10第10章波分复用器讲解
波分复用技术的工作原理
波分复用技术的工作原理波分复用技术（Wavelength Division Multiplexing，WDM）是一种基于光的通信技术，利用不同波长的光信号在同一光纤上进行传输。
由于不同波长的光信号在光纤中的传播不会相互干扰，可以通过复用技术将多个光通信信号传输在同一根光纤上，从而大大增加了通信容量。
WDM技术可以分为两种类型：密集波分复用技术（DWDM）和正常波分复用技术（CWDM），它们区别在于波长通道间隔的大小和可用的波长数量。
DWDM通道间隔比CWDM小，可以在同一段光纤上增加更多的波长，从而大幅提高传输容量。
下面将从波分复用技术的原理、优势、缺陷和应用领域等方面介绍这一技术。
一、波分复用技术的原理波分复用技术的原理可以类比于广播电台。
广播电台可以同时播出多个不同频率的电台节目，收听者可以通过调整收音机来选择不同的频率来收听不同的电台节目。
同理，WDM技术可以在同一根光纤上传输多个不同波长的光信号，接收者通过选择不同波长的接收器来分离不同的光信号。
具体来说，WDM系统主要由光发射器、光纤、光放大器和光探测器组成。
光发射器将多个不同波长的光信号合并在一起后，通过光纤进行传输。
光信号在光纤中传播时不会相互干扰，因为不同波长的光信号会在光纤中以不同的角度传送。
光放大器可以放大光信号的功率，使光信号能够达到较远的传输距离。
光探测器用于将不同波长的光信号分离，并将其转换成电信号。
WDM系统的传输容量由两个因素决定：波长间隔和可用波长数量。
DWDM系统通常使用0.8 纳米到 0.1 纳米的波长间隔，可用的波长数量从几十个到数百个不等，从而可以实现传输容量的大幅提升。
二、波分复用技术的优势1. 高通信容量WDM技术可以将多个光信号传输在同一根光纤上，从而大大提高了通信容量。
一个DWDM系统可以支持数百个不同的波长，因此可以实现高达几百兆比特每秒到数千兆比特每秒的数据传输速率。
2. 长传输距离WDM系统利用光放大器放大光信号的功率，在光纤中传输的距离可以高达几千公里，远比传统的电信技术更为出色。
波分复用器结构范文
波分复用器结构范文波分复用器（Wavelength Division Multiplexer，简称WDM）是一种光电转换设备，常用于光纤通信系统中，可将多个不同波长的光信号合成一个光纤上，并在接收端将这些光信号分开。
波分复用器的结构主要包括传输光纤、合路器、分离器和光学滤波器等几个关键部件。
波分复用器的传输光纤是整个系统的基础，承载着多个波长的光信号。
一般来说，传输光纤采用单模光纤或多模光纤，其选择依靠于系统的要求和预期的传输距离。
在长距离传输中，通常使用单模光纤，因其具有更低的损耗和较大的传输容量。
合路器是波分复用器中的核心元件，用于将多个波长的光信号合成一个光纤中。
合路器分为主动合路器和被动合路器两类。
主动合路器是采用光放大器进行波长转换和信号合成，被动合路器则是直接将多个光信号合成一起。
被动合路器的结构简单、成本较低，因此在大部分WDM系统中被广泛使用。
分离器是波分复用器中的另一个重要部件，用于将复合的光信号分离出来。
分离器一般也分为主动分离器和被动分离器两类。
主动分离器是采用光电探测器进行信号分离和波长转换，被动分离器则是通过光学滤波器实现光信号的分离。
被动分离器通常具有较小的损耗和较高的信号隔离度，被广泛用于光通信系统中。
光学滤波器是波分复用器中的关键部件，用于实现波长选择和过滤。
常用的光学滤波器包括窄带滤波器和宽带滤波器。
窄带滤波器具有较窄的带宽，用于选择特定的波长信号。
宽带滤波器具有较大的带宽，可用于合并多个波长信号或去除特定的波长信号。
除了上述主要的组成部件外，波分复用器还包括连接器、耦合器、光开关等其他辅助部件。
连接器用于连接传输光纤和波分复用器，保证光信号能够顺利传输。
耦合器用于将光信号引入和从波分复用器中引出，确保各个部件间的光信号传输。
光开关则用于在需要时切换光信号的路径，实现指定波长的光信号的快速选择和切换。
波分复用器原理
波分复用器原理波分复用 (Wavelength Division Multiplexing，WDM) 是一种光传输方式，它可以将多个光信号在同一根光纤中传输，从而提高光纤的利用率。
波分复用器可以实现波分复用技术。
接下来我们将对波分复用器的原理进行介绍。
一、波分复用器的基本概念波分复用器是一种光学器件，可以将多个信号的不同波长分别定向传输，通过光波分离和光波合成实现多信号的同时传输。
波分复用器的特点是在同一根光纤中可以传输多个信号，从而提高光纤的利用率。
二、波分复用器的结构波分复用器通常由分波器、合波器和滤波器三个主要部分组成。
1. 分波器：分波器可以将多路信号分离成不同波长的信号，并将每路信号导入不同通道，实现波长的复用。
2. 合波器：合波器则将不同波长的信号从各个通道中合成为一个信号，并将其输出。
3. 滤波器：滤波器可以滤掉非目标波长的光信号，使目标波长的信号通过。
三、波分复用器的工作原理波分复用器的工作原理可以分为两个步骤：波长分离和波长合成。
1. 波长分离：首先，波分复用器将传输过来的多路信号通过分波器分离成不同波长的光信号，然后导入不同的通道中，在光纤中互不干扰地传输。
2. 波长合成：在接收端，波分复用器将各个通道中的信号通过合波器合成为一个信号，然后输出。
在这个过程中，滤波器可以滤掉非目标波长的光信号，使目标波长的信号通过。
四、波分复用器的应用波分复用技术广泛应用于光传输领域。
主要应用于长距离通信、光纤传感、光纤放大器、光波谱分析仪等领域。
同时，波分复用技术也是未来光纤通信网络发展的一个重要方向。
综上所述，波分复用器是一种光学器件，主要由分波器、合波器和滤波器三个部分组成。
波分复用器的工作原理是通过波长分离和波长合成实现多路信号的同时传输。
波分复用技术被广泛应用于光传输领域。
波分复用器详细解释
处理原理
处理性能
光信号处理技术基于光学的非线 性效应和干涉原理，通过改变光 信号的相位、幅度、频率或偏振 态等参数，实现信号的逻辑运算、 调制解调及频率转换等功能。
光信号处理技术的性能指标包括 处理速度、精度和稳定性等。这 些性能指标直接影响波分复用系 统的传输速率、频谱效率和系统 可靠性等方面。
04
数据中心中的应用
总结词
波分复用器在数据中心中用于提高光网络的带宽利用率和传输性能。
详细描述
随着数据中心规模的扩大和业务量的增长，对带宽的需求也在不断增加。波分复用器可以将多个低速率的光信号 复用到一根光纤中，实现高速数据传输，提高了带宽利用率和传输性能。这有助于降低数据中心的运营成本，并 满足不断增长的业务需求。
波分复用器详细解释
目
CONTENCT
录
• 波分复用器概述 • 波分复用器的工作原理 • 波分复用器的关键技术 • 波分复用器的优势与挑战 • 波分复用器的应用案例
01
波分复用器概述
定义与特点
定义
波分复用器是一种将多个不同波长的光信号复用 到同一根光纤中进行传输的设备。
灵活扩展性
可根据需要增加波长数量，实现网络的灵活扩展 。
智能交通系统中的应用
总结词
波分复用器在智能交通系统中用于实现 车联网和交通监控系统的快速数据传输 。
VS
详细描述
智能交通系统中包含大量的车辆和交通监 控设备，需要实现快速、实时的数据传输 。波分复用器可以将多个设备的数据复用 到同一根光纤中进行传输，提高了数据传 输的效率和可靠性。这有助于实现智能交 通系统的智能化管理和安全运行。
03
波分复用器的关键技术
光学滤波技术
01
波分复用器课件
基于纳米线材料制作的Si-AWG (a)比利时根特大学的马鞍形(b)日本横滨国立大学
基于纳米Si光波导的新型交叠型AWG结构
AWG结构： 至少一条输入波导/输出波导 输入/输出自由传输区（FPR） 阵列波导区域 FPR为罗兰圆结构
AWG需满足的衍射方程：
n F d a P sR i i n n F d a P sR o i n n a L m
阵列波导光栅 （AWG）
蚀刻衍射光栅 （EDG）
TFF与AWG结构示意图
基于TFF 的复用/解复用器：
技术成熟，具有温度稳定性好、偏振不敏感、信道隔离度高、信 道间隔可以不规则设置、系统升级容易等优点，但也有每个 TFF 需单 独设计、通道损耗依滤波顺序递增、器件成本与通道数成正比、装配
时间长等缺点，因此一般只应用于系统中通道数小于 16 的情况。
性的干涉滤波器，就可以实现将不同的波长分离或合并。
图中A为空气，G为基底，H为 光学厚 度为λ0/4的高折射率膜层，L 为光学厚度为λ0/4的低折射率膜层。 器件的中间两层连续的低折射率膜
层(LL)，加起来的光学厚度为λ0/2。 对于波长为λ0的光，可以完全透射 LL，就像没有LL膜层一样。LL两 边是H层，整个HLLH层的光学厚度 为λ0 ，所以波长为λ0的光也是完全透射的，这样对于整个λ0/4膜系， 无论有多少层，波长为λ0的光都能透射过去。而对于其它λ≠λ0的光， 每通过一层，透射率就下降一次，直到最后被滤除。
EDG原理：
光栅方程：n e ff (s inin s ind iff,0 ) m 0
上式两边进行微分，可以得到角色散关系
m
neff
两边同时乘以Rowland圆直径，可以获得线色散关系
波分复用的基本原理
波分复用的基本原理嘿，朋友们！今天咱来唠唠波分复用的基本原理。
你看啊，这波分复用就好比是一条高速公路，不同颜色的光就像是各种不同的车辆。
在普通情况下，这些光各自走各自的路，就像车在不同的车道上行驶。
但波分复用可不一样，它就像是个超级调度员，能把这些不同颜色的光巧妙地安排在一起，让它们在同一条“道路”上欢快地跑起来。
想想看，如果没有波分复用，那得需要多少条单独的线路来传输这些光信号啊！那得多麻烦，多浪费资源啊！可波分复用一来，嘿，问题迎刃而解。
它就像是个神奇的魔法，能把那些看起来杂乱无章的光信号整理得井井有条。
就好比你有一堆乱七八糟的玩具，突然有个厉害的整理大师出现，一下子就把它们都归类放好了。
波分复用让光通信变得更加高效、便捷。
它让信息可以像水流一样顺畅地在光纤中流淌，而且还能同时传输好多好多的信息呢！这不就跟我们家里的自来水管一样嘛，一个管子里可以同时流淌好多不同的水流。
你说这技术厉不厉害？它就像是给光通信开了个超级加速外挂，让信息传输的速度蹭蹭往上涨。
而且啊，这波分复用还特别稳定可靠。
就像我们每天出门都要走的路，只要维护得好，就一直能顺畅地走下去。
它不会轻易出问题，能一直为我们服务。
你再想想，如果没有波分复用，我们现在的网络能有这么快吗？我们能这么愉快地刷视频、玩游戏、聊天吗？肯定不行啊！所以说啊，波分复用真的是光通信领域的一大功臣。
它让我们的生活变得更加丰富多彩，让信息的传递变得如此简单快捷。
总之，波分复用就是这么牛，它是现代通信技术中不可或缺的一部分。
它就像一颗璀璨的星星，照亮了我们信息传递的道路，让我们在信息的海洋中畅游无阻！这就是波分复用的魅力所在啊！朋友们，你们感受到了吗？原创不易，请尊重原创，谢谢!。
波分复用原理课件
信号调制是将信息转换为适合传 输的光信号的过程。
常用的信号调制格式包括开关键 控（OOK）、脉冲幅度调制（ PAM）和相位偏移键控（PSK）
等。
解调则是将调制后的光信号还原 为原始信息的过程。
信号同步与监控
01
02
03
04
信号同步是指确保不同波长信 号在同一时间开始和结束传输
的过程。
通过使用同步信号和时间标记 ，可以实现信号的精确同步。
波分复用原理课件
目录
• 波分复用技术概述 • 波分复用系统的组成 • 波分复用的关键技术 • 波分复用的优势与挑战 • 波分复用技术的应用案例 • 波分复用技术的实验与演示
01 波分复用技术概 述
波分复用的定义
波分复用是一种利用单根光纤进行多路传输的技术，它将不同波长的光信号合并在 同一根光纤中传输，从而实现多个信号的同时传输。
结果四
通过实验，深入理解了波分复 用技术的原理和应用。
THANKS
感谢观看
扩展性强
随着新波长的加入，波分复用 网络的容量可以不断扩展，满 足未来不断增长的数据传输需 求。
可靠性高
由于每个波长独立传输数据， 因此某个波长的故障不会影响 到其他波长的传输，提高了网
络的可靠性。
挑战
色散问题
噪声干扰
不同波长的光信号在光纤中的传播速度略 有不同，导致信号畸变，称为色散。需要 采取措施来减小色散对传输性能的影响。
新型光纤材料
新型光纤材料的研发将有助于解决色散和噪声问题，提高波分复用 的性能和稳定性。
智能化管理
随着物联网和大数据技术的发展，未来将实现波分复用网络的智能 化管理，提高网络的运维效率和可靠性。
05 波分复用技术的 应用案例
波分复用原理PPT课件
温度波长 控制电路
DFB 激光器
驱动电流
马赫策恩德或 电吸收调制器
光接收机
入射光
短程传输接收：PIN 长程传输接收：APD
电信号
接收机必须承受的影响： 信号畸变 噪声 串扰
合波和分波无源部分
DWDM系统对合波和分波无源器件的
基本要求
DWDM 系统 中 使 用的 波 分 复用 器 件 的性 能 应 满足 ITU-T G.671及相关建议的要求。 合波器
常用的合波器类型有耦合器型、介质薄膜滤波器型和集成光波导型。 合波器的参数主要有插入损耗、光反射系数、工作波长范围、极化 相关损耗和各通路插损的最大差异。
分波器
分波器的类型主要有光栅型、干涉滤波器型、熔锥型和集成光波导 型分波器等类型。
分波器的参数主要有通路间隔、插入损耗、光反射系数、相邻通路 隔 离 度 、 非 相 邻 通 路 隔 离 度 、 极 化 相 关 损 耗 、 温 度 系 数 、 0.5dB 和 20dB带宽。
DWDM系统的分类
以系统接口分类：集成式或开放式系统 以信道数分类：4、8、16、32等 以信道速率分类：2.5Gbit/s 、10Gbit/s及混合速率 以信道承载业务类型分类：PDH、SDH、ATM、
IP或混合业务等
以地理域分类：海底系统、陆地干线、本地网、
城域网
开放式和集成式系统结构
比著名的CPU性能进展more定律 （18个月左右翻番）快2～3倍
扩容的选择
空分复用
SDM(Space Division Multiplexer)
时分复用
TDM(Time Division Multiplexer)
波分复用
WDM(Wavelength Division Multiplexer)
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§10.1 光波分复用技术
§10.2 光波分复用器
问题的提出
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
1
0
1
1
TDM signal
1 1 0 0 1 0 1 1
signal1
1 0 0 1
向全双工的通信。
1 光发射机
…
1
光接收机
…
1
n
光发射机
n
复用/解复用器
1… n
光纤 放大器 复用/解复用器
光接收机
n
n＋1
光发射机
…
1′
光接收机
…
n ＋1… 2n 2n
1′
n′
光接收机
光发射机
n′
单纤双向WDM传输
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：
n1 n2 n 1< n 2
. . . n1
N 1 2
1. 波分复用器的 定 义
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。
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)。
1. 波分复用的定义
光波分复用(WDM: Wavelength Division Multiplexing)：
在一根光纤中同时传输多个波长光信号的一项技术.
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），
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。
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。
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。
双纤单向传输
(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
λ
s
光 分 波 器 λ
λ
1
1 光接收器1
n
光监控信道 发送器
光监控信道 接收/发送器
光接收器n
n
光监控信道 接收器
网络管理系统
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——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。
2. 波分复用器的 光学特性
a. 解复用器 主要光学特性：
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
b. 复用器
主要光学特性：
中心波长
中心波长范围；
（平均信道间隔的10％）
中心波长对应
signal2
光纤损耗谱特性
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。
§10.1 光波分复用技术
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
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λs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λs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。
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。
4. 波分复用系统的基本结构
光发送机 1 光转发器1 λ
1
光接收机 光中继放大 光 纤 BA LA
s
n
光转发器n
λ
n
光 合 波 器
光 纤 PA λ
s
λ
λ
s
§8.2
光波分复用器
1. 光波分复用器的 定义 2. 光波分复用器的 光学特性 3. 几种 光波分复用器
1. 插入损耗
Pii Lii 10 log Pi
2. 串音
Lc 10log
Pij Pi
3. 通带带宽：信道之间的间隔、 N
p i
1 2 N
并作进一步处理后恢复出原信号送入不同终端。
波分复用原理示意图
光发送机λ
1
光接收机λ 1
光发送机λ 2
复 用 器
λ 1 λ 2 …λ N 单根光纤
解 复 用 器
光接收机λ 2
光发送机λ 3
光接收机λ 3
3. 波分复用技术的发展
CWDM：利用1.3和1.55µm附近两个低损耗窗口构 成两个波长的WDM系统。 由于1310/1550 nm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) µm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。