陣列波導(dǎo)光柵在WDM系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

摘 要：文章闡述了陣列波導(dǎo)光柵的基本原理、構(gòu)成、特點(diǎn)及其優(yōu)勢(shì)，WDM系統(tǒng)的特性，原始監(jiān)測(cè)方法的局限，以及陣列波導(dǎo)光柵在WDM系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)中的重要意義和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)應(yīng)用實(shí)例。

關(guān)鍵詞：波導(dǎo)陣列光柵；原理；特點(diǎn)；WDM系統(tǒng)；實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

隨著光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的不斷發(fā)展，更多創(chuàng)新的調(diào)制編碼及復(fù)用技術(shù)將會(huì)應(yīng)用到高速傳輸之上。高的傳輸速率意味著更密集的信道間隔，更多的信道干擾，更強(qiáng)的非線性效應(yīng)，包括：光信號(hào)的波長(zhǎng)準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度問(wèn)題；光信道的串?dāng)_問(wèn)題；光纖色散對(duì)傳輸?shù)挠绊憜?wèn)題；光纖的非線性效應(yīng)問(wèn)題；EDFA的動(dòng)態(tài)可調(diào)整增益與鎖定，增益平坦，光浪涌和噪聲積累問(wèn)題。在高速光通信系統(tǒng)的科研開(kāi)發(fā)、產(chǎn)業(yè)化建設(shè)和維護(hù)過(guò)程中，密集信道質(zhì)量必須得到實(shí)時(shí)地，全面地，準(zhǔn)確地監(jiān)控，才能夠在實(shí)際應(yīng)用中保障網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)馁|(zhì)量和可靠性。

1 陣列波導(dǎo)光柵的原理

一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的陣列波導(dǎo)光柵由五部分組成：輸入波導(dǎo)、輸入星形耦合器、陣列波導(dǎo)、輸出星形耦合器和輸出波導(dǎo)陣列。如圖1所示。

輸入星形耦合器與輸出星形耦合器為鏡像關(guān)系，輸入波導(dǎo)鏡像為輸出波導(dǎo)陣列中的波導(dǎo)，而陣列波導(dǎo)相當(dāng)于一個(gè)凹面反射型光柵，與普通凹面光柵的區(qū)別是，在相鄰光柵單元之間引入了光程差。從波導(dǎo)發(fā)出的光，在陣列波導(dǎo)的輸出端發(fā)生反射型衍射，不同波長(zhǎng)被衍射到不同角度，從而被不同輸出波導(dǎo)接收，實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)解復(fù)用。

圖1 陣列波導(dǎo)光柵的組成 圖2 陣列波導(dǎo)光柵的工作原理

輸入/輸出星形耦合器凹面反射式光柵和羅蘭圓的結(jié)構(gòu)：

（1）

如公式1所示，ΔL為相鄰陣列波導(dǎo)之間的長(zhǎng)度差，式中m是衍射級(jí)，λC為中心波長(zhǎng)， 為陣列波導(dǎo)的等效折射率。如圖2所示，輸入/輸出波導(dǎo)的端口位于羅蘭圓的圓周上，陣列波導(dǎo)位于凹面光柵的圓周上。ΔL波長(zhǎng)的增加，對(duì)應(yīng)不同相位變化，如公式2所示

（2）

其中 （3）

（4）

陣列波導(dǎo)對(duì)不同波長(zhǎng)的光產(chǎn)生不同的相位調(diào)制， 導(dǎo)致在象面上的聚焦點(diǎn)位置發(fā)生偏移， 并從不同的輸出波導(dǎo)輸出， 實(shí)現(xiàn)波分復(fù)用/ 解復(fù)用。從式中可以看到，同一波長(zhǎng)的不同衍射級(jí)次，將衍射為不同角度，聚焦到不同的輸出波導(dǎo)中，如圖3（左）所示，其中主衍射級(jí)次的光功率最強(qiáng)，次級(jí)衍射光功率迅速衰減。在滿足公式2的情況下，不同波長(zhǎng)的主衍射級(jí)次將進(jìn)入相同的輸出波導(dǎo)，造成串?dāng)_，Δλ稱為AWG的自由光譜范圍（FSR），如圖3（右）所示，為避免串?dāng)_，F(xiàn)SR應(yīng)大于需要復(fù)用/解復(fù)用的信號(hào)譜寬。

2 陣列波導(dǎo)光柵的特點(diǎn)

從陣列波導(dǎo)光柵的原理可知，陣列波導(dǎo)光柵的尺寸小、成本低，可以滿足現(xiàn)在集成化高的需求；陣列波導(dǎo)光柵的中心頻率設(shè)計(jì)靈活，易于控制，可以滿足不同場(chǎng)合的不同需求；陣列波導(dǎo)光柵的插入損耗小，插入損耗值一般在3dB左右，并且具有平坦的頻率響應(yīng)；較好的抗串?dāng)_能力，通道串?dāng)_一般具備35dB以上。但是，陣列波導(dǎo)光柵屬于相位陣列光柵的范疇，其缺點(diǎn)是與偏振和溫度有關(guān)，偏振相關(guān)性需要在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中使用保偏光纖等方法處理，溫度相關(guān)性需要附加一些溫控單元，加入加熱器、冷卻器等。

3 WDM系統(tǒng)的簡(jiǎn)介

WDM（Wavelength Division Multiplexing）是光纖通信中的一種傳輸技術(shù)，它利用一根光纖可以同時(shí)傳輸多個(gè)不同波長(zhǎng)的光載波信號(hào)，把光纖所應(yīng)用的波長(zhǎng)范圍劃分成若干個(gè)波段，每個(gè)波段作為一個(gè)獨(dú)立的通信信道傳輸光信號(hào)。所以WDM是在一根指定的光纖中，多路復(fù)用單個(gè)光纖載波的緊密光譜間距，以便利用可以達(dá)到的傳輸性能，這樣，在給定的信息傳輸容量下，就可以減少所需要的光纖的總數(shù)量。

WDM技術(shù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)容升級(jí)，發(fā)展寬帶業(yè)務(wù)，挖掘光纖帶寬能力，實(shí)現(xiàn)超高速通信等均具有十分重要的意義，尤其是加上摻鉺放大器（EDFA）的WDM對(duì)現(xiàn)代信息網(wǎng)絡(luò)更具有強(qiáng)大的吸引力。因此，保障WDM網(wǎng)絡(luò)的良好運(yùn)行，就顯得意義尤為重要。

4 波導(dǎo)陣列光柵在WDM實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的應(yīng)用

為了保障WDM系統(tǒng)的良好運(yùn)行，需要對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的方法有兩種。

第一種是光功率計(jì)監(jiān)測(cè)法，使用光功率計(jì)，對(duì)需要的頻點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，在CWDM系統(tǒng)中，此方法可行，但是對(duì)于DWDM系統(tǒng)，沒(méi)有這么窄范圍的PD可以達(dá)到DWDM的系統(tǒng)要求，這種方法就顯得力不從心了。

第二種是光譜分析儀監(jiān)測(cè)法，使用通信波段通用光譜分析儀，進(jìn)行監(jiān)測(cè)，此方法可以覆蓋CWDM和DWDM系統(tǒng)，但是此方法成本巨高，一臺(tái)通信光譜分析儀，現(xiàn)在市場(chǎng)售價(jià)30～60萬(wàn)，并且，此種方法具有一個(gè)致命的問(wèn)題，光譜分析儀采取的是掃描模式，需要內(nèi)部光柵或者光濾波器進(jìn)行不停地掃描，也就是說(shuō)，不能做到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，只能做到間斷性的監(jiān)測(cè)，若想進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，需要在每一個(gè)待監(jiān)控頻點(diǎn)，放置一臺(tái)光譜分析儀，如果，DWDM系統(tǒng)設(shè)計(jì)為80通道，那樣如果進(jìn)行全頻帶監(jiān)控，就需要80個(gè)光譜分析儀，這無(wú)疑是不可想象和無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。

在實(shí)際系統(tǒng)應(yīng)用中，根據(jù)WDM實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的需求，采用先進(jìn)的陣列波導(dǎo)光纖的方法進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)的前端原理框圖如圖4所示陣列波導(dǎo)光柵分光部分，通道接收部分框圖如圖5所示，這樣就組成了WDM實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

按照如圖4所示的原理框圖，接收系統(tǒng)首先進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換和信號(hào)的調(diào)整，然后使用多路并行ADC實(shí)時(shí)接收，送到FPGA進(jìn)行信號(hào)分析，主控系統(tǒng)DSP對(duì)信號(hào)進(jìn)行二次處理及算法實(shí)現(xiàn)，并將最終的結(jié)果交由UI界面層顯示。

5 結(jié)束語(yǔ)

采用波導(dǎo)陣列光柵的方法實(shí)現(xiàn)WDM系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，相比光譜儀方法在實(shí)時(shí)性與價(jià)格上具有很高的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)可以解決普通光功率計(jì)無(wú)法解決的DWDM光波分辨率高的問(wèn)題，具有很高的工程實(shí)踐價(jià)值，可以滿足用戶的需求。

作者簡(jiǎn)介：薛玉梅（1975，4-），副總工程師，民族：漢，主要從事有線電視、移動(dòng)通訊、光纖測(cè)量、光譜分析等方面的技術(shù)規(guī)劃和技術(shù)實(shí)現(xiàn)。

摘 要：文章闡述了陣列波導(dǎo)光柵的基本原理、構(gòu)成、特點(diǎn)及其優(yōu)勢(shì)，WDM系統(tǒng)的特性，原始監(jiān)測(cè)方法的局限，以及陣列波導(dǎo)光柵在WDM系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)中的重要意義和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)應(yīng)用實(shí)例。

關(guān)鍵詞：波導(dǎo)陣列光柵；原理；特點(diǎn)；WDM系統(tǒng)；實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

隨著光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的不斷發(fā)展，更多創(chuàng)新的調(diào)制編碼及復(fù)用技術(shù)將會(huì)應(yīng)用到高速傳輸之上。高的傳輸速率意味著更密集的信道間隔，更多的信道干擾，更強(qiáng)的非線性效應(yīng)，包括：光信號(hào)的波長(zhǎng)準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度問(wèn)題；光信道的串?dāng)_問(wèn)題；光纖色散對(duì)傳輸?shù)挠绊憜?wèn)題；光纖的非線性效應(yīng)問(wèn)題；EDFA的動(dòng)態(tài)可調(diào)整增益與鎖定，增益平坦，光浪涌和噪聲積累問(wèn)題。在高速光通信系統(tǒng)的科研開(kāi)發(fā)、產(chǎn)業(yè)化建設(shè)和維護(hù)過(guò)程中，密集信道質(zhì)量必須得到實(shí)時(shí)地，全面地，準(zhǔn)確地監(jiān)控，才能夠在實(shí)際應(yīng)用中保障網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)馁|(zhì)量和可靠性。

1 陣列波導(dǎo)光柵的原理

一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的陣列波導(dǎo)光柵由五部分組成：輸入波導(dǎo)、輸入星形耦合器、陣列波導(dǎo)、輸出星形耦合器和輸出波導(dǎo)陣列。如圖1所示。

輸入星形耦合器與輸出星形耦合器為鏡像關(guān)系，輸入波導(dǎo)鏡像為輸出波導(dǎo)陣列中的波導(dǎo)，而陣列波導(dǎo)相當(dāng)于一個(gè)凹面反射型光柵，與普通凹面光柵的區(qū)別是，在相鄰光柵單元之間引入了光程差。從波導(dǎo)發(fā)出的光，在陣列波導(dǎo)的輸出端發(fā)生反射型衍射，不同波長(zhǎng)被衍射到不同角度，從而被不同輸出波導(dǎo)接收，實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)解復(fù)用。

圖1 陣列波導(dǎo)光柵的組成 圖2 陣列波導(dǎo)光柵的工作原理

輸入/輸出星形耦合器凹面反射式光柵和羅蘭圓的結(jié)構(gòu)：

（1）

如公式1所示，ΔL為相鄰陣列波導(dǎo)之間的長(zhǎng)度差，式中m是衍射級(jí)，λC為中心波長(zhǎng)， 為陣列波導(dǎo)的等效折射率。如圖2所示，輸入/輸出波導(dǎo)的端口位于羅蘭圓的圓周上，陣列波導(dǎo)位于凹面光柵的圓周上。ΔL波長(zhǎng)的增加，對(duì)應(yīng)不同相位變化，如公式2所示

（2）

其中 （3）

（4）

陣列波導(dǎo)對(duì)不同波長(zhǎng)的光產(chǎn)生不同的相位調(diào)制， 導(dǎo)致在象面上的聚焦點(diǎn)位置發(fā)生偏移， 并從不同的輸出波導(dǎo)輸出， 實(shí)現(xiàn)波分復(fù)用/ 解復(fù)用。從式中可以看到，同一波長(zhǎng)的不同衍射級(jí)次，將衍射為不同角度，聚焦到不同的輸出波導(dǎo)中，如圖3（左）所示，其中主衍射級(jí)次的光功率最強(qiáng)，次級(jí)衍射光功率迅速衰減。在滿足公式2的情況下，不同波長(zhǎng)的主衍射級(jí)次將進(jìn)入相同的輸出波導(dǎo)，造成串?dāng)_，Δλ稱為AWG的自由光譜范圍（FSR），如圖3（右）所示，為避免串?dāng)_，F(xiàn)SR應(yīng)大于需要復(fù)用/解復(fù)用的信號(hào)譜寬。

2 陣列波導(dǎo)光柵的特點(diǎn)

從陣列波導(dǎo)光柵的原理可知，陣列波導(dǎo)光柵的尺寸小、成本低，可以滿足現(xiàn)在集成化高的需求；陣列波導(dǎo)光柵的中心頻率設(shè)計(jì)靈活，易于控制，可以滿足不同場(chǎng)合的不同需求；陣列波導(dǎo)光柵的插入損耗小，插入損耗值一般在3dB左右，并且具有平坦的頻率響應(yīng)；較好的抗串?dāng)_能力，通道串?dāng)_一般具備35dB以上。但是，陣列波導(dǎo)光柵屬于相位陣列光柵的范疇，其缺點(diǎn)是與偏振和溫度有關(guān)，偏振相關(guān)性需要在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中使用保偏光纖等方法處理，溫度相關(guān)性需要附加一些溫控單元，加入加熱器、冷卻器等。

3 WDM系統(tǒng)的簡(jiǎn)介

WDM（Wavelength Division Multiplexing）是光纖通信中的一種傳輸技術(shù)，它利用一根光纖可以同時(shí)傳輸多個(gè)不同波長(zhǎng)的光載波信號(hào)，把光纖所應(yīng)用的波長(zhǎng)范圍劃分成若干個(gè)波段，每個(gè)波段作為一個(gè)獨(dú)立的通信信道傳輸光信號(hào)。所以WDM是在一根指定的光纖中，多路復(fù)用單個(gè)光纖載波的緊密光譜間距，以便利用可以達(dá)到的傳輸性能，這樣，在給定的信息傳輸容量下，就可以減少所需要的光纖的總數(shù)量。

WDM技術(shù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)容升級(jí)，發(fā)展寬帶業(yè)務(wù)，挖掘光纖帶寬能力，實(shí)現(xiàn)超高速通信等均具有十分重要的意義，尤其是加上摻鉺放大器（EDFA）的WDM對(duì)現(xiàn)代信息網(wǎng)絡(luò)更具有強(qiáng)大的吸引力。因此，保障WDM網(wǎng)絡(luò)的良好運(yùn)行，就顯得意義尤為重要。

4 波導(dǎo)陣列光柵在WDM實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的應(yīng)用

為了保障WDM系統(tǒng)的良好運(yùn)行，需要對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的方法有兩種。

第一種是光功率計(jì)監(jiān)測(cè)法，使用光功率計(jì)，對(duì)需要的頻點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，在CWDM系統(tǒng)中，此方法可行，但是對(duì)于DWDM系統(tǒng)，沒(méi)有這么窄范圍的PD可以達(dá)到DWDM的系統(tǒng)要求，這種方法就顯得力不從心了。

第二種是光譜分析儀監(jiān)測(cè)法，使用通信波段通用光譜分析儀，進(jìn)行監(jiān)測(cè)，此方法可以覆蓋CWDM和DWDM系統(tǒng)，但是此方法成本巨高，一臺(tái)通信光譜分析儀，現(xiàn)在市場(chǎng)售價(jià)30～60萬(wàn)，并且，此種方法具有一個(gè)致命的問(wèn)題，光譜分析儀采取的是掃描模式，需要內(nèi)部光柵或者光濾波器進(jìn)行不停地掃描，也就是說(shuō)，不能做到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，只能做到間斷性的監(jiān)測(cè)，若想進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，需要在每一個(gè)待監(jiān)控頻點(diǎn)，放置一臺(tái)光譜分析儀，如果，DWDM系統(tǒng)設(shè)計(jì)為80通道，那樣如果進(jìn)行全頻帶監(jiān)控，就需要80個(gè)光譜分析儀，這無(wú)疑是不可想象和無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。

在實(shí)際系統(tǒng)應(yīng)用中，根據(jù)WDM實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的需求，采用先進(jìn)的陣列波導(dǎo)光纖的方法進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)的前端原理框圖如圖4所示陣列波導(dǎo)光柵分光部分，通道接收部分框圖如圖5所示，這樣就組成了WDM實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

按照如圖4所示的原理框圖，接收系統(tǒng)首先進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換和信號(hào)的調(diào)整，然后使用多路并行ADC實(shí)時(shí)接收，送到FPGA進(jìn)行信號(hào)分析，主控系統(tǒng)DSP對(duì)信號(hào)進(jìn)行二次處理及算法實(shí)現(xiàn)，并將最終的結(jié)果交由UI界面層顯示。

5 結(jié)束語(yǔ)

采用波導(dǎo)陣列光柵的方法實(shí)現(xiàn)WDM系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，相比光譜儀方法在實(shí)時(shí)性與價(jià)格上具有很高的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)可以解決普通光功率計(jì)無(wú)法解決的DWDM光波分辨率高的問(wèn)題，具有很高的工程實(shí)踐價(jià)值，可以滿足用戶的需求。

作者簡(jiǎn)介：薛玉梅（1975，4-），副總工程師，民族：漢，主要從事有線電視、移動(dòng)通訊、光纖測(cè)量、光譜分析等方面的技術(shù)規(guī)劃和技術(shù)實(shí)現(xiàn)。

摘 要：文章闡述了陣列波導(dǎo)光柵的基本原理、構(gòu)成、特點(diǎn)及其優(yōu)勢(shì)，WDM系統(tǒng)的特性，原始監(jiān)測(cè)方法的局限，以及陣列波導(dǎo)光柵在WDM系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)中的重要意義和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)應(yīng)用實(shí)例。

關(guān)鍵詞：波導(dǎo)陣列光柵；原理；特點(diǎn)；WDM系統(tǒng)；實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

隨著光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的不斷發(fā)展，更多創(chuàng)新的調(diào)制編碼及復(fù)用技術(shù)將會(huì)應(yīng)用到高速傳輸之上。高的傳輸速率意味著更密集的信道間隔，更多的信道干擾，更強(qiáng)的非線性效應(yīng)，包括：光信號(hào)的波長(zhǎng)準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度問(wèn)題；光信道的串?dāng)_問(wèn)題；光纖色散對(duì)傳輸?shù)挠绊憜?wèn)題；光纖的非線性效應(yīng)問(wèn)題；EDFA的動(dòng)態(tài)可調(diào)整增益與鎖定，增益平坦，光浪涌和噪聲積累問(wèn)題。在高速光通信系統(tǒng)的科研開(kāi)發(fā)、產(chǎn)業(yè)化建設(shè)和維護(hù)過(guò)程中，密集信道質(zhì)量必須得到實(shí)時(shí)地，全面地，準(zhǔn)確地監(jiān)控，才能夠在實(shí)際應(yīng)用中保障網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)馁|(zhì)量和可靠性。

1 陣列波導(dǎo)光柵的原理

一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的陣列波導(dǎo)光柵由五部分組成：輸入波導(dǎo)、輸入星形耦合器、陣列波導(dǎo)、輸出星形耦合器和輸出波導(dǎo)陣列。如圖1所示。

輸入星形耦合器與輸出星形耦合器為鏡像關(guān)系，輸入波導(dǎo)鏡像為輸出波導(dǎo)陣列中的波導(dǎo)，而陣列波導(dǎo)相當(dāng)于一個(gè)凹面反射型光柵，與普通凹面光柵的區(qū)別是，在相鄰光柵單元之間引入了光程差。從波導(dǎo)發(fā)出的光，在陣列波導(dǎo)的輸出端發(fā)生反射型衍射，不同波長(zhǎng)被衍射到不同角度，從而被不同輸出波導(dǎo)接收，實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)解復(fù)用。

圖1 陣列波導(dǎo)光柵的組成 圖2 陣列波導(dǎo)光柵的工作原理

輸入/輸出星形耦合器凹面反射式光柵和羅蘭圓的結(jié)構(gòu)：

（1）

如公式1所示，ΔL為相鄰陣列波導(dǎo)之間的長(zhǎng)度差，式中m是衍射級(jí)，λC為中心波長(zhǎng)， 為陣列波導(dǎo)的等效折射率。如圖2所示，輸入/輸出波導(dǎo)的端口位于羅蘭圓的圓周上，陣列波導(dǎo)位于凹面光柵的圓周上。ΔL波長(zhǎng)的增加，對(duì)應(yīng)不同相位變化，如公式2所示

（2）

其中 （3）

（4）

陣列波導(dǎo)對(duì)不同波長(zhǎng)的光產(chǎn)生不同的相位調(diào)制， 導(dǎo)致在象面上的聚焦點(diǎn)位置發(fā)生偏移， 并從不同的輸出波導(dǎo)輸出， 實(shí)現(xiàn)波分復(fù)用/ 解復(fù)用。從式中可以看到，同一波長(zhǎng)的不同衍射級(jí)次，將衍射為不同角度，聚焦到不同的輸出波導(dǎo)中，如圖3（左）所示，其中主衍射級(jí)次的光功率最強(qiáng)，次級(jí)衍射光功率迅速衰減。在滿足公式2的情況下，不同波長(zhǎng)的主衍射級(jí)次將進(jìn)入相同的輸出波導(dǎo)，造成串?dāng)_，Δλ稱為AWG的自由光譜范圍（FSR），如圖3（右）所示，為避免串?dāng)_，F(xiàn)SR應(yīng)大于需要復(fù)用/解復(fù)用的信號(hào)譜寬。

2 陣列波導(dǎo)光柵的特點(diǎn)

從陣列波導(dǎo)光柵的原理可知，陣列波導(dǎo)光柵的尺寸小、成本低，可以滿足現(xiàn)在集成化高的需求；陣列波導(dǎo)光柵的中心頻率設(shè)計(jì)靈活，易于控制，可以滿足不同場(chǎng)合的不同需求；陣列波導(dǎo)光柵的插入損耗小，插入損耗值一般在3dB左右，并且具有平坦的頻率響應(yīng)；較好的抗串?dāng)_能力，通道串?dāng)_一般具備35dB以上。但是，陣列波導(dǎo)光柵屬于相位陣列光柵的范疇，其缺點(diǎn)是與偏振和溫度有關(guān)，偏振相關(guān)性需要在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中使用保偏光纖等方法處理，溫度相關(guān)性需要附加一些溫控單元，加入加熱器、冷卻器等。

3 WDM系統(tǒng)的簡(jiǎn)介

WDM（Wavelength Division Multiplexing）是光纖通信中的一種傳輸技術(shù)，它利用一根光纖可以同時(shí)傳輸多個(gè)不同波長(zhǎng)的光載波信號(hào)，把光纖所應(yīng)用的波長(zhǎng)范圍劃分成若干個(gè)波段，每個(gè)波段作為一個(gè)獨(dú)立的通信信道傳輸光信號(hào)。所以WDM是在一根指定的光纖中，多路復(fù)用單個(gè)光纖載波的緊密光譜間距，以便利用可以達(dá)到的傳輸性能，這樣，在給定的信息傳輸容量下，就可以減少所需要的光纖的總數(shù)量。

WDM技術(shù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)容升級(jí)，發(fā)展寬帶業(yè)務(wù)，挖掘光纖帶寬能力，實(shí)現(xiàn)超高速通信等均具有十分重要的意義，尤其是加上摻鉺放大器（EDFA）的WDM對(duì)現(xiàn)代信息網(wǎng)絡(luò)更具有強(qiáng)大的吸引力。因此，保障WDM網(wǎng)絡(luò)的良好運(yùn)行，就顯得意義尤為重要。

4 波導(dǎo)陣列光柵在WDM實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的應(yīng)用

為了保障WDM系統(tǒng)的良好運(yùn)行，需要對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的方法有兩種。

第一種是光功率計(jì)監(jiān)測(cè)法，使用光功率計(jì)，對(duì)需要的頻點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，在CWDM系統(tǒng)中，此方法可行，但是對(duì)于DWDM系統(tǒng)，沒(méi)有這么窄范圍的PD可以達(dá)到DWDM的系統(tǒng)要求，這種方法就顯得力不從心了。

第二種是光譜分析儀監(jiān)測(cè)法，使用通信波段通用光譜分析儀，進(jìn)行監(jiān)測(cè)，此方法可以覆蓋CWDM和DWDM系統(tǒng)，但是此方法成本巨高，一臺(tái)通信光譜分析儀，現(xiàn)在市場(chǎng)售價(jià)30～60萬(wàn)，并且，此種方法具有一個(gè)致命的問(wèn)題，光譜分析儀采取的是掃描模式，需要內(nèi)部光柵或者光濾波器進(jìn)行不停地掃描，也就是說(shuō)，不能做到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，只能做到間斷性的監(jiān)測(cè)，若想進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，需要在每一個(gè)待監(jiān)控頻點(diǎn)，放置一臺(tái)光譜分析儀，如果，DWDM系統(tǒng)設(shè)計(jì)為80通道，那樣如果進(jìn)行全頻帶監(jiān)控，就需要80個(gè)光譜分析儀，這無(wú)疑是不可想象和無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。

在實(shí)際系統(tǒng)應(yīng)用中，根據(jù)WDM實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的需求，采用先進(jìn)的陣列波導(dǎo)光纖的方法進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)的前端原理框圖如圖4所示陣列波導(dǎo)光柵分光部分，通道接收部分框圖如圖5所示，這樣就組成了WDM實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

按照如圖4所示的原理框圖，接收系統(tǒng)首先進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換和信號(hào)的調(diào)整，然后使用多路并行ADC實(shí)時(shí)接收，送到FPGA進(jìn)行信號(hào)分析，主控系統(tǒng)DSP對(duì)信號(hào)進(jìn)行二次處理及算法實(shí)現(xiàn)，并將最終的結(jié)果交由UI界面層顯示。

5 結(jié)束語(yǔ)

采用波導(dǎo)陣列光柵的方法實(shí)現(xiàn)WDM系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，相比光譜儀方法在實(shí)時(shí)性與價(jià)格上具有很高的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)可以解決普通光功率計(jì)無(wú)法解決的DWDM光波分辨率高的問(wèn)題，具有很高的工程實(shí)踐價(jià)值，可以滿足用戶的需求。

作者簡(jiǎn)介：薛玉梅（1975，4-），副總工程師，民族：漢，主要從事有線電視、移動(dòng)通訊、光纖測(cè)量、光譜分析等方面的技術(shù)規(guī)劃和技術(shù)實(shí)現(xiàn)。