光分插复用(OADM)节点技术
光分插复用器(OADM)
OADM工作原理和应用一，OADM概念与性能1，OADM概念光分插复用器（optical add-drop multiplexer），简写为OADM。
其定义为对多波长光信号,一种能从中分出单个光波长信号,或将单个光波长信号加入到多波长光信号中的光波分复用设备。
光分插复用（OADM）可以看作是OXC的功能简化OADM 光分插复用器是一种用滤光器或分用器从波分复用传输链路插入或分光信号的设备。
它是光传送网(OTN)的关键网元，可以不经光／电／光转换和电处理，就能实现波分复用信道的分插功能，也就是说OADM在光域实现了传统的电SDH分插复用器在时域内完成的功能，因而在光网络中有着极大的应用前景。
OADM在光域内实现传统的电SDH分插复用在时域内完成的功能，而且具有透明性，可以处理任何格式和速率的信号，这一点比在SDH网络中所用的电ADM（分插复用器）更优越。
分插在这里的解释是上路和下路的意思。
上路的意思就是在进入到光分插复用器的光信号中，新增加一种或多种波长的信道，和其他的信道一起复用到光纤中。
下路的意思就是在进入到光分插复用器的光信号中，去掉一种或多种波长的信道，其他无关的信道直接通过光分插复用器，下路的信道直接转到设备中进行业务处理了，不是截断的意思。
工作结构示意图：2. OADM的主要性能衡量OADM的性能主要有：1)容量大小OADM的端口数量（即支持的链路数）、每端口可容纳的波长数量和可以上下路的波长数量。
这些参数反映出OADM节点的容量。
2) 业务接入及汇聚能力OADM应能开放式的支持多业务,对任何厂家的SDH设备STM-N 信号进行透明接入，包括STM-1/-4/-16/-64-256；还可承载其它格式的光信号，如ATM业务或POS，包括STM-1c/4c/16c/64C；以太网业务，支持100M/GBE/10GBE业务的接入；企业互联业务(ESCON)；光纤通道(FC)。
其它业务方面，提供灵活的多速率接口，可以承载45Mbit/s-2.5Gbit/s之间的任意速率业务, 汇聚多个低速率信号为高速率信号，如4×155M、4×622M、4×2.5G等。
光波长选择和波分复用技术介绍和原理
• 国际电联（ITU）标准（对密 集波分复用）：
信道间隔 0.8nm (100GHz)
或 0.4nm (50GHz)
调谐速度（机制）； • -20dB 或 -30dB信道隔离度；
旁瓣抑制比。
• EDFA 40nm 的增益带宽
低速：ms量级，温度或机械调谐，成熟商品，已广泛应用；
中速：ms量级，针对近期目标，已有重大突破，有些已成为 商品；
LB
2 01 1m
可电控声波频率、强弱， 便于动态控制
30
光纤声光滤波器
只有 LP01 模进入声光作用区，在声波作用下转换成包层 LP1m 模，在输出端被涂复层吸收； 未转换的部分通过——带阻型滤波器； 对同一声波，不同波长光可以满足不同的模式转换，因而 可以同时有多个滤波峰； 损耗小。
– 带宽：0.2-0.3nm；
• 谐振腔中填充铁电液晶； – 细度：数百；
• 外加电场影响液晶分子 的取向因而引起折射率 变化；
• 干涉条件改变引起滤波 峰移动。
– 调谐范围：50nm； – 液晶的调谐时间：~ms; – 插入损耗：1-5dB； – 液晶与偏振相关，但已
经有办法减小
11
多层介质膜干涉滤波器
OADM
1 2 3 4
1 2 3 4
OXC
光交叉互连 （Optical cross-connects, OXC） 信道间隔为100GHz 的AWG 构成间隔为200GHz的OXC
19
Mach-Zehnder 干涉滤波器（ MZI）
1:1 耦合器
1:1 耦合器
双光束干涉：带宽宽，自由谱区小 调谐机制：改变其中一个臂的延时（相位、光程） LiNbO3波导M-Z干涉仪：利用电光效应,用于调制器或调谐滤波器 光纤M-Z干涉仪和半导体OSA连用，构成波长转换器 目前比较集中研究：波导器件，用温度调谐——热光效应
光分插复用器
设备介绍
光分插复用器，即OADM，是在光域实现支路信号的分插和复用的一种设备，主要实现技术有WDM、O-CDMA、 OTDM。
为实现从传输设备中上下路某个波长信号，需要光分插复用器，它在光波长领域内具有传统SDH分插复用器 在时域内的功能。光分插复用器具有选择性，可以传输设备中选择下路信号或上路信号，或仅仅通过某个波长信 号，但不影响其他波长信道的传输 。OADM的作用是下载通道中的通往本地的信号,同时上载本地用户发往另一节 点用户的信号。它使光纤通信具有灵活性、选择性和透明性等优越功能。利用OADM还能提高络的可靠性,降低节 点成本,提高络运行效率,因此是组建全光的关键技术之一 。
发展阶段
要进行光-电-光转换的分插复用器称电分插复用器。对于通常的SDH传输设备构成的WDM络,可以用SDH电分插 复用器进行分插复用,它将同步复用和数字交叉连接功能于一体,可灵活方便地对任意支路的信号进行上下话路, 且在络设计上也具有极大的灵活性 。
基本要求
可用阵列波导、光纤光栅等多种滤波器件构造出不同结构的OADM，也可全部用光纤技术构造出全光纤结构的 OADM，但OADM无论采用何种结构，其基本要求是相同的（插入损耗要小,信道之间的隔离度要高，对环境温度变 化和偏振不敏感，能容忍信号源的波长在一定范围内漂移和抖动）。另外在上下话路过程中要能够保证传输的各 信道间的功率基本保持一致。最后，OADM的操作应力求做到简单、方便，能实现较高的性能价格比 。
另外，反馈回路型 AWG-OADM可构造一个 2× 2波长选择开关，能与传输线上 N个波长复用信号中的任意1个 或多个互换；若引入1个半导体光开关，还可得到更高速度的波长选择开关。
发展方向
目前,可重构OADM已成为发展方向。除了利用光开关动态选择上下波长外,利用可调谐滤波器也是一个热点。 意大利报道了一种利用SiO2/Si声波导制成的可调谐分插滤波器,用于4路WDM系统波长间隔3.2nm,分插各路间的 串扰小于 -18dB；日本报道利用垂直与相反方向耦合的半导体波导构成的OADM,在可调谐范围11nm内，损耗变化 小于1dB；加拿大报道的可调谐OADM是利用FBG制成,在1.55Lm窗口有8路可调谐滤波器,各路波长间隔0.8NM,采用 热调谐使FBG的光栅周期发生线性变动,使波带放宽。国内也有学者研究了基于声光可调滤光器的OADM,器件消光 比达到32dB,插入损耗为3dB。
可重构光分插复用器关键器件与技术的研究的开题报告
可重构光分插复用器关键器件与技术的研究的开题报告一、题目可重构光分插复用器关键器件与技术的研究二、研究背景随着光通信技术的飞速发展，光分插复用器 (OADM) 作为光网络中重要的传输设备越来越受到关注。
传统的 OADM 采用静态连接方式，当网络拓扑结构变化时需要人工干预进行重新配置，大大降低了光网络的灵活性和可靠性。
因此，发展一种可重构的 OADM 技术和器件成为光网络中的一个重要研究方向。
三、研究目的本研究旨在探究可重构光分插复用器的关键技术和器件，解决传统OADM 存在的问题，提高光网络的灵活性和可靠性。
具体目标如下：1. 研究可重构光分插复用器的基本原理和设计方法；2. 开发可重构 OADM 的作用机制和控制算法；3. 研究可重构 OADM 的关键器件技术，包括可重构滤波器、可重构耦合器、可重构补偿器等；4. 针对可重构 OADM 的光学性能和使用特点进行实验验证，并分析其可靠性、灵活性和性价比等指标。
四、研究内容1. 可重构光分插复用器的工作原理与基本结构分析；2. 可重构 OADM 的作用机制和控制算法设计；3. 可重构 OADM 的关键器件技术研究，包括：（1）可重构滤波器的设计和制备方法研究；（2）可重构耦合器的设计和制备方法研究；（3）可重构补偿器的设计和制备方法研究。
4. 可重构 OADM 的实验研究与性能分析。
五、研究方法1. 理论分析法：分析可重构光分插复用器的工作原理与基本结构，设计控制算法，分析器件的光学性能；2. 计算模拟法：通过 Matlab 等软件建模计算，对可重构 OADM 进行性能分析；3. 实验实现法：通过搭建实验平台验证可重构 OADM 的实际应用效果。
六、研究意义1. 针对传统 OADM 存在的问题，提高了光网络的灵活性和可靠性；2. 实现了光网络中设备的自适应、自动化管理，简化了操作；3. 为光学通信领域的科学研究和技术创新做出了贡献，推动了光通信技术的发展。
密集波分复用系统-光分叉复用设备(DWDM-OADM)应用实例
密集波分复用系统/光分叉复用设备(DWDM/OADM)应用实例
CAINONET（中国高速信息示范网）
随着人类社会信息化时代的发展，对通信的容量和带宽需求呈现加速增长的趋势，为了解决电子瓶颈限制问题，实现未来的智能全光网络，各国研究人员在20世纪90年代先后开始了全光网络核心组成部分光分叉复用设备（OADM）和光交叉连接设备（OXC）的研究，大唐电信作为民族信息产业的先锋其研发的OADM、OXC设备试用于中国高速信息示范网，从而促进了中国全光网络的发展。
网络拓扑图如下：
广清韶河工程
本工程是广东省电信公司2000年所建设的6条省内二级干线中唯一采用国产设备的一条干线。
该工程采用16×2.5Gbit/s DWDM设备在广州、清远、韶关、河源四个区域以背靠背的形式构成了一个DWDM光环网。
该工程覆盖了广东北部地区，又称为“粤北环”工程。
粤北环工程的建设，大大缓解了粤北地区传输链路紧张的局面，为其经济发展起到了非常大的作用。
广东电信目前在此DWDM光环网上开通8个波长的业务，其中既有POS方式的业务，又有ATM Over DWDM、IP Over DWDM形式的业务。
在这条高带宽、大容量的光信道上，承载了语音、资料、图像等多种业务。
广州宽带网
广州宽带网采用大唐电信16*10GDWDM系统组成广州宽带网骨干传输系统，该系统可平滑升级至40*10G系统。
本系统中在光层采用先进的光信道保护和波长保护，在SDH层采用2纤复用段共享保护及基于G.842的跨环业务保护，该系统为广州宽带网提供10G、2.5G、GE、10M、100M、ATM155、ATM622等各种接口，该系统为九运会提供了高速信息传输信道。
光分插复用器(OADM)
OADM工作原理和应用一，OADM概念与性能1，OADM概念光分插复用器（optical add-drop multiplexer），简写为OADM。
其定义为对多波长光信号,一种能从中分出单个光波长信号,或将单个光波长信号加入到多波长光信号中的光波分复用设备。
光分插复用（OADM）可以看作是OXC的功能简化OADM 光分插复用器是一种用滤光器或分用器从波分复用传输链路插入或分光信号的设备。
它是光传送网(OTN)的关键网元，可以不经光／电／光转换和电处理，就能实现波分复用信道的分插功能，也就是说OADM在光域实现了传统的电SDH分插复用器在时域内完成的功能，因而在光网络中有着极大的应用前景。
OADM在光域内实现传统的电SDH分插复用在时域内完成的功能，而且具有透明性，可以处理任何格式和速率的信号，这一点比在SDH网络中所用的电ADM（分插复用器）更优越。
分插在这里的解释是上路和下路的意思。
上路的意思就是在进入到光分插复用器的光信号中，新增加一种或多种波长的信道，和其他的信道一起复用到光纤中。
下路的意思就是在进入到光分插复用器的光信号中，去掉一种或多种波长的信道，其他无关的信道直接通过光分插复用器，下路的信道直接转到设备中进行业务处理了，不是截断的意思。
工作结构示意图：2. OADM的主要性能衡量OADM的性能主要有：1)容量大小OADM的端口数量（即支持的链路数）、每端口可容纳的波长数量和可以上下路的波长数量。
这些参数反映出OADM节点的容量。
2) 业务接入及汇聚能力OADM应能开放式的支持多业务,对任何厂家的SDH设备STM-N 信号进行透明接入，包括STM-1/-4/-16/-64-256；还可承载其它格式的光信号，如ATM业务或POS，包括STM-1c/4c/16c/64C；以太网业务，支持100M/GBE/10GBE业务的接入；企业互联业务(ESCON)；光纤通道(FC)。
其它业务方面，提供灵活的多速率接口，可以承载45Mbit/s-2.5Gbit/s之间的任意速率业务, 汇聚多个低速率信号为高速率信号，如4×155M、4×622M、4×2.5G等。
【网络】光网络的主要技术发展及其应用
【关键字】网络光网络技术课程综述——你所了解光网络的主要技术、发展及其应用（10级电子与通信工程丁彦学号：10）光纤通信是以光波为载波，以光纤为传输介质的一种通信方式。
随着通信网传输容量的不断增加，光纤通信也发展到了一定的高度。
但是目前的光纤通信技术存在不少弊端，急需对其进行改进。
为了解决这些弊端，人们提出了光网络。
光网络以其良好的透明性、波长路由特性、兼容性和可扩展性，已成为下一代高速宽带网络的首选。
这里的光网络，是指全光网络（All Optical Network，AON）。
1全光网络的概念全光网络是指光信息流从源节点到目的节点之间进行传输与交换中均采用光的形式，即端到端的完全的光路，中间没有电信号的介入，在各网络节点的交换，则使用高可靠、大容量和高度灵活的光交叉连接设备（OXC）。
它是建立在光时分复用（OTDM）或者密集波分复用（DWDM）基础上的高速宽带信息网。
2全光网络的特点全光网络的发明与运用，可以不用在源节点与目的节点之间的各节点进行光电交换、电光交换，弥补了传统光纤通信中存在的带宽限制、严重串话、时钟偏移、高功耗等一些不足，拥有更强的可管理性、透明性、灵活性。
全光网络与传统通信系统相比，具有以下一些特点：1)节约成本。
由于全光网络中不需要进行光电转换，这就避免使用传统通信系统中需要的光电转换器材，节省这些昂贵的器材费用，也克服了传输途中由于电子器件处理信号速率难以提高的困难，大大提高了传输速率。
此外，在全光网络中，大多会采用无源光学器件，这也带来了成本和功耗的降低。
2)组网灵活。
全光网络可以根据通信容量的需求，在任何节点都能抽出或加入某个波长，动态地改变网络结构，组网极具灵活性。
当出现突发业务时，全光网络可以提供临时连接，达到充分利用网络资源的目的。
3)透明性好。
全光网络采用波分复用技术，以波长选择路由，对传输码率、数据格式以及调制方式等具有透明性。
可方便地提供多种协议的业务。
4)可靠性高。
全光通信网课件第6章OADM
×1
OCCr OChr
×i
×1
OTM-nr.m×1OCG-nr.m×j
×1 OCCr OChr ×1
×1
OTU3[V]
ODU3
×1
OPU3
客户信号
×k
1≤i+j+k ≤n
×1 OCCr OChr×1
k=3对应40Gbit/s
×1
OTU2[V]
ODU2
×1
OPU2
客户信号
×1
OTM-n.m OCG-
n.m
光 保 护 模 块
保护 光纤
解复 用器 模块
光上下 路模块
复用 模块
光发发射射接收接模收块模块
复用 模块
光上下 路模块
解复 用器 模块
工作 光纤
光 保 护 模 块
保护 光纤
2023/12/24
《全光通信网》
光开关型OADM节点工作原理图
传输速率 2048kb/s 1510nm信号
EDFA
MUX/ 分插 MUX/ DEMUX 模块 DEMUX
23 1
2023/12/24
《全光通信网》
3.光纤光栅和光环形器的OADM
这种类型的OADM由于结构简单，价格便宜而受到人们的关注， 由光环行器和光纤布喇格光栅(FBG)构成。
λ1λ2…λn 1
λi 2
输入 3
2 3 λ1λ2…λn 1 输出
λi
λi
2023/12/24
《全光通信网》
λ1λ2…λn 1
(少量分下费用低，大量分下费用高)
输入光纤 1 2 …… w
输出光纤 1 2 …… w
分下 1 插入 2
2023/12/24
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光分插复用（OADM）节点技术
光通信具有带宽大、可靠性高、成本低等特点,光通信系统和光网络飞速发展给信息时代带来新的革命。
OADM节点在光网络中的应用,使得环内路由操作不受传输信号类型和速率的影响,从而实现本地网的透明,为提供端到端的波长业务奠定基础。
也就是说用户可以根据自己的需要将任何形式,任何速率的信息承载在某一个波长上,而网络通过波长标识路由将其传到目的地。
一概述
WDM光网络简介
随着数据业务以几何级数增长，尤其是Internet的迅速普及，现有网络技术已远远不能适应广大用户对网络速度和带宽的要求。
90年代中期后走向实用的光波分复用（WDM）技术可以较好地利用光纤的宽带能力，是一种比较经济实用的扩大传输容量的方法，因而在近年来得到迅速发展，目前商品化的系统传输容量已达400Gb/s,实验系统则达到10Tb/s。
然而，目前光纤传送的信息到了节点上还必须全部经过光/电转换，依靠电子设备进行互联和交换，再把电信号转换成光信号向下传输。
光电转换和电子设备的速率限制了交换容量的提高，即形成所谓的“电子瓶颈”。
可以预计，建立在WDM传输和OADM、OXC光节点基础上的WDM全光网(WDM-AONs)将成为占主导地位的新一代光纤通信网络，以其高度的透明性、兼容性、可重构性和可扩展性，满足当今信息通信容量急剧增长的需要。
OADM是波分复用（WDM）光网络的关键器件之一，其功能是从传输光路中有选择地上下本地接收和发送某些波长信道，同时不影响其它波长信道的传输。
也就是说，OADM在光域内实现了传统的SDH （电同步数字层次结构）分插复用器在时域内完成的功能，而且具有透明性，可以处理任何格式和速率的信号，这一点比电ADM更优越。
OADM的研究进展和技术水平
鉴于OADM在骨干网节点及本地接入中的重要作用，国内外各大学、公司和团体都展开了比较深入的研究，有力的推动了OADM商业化进程。
美国于1994年开始的MONET计划，包含基于声光可调谐滤波器结构的8波长通道OADM节点的研究。
欧盟于1995年开始的ACTS计划中有COBNET（联合光干线通信网）和METON（光城域通信网）两个项目都与OADM有关，该计划对OADM器件进行了广泛而深入的研究。
从商业化程度来看，目前Lucent公司已经研制出40×10Gb/s带有完善网络接口的OADM节点，并成功推向市场。
其它如Alcatel，Siemens，NEC等公司也都有成熟产品推出。
目前国内对OAMD的研究也取得了很大进展，在863-300项目“中国高速信息示范网”中，大唐、武邮、中兴分别完成了8路波长，任意上下的OADM节点，具有完善的网络管理接口，可根据网络需求，对OADM进行灵活配置。
二OADM的技术原理
OADM的物理模型
一般的OADM节点可以用四端口模型来表示，基本功能包括三种：下路需要的波长信道，复用进上路信号，使其它波长信道尽量不受影响地通过。
OADM具体的工作过程如下：从线路来的WDM信号包含N 个波长信道，进入OADM的“Main Input”端，根据业务需求，从N个波长信道中，有选择性地从下路端
（Drop）输出所需的波长信道，相应地从上路端（Add）输入所需的波长信道。
而其它与本地无关的波长信道就直接通过OADM，和上路波长信道复用在一起后，从OADM的线路输出端（Main Output）输出。
网络设计对OADM的要求
根据不同的组网设计、业务需求情况和资源配置，光网络对用于其中的OADM节点有一定的要求，主要集中在性能要求上，具体体现在以下几个方面：重构性、可扩展性、透明性以及多通道处理能力。
此外，引入OADM对网络管理有利有弊。
尽管OADM允许光信道的灵活管理，但其灵活性不是完全不受约束的，OADM带来的信号恶化需要认真考虑。
在网络目标与OADM的光性能上存在一个技术选择的平衡点。
OADM 中的主要参数
主要参数有：信道间隔、信道带宽、中心波长、信道隔离度、波长温度稳定度、信道差损均匀性。
OADM节点技术分类和比较
OADM节点的核心器件是光滤波器件，由滤波器件选择要上/下路的波长，实现波长路由。
目前应用于OADM中的比较成熟的滤波器有声光可调谐滤波器、体光栅、阵列波导光栅（AWG）、光纤布拉格光栅（FBG）、多层介质膜等。
根据可实现上下波长的灵活性，OADM可分为固定波长OADM、半可重构OADM和完全可重构OADM。
从实际应用上看固定波长OADM和半可重构OADM已可以应用于系统中，而在大型网络节点中可以上下任意波长信道的完全可重构OADM实现起来还有一定难度。
从OADM实现的具体形式来看，主要包括分波合波器加光开关阵列及光纤光栅加光开关两大类。
1）分波合波器加光开关阵列
这种结构的波长路由采用分波合波器，OADM的直通与上下的切换由光开关或光开关阵列来实现。
这种结构的支路与群路间的串扰由光开关决定，波长间串扰由分波合波器决定。
由于分波合波器的损耗一般都比较大，所以这种结构的主要不足是插损较大。
目前分波合波器多采用体光栅、多层介质膜和阵列波导光栅等器件。
从物理上看分波器反过来用就成为合波器，当然在实际设计上分波器与合波器的考虑还是略有不同的,下面从构成分波器的角度对这三种器件分别加以简要介绍。
多层介质膜
多个FP腔级联构成多层介质膜，根据每个FP腔的透过波长不同来实现解复用功能，这是多层介质膜的工作原理。
其优点是顶带平坦，波长响应尖锐，温度稳定性好，损耗低，对信号的偏振性不敏感，在商用系统中广泛应用。
但由于它要通过透镜与光纤相连，因而光纤耦合需要精确校准，另外其稳定性也受到环境温度的影响，因此在生产与复制过程中难以保证通带中心波长的精确控制。
体光栅
体光栅属于角色散型器件。
衍射光栅在玻璃衬底上沉积环氧树脂，在其上制造光栅线，构成反射型闪耀光栅。
入射光照射到光栅上后，由于光栅的角色散作用，不同波长的光以不同角度反射，然后经透镜汇聚到不同的输出光纤，从而完成波长选择作用。
由于体光栅是体型装置，不易制造，价格昂贵。
阵列波导光栅
将光从普通的N×N星型耦合器的任何一处输入都将传到所有输出端，没有任何波长选择性。
而在阵列波导光栅(AWG)中，任何工作频段内的输入光都将从一个确定的端口输出，这样就可以实现复用和解复用的功能。
与目前常用的多层介质膜相比，AWG的特点是结构紧凑、价格便宜、信道间隔更窄，适用于多信道的大型节点。
AWG需要解决的问题有：偏振的影响、温度的影响、光纤的连接与耦合。
2）光纤光栅
光纤布拉格光栅（FBG）是使用紫外光干涉在光纤中形成周期性的折射率变化（光栅）制成的光器件。
其优点是可直接写入通信光纤，成本低，生产重复性高，可批量生产，易于与各种光纤系统连接，连接损耗小，波长、带宽、色散可灵活控制。
存在的主要问题是受外界环境的影响较大，如温度、应变等因素的微小变化都会导致中心波长的漂移。
干线WDM信号经开关选路，每路的光栅对准一个波长，被光栅反射的波长经环行器下路到本地，其他的干线信号波长通过光栅经环行器跟本地节点的上路信号波长合波，继续在干线上向前传输。
这个方案可以根据开关和光栅来任意选择上下话路的波长，使网络资源的配置具有较大的灵活性。
由于每个FBG只能下一路波长信道，由于生产成本的原因，这种结构只能适用于上下话路不多的小型节点。
三、小结
随着半导体工艺以及光子集成技术的不断发展，可以预计，未来OADM将向小型化、集成化发展，其价格也会进一步降低，从而满足实用化的需要。