第四章 光波分复用器
光波分复用器原理
光波分复用器原理
“哎呀，这光到底是咋回事呢？”我正和小伙伴们在公园里玩耍，突然想到了一个问题。
咱先来说说光波分复用器是啥玩意儿吧。
这就好比一个神奇的大盒子，里面有好多关键部件呢。
有能把不同颜色光分开的小镜子，就像咱们分糖果一样，把各种颜色的光分得清清楚楚。
还有一些小管道，让光在里面乖乖地跑。
这些部件可厉害啦！小镜子能准确地把不同波长的光送到不同的地方，就像快递员叔叔把包裹送到正确的地址一样。
那小管道呢，就像小火车的轨道，光在里面跑得可顺溜啦！
那它的工作原理是啥呢？嘿，你想想看，不同颜色的光就像不同的小伙伴，它们都有自己的特点。
光波分复用器呢，就能认出这些不同的光小伙伴，然后把它们安排到不同的道路上去。
比如说红色光走这条路，蓝色光走那条路。
这可太神奇啦！就好像我们在玩游戏的时候，给每个小伙伴都分配了不同的任务。
那光波分复用器在生活中有啥用呢？有一次，我和爸爸妈妈一起看电视。
我就想啊，这电视信号是咋传过来的呢？原来啊，光波分复用器在这中间可起了大作用呢。
它能把好多不同的信号，像电视信号、电话信号、网络信号啥的，都放在一束光里传过来。
这就像一个超级大卡车，能把好
多不同的货物一起运过来。
要是没有它，那我们的生活可就没这么方便啦！说不定电视会卡顿，电话也打不通呢。
所以说啊，光波分复用器可真是个神奇的东西。
它让我们的生活变得更加丰富多彩，就像一个魔法盒子，给我们带来了好多惊喜。
我觉得它超级厉害，以后我也要好好学习，了解更多关于它的知识。
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）技术第一章：了解光波分复用(WDM)把不同波长的光信号复用到一根光纤中进行传送（每个波长承载一个TDM 电信号）的方式统称为波分复用。
波分复用是一种光纤传输技术，这种技术在一根光纤上使用不同的波长传输多种光信号。
现在，在为远程通信设计的高端WDM系统中，每种光信号（通常是指一个信道或一种波长）最多可以达到2．5Gps或10Gbps的传输速率。
当前的系统能够支持32到64个信道，厂商承诺将在不久的将来提供支持96信道或128信道的系统。
这将使得一根光纤就能够传送几百Gps的信息。
密集波分复用（DWDM）一词经常被用来描述支持巨大数量信道的系统，在这里，“密集”没有明确的定义。
相反，在一根光纤上使用两个或者四个信道有时也被称为WDM。
＜WDM光传输技术简介＞波分复用（WDM）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。
通信系统的设计不同，每个波长之间的间隔宽度也有差别，按照通道间隔差异，WDM可以细分为W-WDM、M-WDM、D-WDM。
我们可以将一根光纤看作是一个多车道的公用道路，传统的TDM 系统只不过利用了这条道路上的一条车道，而使用D-WDM技术，类似于利用公用道路上尚未使用的车道，以获取光纤中未开发的巨大传输能力。
＜波分复用技术的发展＞波分复用技术在光纤通信出现伊始就出现了。
从1995年开始，WDM发展进入了快车道，Lucent率先推出了8*2.5G波分复用系统，Ciena推出了16*2.5G系统。
我国已完成了4*2.5G的现场实验，8*2.5G实验系统已通过签定。
WDM发展迅速的主要原因在于：（1）光电器件的迅速发展。
（2）TDM 10Gb/s面临着电子元器件响应时间的挑战。
（3）光纤色散和偏振模色散限制了10Gb/s的传输。
90年代初，EDFA（掺铒光纤放大器）的迅速商用化解决了WDM 复用器带来的插入损耗问题。
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
光纤通信第四章4-波分复用
an = 1
n
a g (t nT )
n
对“1” 对“0”
24
码
=-1
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频移键控
m(t )
n
imt int g ( t nT ) ( a e a e ) n n
an =1
对“1”码
=0
对“0”码
an
是an的逻辑非
2015-5-21
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5
1、角色散型
角色散本领:角色散本领是相距为单位波长的光波 散开角度，其表达式为 色分辨本领: 色分辨本领反映器件分辨波长很接 近的谱线的能力。光学元件的色分辨本领定义为
D
min
min
D
半角宽度△θ=δθ
式中，δλmin是瑞利判据所规定的角色散元件能够 分辨的两谱线的最小波长差。
2 2
c0 Le c( z)dz
sin 2 ( c0 Le ) 1 1
和
或0
( c0 Le ) 1 ( c0 Le ) 2
m=0, +/-1, +/-2,….
2
m
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22
波长信道交织器(Interleaver)
用于复用波长数目较多的场合
干涉膜型解复用器特性示例
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15
（2）Mach-Zahnder滤波器型
pi E i E i Ei Aeit i l pi1 pi 2 A2 2
光波分复用
网络管理系统是通过光监控信道的物理层传送开销字节到其它节点或接收其它节点的开销字节对光波分复用 系统迸行管理。主要实现配置、故障、性能、安全管理等功能，并与上层管理系统相连。
WDM系统构成
WDM系统按照工作波长的波段不同可以分为两类：一类是在整个长波长波段内信道间隔较大的复用，称为粗 波分复用（CWDM）；另一类是在1550nm波段的密集波分复用（DWDM），它是在同一窗口中信道间隔较小的 波分复用，可以同时采用8,16或更多个波长在一对光纤上（也可采用单纤）构成光纤通信网络，其中每个波长之 间的间隔为1.6nm，0.8nm或更低，对应的带宽为200GHz，100GHz或更窄的带宽。
(1)可充分利用光纤的带宽资源，使同一根光纤的传输容量增加几倍至几十倍，甚至几百倍。(2)由于光波分 复用技术使用的波长相互独立，故可以同时传输特性完全不同的信号。(3)采用全双工方式，光信号可以在一根光 纤中同时向两个不同的方向传输，节省了线路投资，提高了系统的经济效益。(4)对于早期敷设的芯数不多的光缆， 波分复用技术可提供“在线升级，平滑过渡”的技术支持，即在对原有系统不作较大改功的情况下，进行扩容， 节省投资。(5)随着传输速率的不断提高，许多光器件的响应速度已明显不足。使用波分复用技术可以降低对器件 性能上的要求。(6)波分复用器件大多是光无源器件，结构简单，体积小，稳定可靠，在网络设计和施工中有很大 灵活性。因此，波分复用技术成为当前迸行扩容、升级改造以及建设新的高速、大容量通信网络的最佳技术 选 择。
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第四章 光波分复用/解复用器
应用
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第四章 光波分复用/解复用器
7.光纤光栅(FG) UV光诱导的纤芯折射率周期L变化
UV beam
-1
+1
-1
+1
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第四章 光波分复用/解复用器
最简单的正弦型FG，折射率: L: 周期，neff:有效折射率，dn: 折射率调制深度 10^(-4～-2).前向和后向两种模式间的耦合波方程 z
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第四章 光波分复用/解复用器
* 光谱平坦型AWG技术
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第四章 光波分复用/解复用器
* PLC制备技术
A.平板波导生长 SiO2/Si系列：PECVD，FHD InGaAsP/InP系列：MOCVD Polymer 材料: Spin Coating
B.光刻 (Photomask, UV, 冲洗) + 干式RIE 陡直光滑 Sidewalls IL, CT 要求：应力平衡，Dn < 4x10-4, Dw, Dh < 0.5 mm
ch9 ch10 ch11 ch12 ch13 ch14 ch15 ch16 WL(nm) 1538.186 1538.974 1539.762 1540.553 1541.341 1542.133 1542.926 1543.72 BW1(nm) 0.353 0.353 0.354 0.352 0.355 0.36 0.356 0.356 BW3 (nm) 0.499 0.498 0.499 0.5 0.5 0.5 0.501 0.508 IL(dB) 4.73 4.72 4.73 4.79 4.84 4.88 4.87 4.95 PDL(dB) 0.26 0.29 0.31 0.31 0.28 0.36 0.37 0.45 Ripple(dB) 0.21 0.21 0.19 0.21 0.22 0.21 0.18 0.21 Adj-Iso (dB) 30.82 30.37 30.67 31.05 31.61 30.99 30.84 31.12 Non Adj-Iso(dB) 31.19 30.96 30.85 30.87 30.63 30.44 30.58 30.66 ITU Grid (nm) 1538.19 1538.98 -0.006 1539.77 -0.008 1540.56 -0.007 1541.35 -0.009 72 C 1542.14 -0.007 1542.94 -0.014 1543.73 -0.013
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第四章 光波分复用/解复用器
3.干涉膜型光波分复用器 由双光纤、自聚焦透镜和多层介质膜构 成。其光学膜一般镀制成截止(短波或长 波截止)滤光片或带通滤光片。如1310／ 1550nm的波分复用器
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第四章 光波分复用/解复用器
选用超窄带滤光片时，可构成密集型波 分复用器。复用间隔可小至lnm。单窗口 二波密集型波分复用器.
Wavelength 华南师大光电学院 黄旭光 (nm)
第四章 光波分复用/解复用器
WL
华南师大光电学院 BW1, BW2, WL, PDL, RL
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第四章 光波分复用/解复用器
* Athermal AWG
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第四章 光波分复用/解复用器
• 分布反馈式(DBF)激光器
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第四章 光波分复用/解复用器
• 光纤光栅传感器
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8.光栅型 由光栅、透镜和光纤阵列构成的WMD器件。 信道间隔可达100GHz,信道数高
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第四章 光波分复用/解复用器
P2 = P1cos2(CL) P4 = P1sin2(CL)
C: 耦合强度，a: 为两光纤熔拉后锥体截 面宽度，n2:芯层折射率，V: 归一化频率， C随光波长而增大。通过熔拉技术调节两光 纤的芯距和长度，可精确控制功率的转移, 使不同波长的光从不同端口输出
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第四章 光波分复用/解复用器
* Gaussian AWG40
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* Flattop AWG40
Simulation Result
Test Result
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* Flattop AWG16
ch1 WL(nm) 1531.904 BW1(nm) 0.351 BW3 (nm) 0.499 IL(dB) 4.86 PDL(dB) 0.42 Ripple(dB) 0.33 Adj-Iso (dB) 30.31 Non Adj-Iso(dB) 31.07 ITU Grid (nm) 1531.9 ITU Error (nm) 0.004
缺点: 有较高的回波反射, 必须使用 光隔离器, 每一信道均需要昂贵的光环 行器, 插损和成本随信道数而增加, 插 损均匀性差, 分立器件, 需要温控和应 力补偿, 只适用于低信道数
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第四章 光波分复用/解复用器
其它应用: • 色散补偿
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9.刻蚀光栅 (EG) 2D 平面光栅光谱仪
输入、输出波导(狭缝)、聚焦反射镜和光 栅集成在同一平面上。集成光器件
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第四章 光波分复用/解复用器
优点: 光谱分辨率高, 输入和输出在光 栅同一侧, 尺寸小, 可用于信道数更高 (64, 128ch)的DWDM系统 缺点: 垂直和光滑的亚波长周期锯齿光 栅制备难度大
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第四章 光波分复用/解复用器
• C, L, S bands, ITU-grad
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第四章 光波分复用/解复用器
在高容量光通信系统、接入网、全光网 络等领域中，光纤频带资源有着广泛应 用前景。同时在构成光纤网络中的光纤、 光缆动态状况监测也用到WDM技术。
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z
K=pd／lB是耦合系数, d = b+- b- - 2p/L
边界条件:
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第四章 光波分复用/解复用器
d = b+- b- - 2p/L, d = 0 即动量守恒或 相位匹配,lB = 2neffL, 此时有最大反射率
反射主峰带宽近似有
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第四章 光波分复用/解复用器
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第四章 光波分复用/解复用器
4.嵌入式光纤波分复用器 由超薄型光学滤光片和光纤嵌入玻璃或金 属基体构成。在基体上开有一定夹角口两 个直槽，将光纤置于直槽固定。切一8～20 角度间隙，将滤光片插入其中，将另一根 光纤置于另一槽中固定
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第四章 光波分复用/解复用器
优点: 可任意选择反射波长和带宽, 反 射带宽可很窄, 适合DWDM, 反射率可接 近100%
Ns (l) d x / f + Na (l)DL – Ns (l) d1 x1/f 1 = ml
Na DL = mlc Blazing angle @ m-th 干涉级
Dl/ Dx = Dlch / d, Dispersion equation
*
Typical Data
AWG16, lc = 1.55 mm, Dlch = 0.8 nm M = 100, m = 59, DL = 63 mm, R = 11.35 mm. IL = 2.5 dB, CT < -28 dB.
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第四章 光波分复用/解复用器
• DWDM – Dense WDM Spacing: 100 GHz (~0.8nm), 50 GHz, 1552.52nm Channel #: 16, 32, 40
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第四章 光波分复用/解复用器
2. 主要技术
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AWG16 Testing results after assembling ch2 ch3 ch4 ch5 ch6 ch7 ch8 1532.687 1533.474 1534.258 1535.045 1535.829 1536.614 1537.4 0.347 0.352 0.353 0.358 0.357 0.348 0.352 0.499 0.502 0.5 0.501 0.501 0.5 0.496 4.88 4.86 4.77 4.75 4.75 4.74 4.71 0.46 0.47 0.29 0.27 0.31 0.3 0.26 0.38 0.32 0.29 0.29 0.26 0.24 0.19 29.18 28.76 30.02 29.34 29.03 29.54 29.94 30.76 31.48 30.85 30.49 30.75 30.71 30.75 1532.68 1533.47 1534.25 1535.04 1535.82 1536.61 1537.4 0.007 0.004 0.008 0.005 0.009 0.004 0
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