通信双频波分复用原理

实验一通信双频波分复用原理

一、实验目的

1、熟悉WDM器件的使用。

2、掌握WDM器件的插入损耗及串扰的测试。

3、掌握经过同一光纤信道的多机通信。

二、实验原理

波分复用（WDM）通信的基本原理

波分复用是指一条光纤中同时传输具有不同波长的几个载波，而每个载波又各自载荷一群数字信号，因此波分复用又称为多群复用。如图1所示。具有不同波长、各自载有信息信号的若干个载波经由CH1、CH2、…….CHn等进入合波器，被耦合到同一条光纤中去，再经此光纤长距离传输，到终端进入合波器，由其按波长将各载波分离，分别进入各自通道CH1’、CH2’、…….CHn’，分别解调，从而使各自载荷信息重现。同样过程可沿与上述相反的方向进行，如图１中的虚线所示，这样的复用称为双向复用，显然，双向复用的复用量将增大一倍，如一个通道传输的信息为B，单向复用传输的则为NB，双向复用传输的则为2NB。

波分复用器

波分复用器的工作原理来源于物理光学，如利用介质薄膜的干涉滤光作用、利用棱镜和光栅的色散分光作用等。

图1 波分复用原理图

（1）干涉滤光片型波分复用器由薄膜光学原理得知，具有高折射率nH、低折射率nL的两种材料交替组成的膜系呈现出滤光效应，如图2所示。在λ0处吸收最小，即透过率最大，因此起到了滤光作用。不过，比较来说，由于Δλ难以作到很窄，故复用的路数是有限的，而且要求被分割的两路波长之间不能靠的太近，以防止串扰。这些都属于干涉滤光片型波分复用器的缺点。

图2 干涉滤波WDM原理

(2)光栅型波分复用器光栅是一种等间隔分割光波波面的光学装置，它具有明显的角色散作用，因此可以用来做分光和合光器件，如下图所示，光源S发出的光通过光栅G，在其后焦面的P点上得到光强可以写成如下形式：

其中u,v是与光栅常数（a,b）有关的系数，显然，当V=kл时可获得最大光强，或者说，在满足下列方程（即光栅方程）的方向（θ角）上，会出现亮线：

这样，当入射光为多种波长组成的复合光时，则由上两式确定出，不同的波长将沿不同的方向出射，从而达到分光的目的；如沿反方向传播，则作用相反，即起到合光作用，光栅靠的是角色散作用分光合光的，角色散的大小可由下式求出，即

由此可以得出：为获得较大的角色散，应取较高的级次（k），如果再考虑高级次有足够的能量，因此使用闪烁型光栅最为适宜，如图3所示，目前使用或研制的光栅型复用器几乎均采用此类型光栅。与滤光片型比较，光栅型复用器的最大优点是：分路（合路）的路数多；缺点是：插入损耗大，制作工艺相对复杂些。

图3 光栅型波分复用器

(3)棱镜型波分复用器和光栅一样，棱镜也是一种熟知的角色散器件，因此也具有显著的分光作用，棱镜的角色散为

其中n是折射率，a是棱镜的折射角，（dn/dλ）是色散率，由此可见，为了实现较多路数的分波和合波，即要求较大的角色散，则应选择大的折射角和高色散率的棱镜。

由于棱镜型复用器件的工艺复杂，制作较难，因此单独使用的较少，一般多将它与其它类型的复用器件结合使用，构成复合型的复用器件。

（4）光纤耦合型波分复用器上述几种复用器件虽各有优点，但他们有一个共同的缺点，即

插入损耗比较大。光纤耦合型波分复用器的插入损耗可以做的非常低，因此很有竞争力。其工作原理是，将若干条光纤拉成锥型并熔融一起，或者采用去除包层研磨、抛光、粘接的方法，促使光纤中的光场间发生耦合，从而达到分波和合波的目的。本实验系统所使用的WDM 既为此种原理，原理图如下所示。

图4 光纤耦合型波分复用器

需要指出的是，随着光复用技术的迅速发展，近年来又先后发展出全光型和集成光学型复用器，不过从原理上看，它们仍源于上述四种基本形式的复用器件。

三、实验步骤

1、WDM器件与实验板的连接

将WDM器件如图5所示和实验板连接。接上电话机，打开电源。弹起自锁开关PA401，切换到数字传输。把各个跳线跳到数字传输。

图5 实验装置图

2、测试WDM器件的步骤

双向耦合器如上图所接。弹起PA401选择数字传输方式。测1310nm的插入损耗：先把耦合器从系统中分离出来，直接使用光纤跳线测量1310nm光源的输出功率P1，然后把1310nm 对应的光纤臂接到1310nm光源，然后测另一耦合器的1310nm输出端输出功率为P2。耦合器的插入损耗即为：

通过调节W406改变LD输出功率，并记录每次实验的数据填入下表，并求平均的插入损耗。

四、实验数据及处理

可求得平均值L0=0.30604

可知这损耗值还是挺大的，原因有：

1.在连接耦合器时每一次旋紧度不同，导致功率有相差

2.光纤接口表面脏了，导致功率变大。

五、思考题

1、测试WDM器件的重要指标的方法。

答：a以白光源作为测试光源，再用光谱仪扫描

b 以1550 nm LED光源作为测试光源，再用光谱仪扫描

c 以可调谐激光器作为测试光源，再用光功率计检测

d以S+C+L宽带光源作为测试光源，再用光谱仪扫描

e以ASE-C+L宽带光源作为测试光源，再用光谱仪扫描

2、测试WDM器件的插入损耗的实验步骤。

答：用差模测试方法。