提出了相关的建议和标准，即ITU-T G.692，见 表8.1。
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4
表8.1
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5
DWDM技术中各波长间的间隔很小，在光纤的低损耗窗口 可以传输的信道数就更多，所以系统的传输容量就更高。但正是 因为复用的波长间隔减小，DWDM系统要求光源有精确的波长及 很好的波长稳定性，这样，系统一方面需采用价格昂贵的激光器， 另一方面需采用复杂的控制技术对其进行控制；同时系统对波分 复用器和解复用器的性能也提出了更高的要求，如带宽更窄、稳 定性更高等。因此，系统的造价就大大提高。由于高性能和高价 格，DWDM比较适用于长途干线传输系统。
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CWDM的信道波长间隔约20nm。由于信道间隔较宽，由激光器的 波长漂移而带来的信道串扰对系统的影响较小，所以，CWDM可采用 不带冷却器的半导体激光器。这种半导体激光器一般是由激光器芯片 和密封在带有玻璃窗口的金属容器中的监控光电二极管构成的，因而 也无须采用比较复杂的控制技术。这两方面的原因使发射机体积只有 DWDM发射机的五分之一。CWDM对复用器的选择也很宽松，只需 用粗波分复用器和解复用器。由于器件成本和系统要求的降低，使得 实现起来也更加容易。
1. WDM与DWDM 早期的WDM系统在1310nm和1550nm两个窗口上实现复用，波长间
隔为240nm。目前，由于还没有在1310nm窗口的实用化的光放大器，而 商用化的掺铒光纤放大器（EDFA）的增益窗口在1550nm附近，所以现 在的WDM技术一般是指在1550nm窗口附近波长的复用。在普通的WDM 技术中，所采用的波长间隔(指相邻的两个通道的工作波长之差)一般约为 4~10nm。随着WDM技术的发展，一个新的名词——DWDM常常出现。 DWDM意思为密集波分复用(Dense Wavelength Division Multiplexing)。 它与WDM技术的主要区别在于DWDM中使用的波长间隔很小，常常小 于1.6nm，如0.8nm。有些公司的产品达到0.4nm甚至于0.2nm。， DWDM也主要指在1550nm窗口附近的复用技术。 由于光波的波长因传输介质不同而发生改变，而光波的频率却是固定不 变的，所以，国际电信联盟(ITU)在制定有关WDM标准和建议时, 采用频 率间隔而不采用波长间隔。波长间隔与频率间隔之间的关系可以由 (1.5.1) 式近似得到。根据此关系式，在1550nm附近的频率间隔分别为 200GHz，100GHz，50GHz和25GHz的系统，对应的波长间隔分别约为 1.6nm，0.8nm，0.4nm和0.2nm。
2、CWDM 近年来，宽带城域网正成为电信和网络建设的热点。由于城域 网传输距离短，业务接口复杂多样化，如果照搬应用于长途传输 的DWDM技术，会带来成本上的大幅度提高。粗波分复用或称稀 疏波分复用CWDM技术在系统成本、性能及可维护性等方面具有 优势,正逐渐成为今后日益增长的城域网市场的主流技术。
获得倍增。图8.1.1所示为点到点WDM传输系统工作原理框图。在发
送端，n个光发射机分别工作在n个不同波长上，这n个波长间有适当
的间隔分隔,分别记为λ1,λ2, ...，λn。这n个光波作为载波分别被信号
调制而携带信息。一个波分复用器（也称合波器Multiplexer）将这些
不同波长的光载波信号进行合并，耦合入单模光纤。在接收部分由一