波分復用系統的發展和應用

孫永健 張吉全

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波分復用系統的發展和應用

孫永健 張吉全

中國人民解放軍69036部隊，新疆 巴州 841000

回顧了波分復用技術的發展進程，簡介了波分復用系統的構成、常用的波分復用器件、應用中的關鍵技術，并展望了波分復用技術的發展趨勢。

波分復用；光放大器；非線性光學效應；光傳送網

1 WDM系統的構成

WDM系統可以分為單向傳輸方式和雙向傳輸方式；從它對外的光接口來看，又可分為集成式WDM系統和開放式WDM系統。單向傳輸的集成式系統的結構如圖1所示，n個光發射機分別發射n個不同波長，經過光波分復用器（OM）合到一起，再經過功率放大（OA），與監控信息一起耦合進單根光纖中傳輸。到接收端，先進行功率預放大（OA），再經過具有光波長選擇功能的解復用器（OD），將不同波長的光信號分開，送到n個光接收機接收[1]。對于點到點的長距離WDM系統，中繼站可以采用線路光放大器補償光纖損耗。為保持客戶信號傳送的透明性，帶線路放大器的WDM系統需要附加光監控信道（OSC），對光層進行監視和管理。如圖1所示，OSC的傳輸應該是分段的，且具有3R（定時、再生、整形）功能和雙向傳輸功能，在每個光放大中繼站上，監控信號應能分出和插入。ITU-T已經規范光監控信道（OSC）的波長應在1510?nm±10?nm，速率為2?Mbit/s，采用CMI碼型。WDM系統還可以分為集成式和開放式兩種。集成式系統是指接入合波器的SDH終端具有滿足G.692的光接口，即具有標準的光波長和滿足長距離傳輸的光源。所以，集成式系統是把標準的光波長和滿足長距離傳輸的光源集成在SDH系統中。整個系統構造比較簡單，沒有增加多余設備。但當非標準波長的老SDH系統接入WDM系統時，還必須引入波長轉換器（OTU），將波長轉換為標準波長。開放式系統是在波分復用器前加入OTU（波長轉換器），O-TU輸出端具有標準的光波長和滿足長距離傳輸的光源，可以將輸入的非規范的波長轉換為標準波長。開放是指在同一WDM系統中，可以接入不同廠商的SDH系統。ITU-T已建議以193.1?THz（即1552.52?nm）值作為WDM的參考頻率[2]，在此頻率兩側安排復用信道，規定標準的波長間隔為0.8?nm（在1.55μm波段對應100?GHz頻率間隔）的整數倍。我國國標“光波分復用系統總體技術要求”中對32路以及16通路、8通路的WDM系統中心波長進行了規范，32通路WDM系統的頻帶可以分離為藍帶和紅帶兩個頻帶，紅帶的范圍是1560.61～1548.51?nm，藍帶的范圍是1547.72～1535.82?nm，每個頻帶中安排16個波長，通帶間隔為0.8?nm（100?GHz）。16和8通路系統都安排在紅帶，通帶間隔分別為0.8?nm和1.6?nm（100?GHz和200?GHz）對于32、16和8通路WDM系統，在壽命終了時最大中心頻率偏移為±20?GHz（約為0.16?nm）[3]。

2 波分解復用器

波分復用/解復用器件是WDM系統的重要組成部分，是關系波分復用系統的性能的關鍵器件，必須確保其質量。對波分復用器件的主要要求是：插入損耗小，隔離度大；帶內平坦，帶外插入損耗變化陡峭；溫度穩定性好，工作穩定、可靠；復用路數多，尺寸小等。目前，WDM復用系統中常用的復用、解復用器主要有光柵型、干涉膜濾波器型、陣列波導光柵型和光纖方向耦合器型。光柵型解復用器是一種并行器件，它可以同時分開多路不同波長的信號，使各路的插損都一樣，具有解復用路數多，插損較小、分辨率較高等優點。干涉膜濾波器型解復用器工作穩定，串擾較小。但這是一種串行器件，當復用路數較多時，各路的插損差異較大。如圖1所示。

圖1

陣列波導光柵型（AWG）復用/解復用器是由輸入波導，兩個平面耦合波導，陣列波導和輸出波導構成的[4]。當多波長信號在第一個平面波導中發生衍射而耦合進長度依次遞增的陣列波導后，產生不同的傳輸延遲，然后在第二個耦合波導中相干疊加。這種陣列波導長度差所引起的作用和光柵溝槽平面所起的作用相同，從而表現出光柵的功能和特性，這就是AWG名稱的來源。精確設計陣列波導的路徑數和長度差，可以使不同波長的信號在第二個平面耦合波導輸出端的不同位置形成主極強，分別耦合到不同的輸出波導中，從而起到解復用器的作用。光纖方向耦合器價格低廉，在WDM系統中可以作為多路復用器，但損耗較大。尤其是多路復用時，路數每增加一倍，損耗就要增加3 dB。

3 WDM系統的關鍵技術

（1）EDFA技術。摻鉺光纖放大器（EDFA）以其優越的特性在WDM系統中獲得廣泛的應用。但在應用中需要解決以下問題：在級連EDFA的WDM系統中，放大的自發輻射（ASE）噪聲會逐漸積累，OSNR（光信噪比）會下降。因此，根據目標距離選用性能好的EDFA，并使其工作在最佳的狀態和最佳的級連方式，以保證OSNR在國標要求的22?dB以上。在級連EDFA的WDM系統中，由于EDFA的增益不平坦及WDM器件和光纖對不同信道的損耗不同，造成自濾波效應，使復用信道之間的功率不均衡。

（2）非線性光學效應的抑制。非線性光學效應是光場和物質相互作用時發生的一些現象。在強電場的情況下，非線性極化是導致非線性光學效應的原因。對WDM系統影響較大的非線性光學效應有受激喇曼散射（SRS）、自相位調制（SPM）和四波混頻（FWM）。受激喇曼散射限制了光纖中傳輸的最大功率（國標規定不論復用路數是多少，功率放大器的最大輸出功率為+ 17?dBm），并引起波分復用系統中的串擾。SPM導致頻譜展寬，這也是一種頻率啁啾，但這種啁啾與GVD（群速度色散）之間的相互作用可能引起一些新的特點。

[1]林衡.淺析光纖通信系統中波分復用技術的應用[J].黑龍江科技信息，2014（13）：133.

[2]馮衛，邵憶群，羅玉娟，等.光纖通信系統中波分復用技術的應用[J].電子技術與軟件工程，2013（19）：24.

[3]余發科.試論密集波分復用（DWDM）通信傳輸技術的實際應用與發展[J].中國科技博覽，2013（14）：167-168.

[4]魏麗芳，閆仕林，尚再平.淺談光波分復用技術在電力系統通信中的應用[J].中小企業管理與科技，2012（10）：273-274.

Development and application of wavelength division multiplexing system

Sun Yongjian Zhang Jiquan

Chinese people’s Liberation Army 69036，Xinjiang Bazhou 841000

This paper reviews the development of WDM technology，introduces the key technologies，wavelength division multiplexing system used in WDM devices，applications，and the prospect of WDM technology.

wavelength division multiplexing；optical amplifier；nonlinear optical effect；optical transport network

TN929.1

A

1009-6434（2017）01-0011-02