原创 快速了解WDM波分复用器的相关术语

2021-4-28 15:30 2369 22 22 分类: 通信 文集: WDM波分复用
快速导读:
常用的WDM波分复用技术:介质薄膜滤波器TFF(Thin Film Filter)、阵列波导光栅AWG
WDM器件结构:C-lens和G-lens
光纤准直器(fiber collimator)
WDM器件参数:中心波長、通道数、通道间隔、插入损耗、回波损耗、方向性、偏振相关损耗、温度相关损耗
WDM设备上的端口类型:通道端口、线路端口、扩容/升级端口

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。
常用的WDM波分复用技术
WDM传输的基本元件是光学滤波器,可通过光纤熔融拉锥(FBT)、薄膜滤光片(TFF)、阵列波导光栅(AWG)和光学梳状滤波器等技术实现。TFF和AWG是最常用的两种WDM技术。
介质薄膜滤波器TFF(Thin Film Filter)
薄膜滤波器(TFF)技术是在波分复用商用以来最早得到应用的波分复用技术。与其他技术相比,薄膜滤波器的主要优点是它在小尺寸设备中应用时有极高的准确性。
 
紧凑型WDM模块结构
TFF技术核心的是TFF滤光片,下面三端口WDM器件的结构可以清楚的看出TFF滤光片如何应用在WDM器件中。基于TFF的三端口WDM器件结构包括一个双光纤准直器、一个单光纤准直器和一个TFF滤光片,TFF滤光片粘贴在双光纤准直器的准直透镜的端面上。
 
基于TFF的三端口WDM器件结构
为了将所有波长解复用,需要将n个三端口器件串联起来,组成WDM模块,如下图所示,其中每个三端口器件中的TFF滤光片,其透射波长不同。模块中的不同波长经过不同数量的三端口WDM器件,因此产生不同的插入损耗。随着端口数增加,损耗均匀性劣化。
 
 基于三端口WDM器件的WDM模块结构
随着DWDM系统扩展到超过40个或48个信道,需要更大端口数的复用/解复用器。DWDM系统中最早采用的波分复用/解复用模块是基于介质膜滤光片TFF的。但串联结构的WDM模块,信道间隔每压窄一般,就要多镀上百层薄膜来分离和隔离各个波长,容易造成局部薄膜厚度与密度波动产生的缺陷增加,成品率下降,且会在后面端口累积太多功率损耗。基于TFF技术的DWDM模块,其信道数通常不超过16。阵列波导光栅AWG就是采用并行结构,一次性可实现对数十个波长进行复用/解复用操作。
阵列波导光栅AWG
典型的AWG结构如图所示,它包括一个输入波导、一个输入星形耦合器(图中自由传输区域FPR)、一组阵列波导、一个输出星形耦合器和数十根输出波导。DWDM信号从输入波导进入输入星形耦合器,经自由传输之后,被分配到阵列波导之中。这个分配过程是波长无关的,所有波长被无差别的分配到阵列波导之中。阵列波导对多光束产生相位差,各光束的相位成等差级数,这与传统光栅中的情况类似。不同波长被色散展开,并聚焦在输出星形耦合器中的不同位置。不同波长被不同的波导接收,从而实现对DWDM信号的并行解复用。
AWG优于TFF的主要优势在于其成本不依赖于波长计数,因此对于高通道数应用而言,它们具有极高的成本效益。AWG的另一个优点是可以灵活选择通道号和间距。
 
典型AWG结构
WDM器件结构
C-lens和G-lens
WDM器件的结构如下图,主要有玻璃管Glass tube、透镜Lens、滤波片Filter组成。其中透镜分为C-lens球面透镜(conventional lens)、G-lens自聚焦透镜(Gradient-index,GRIN)。C-Lens的结构是一面为平面,另外一面为球面的折射率均匀的玻璃柱体。G-lens的结构是折射率随直径变化的圆柱形玻璃棒。从input端的输入的光纤头发出来的光是发散的,透镜的使用就是将光聚焦和成像。两个透镜的作用是不同的,第一个透镜将发散的光线平行,第二个透镜将平行的光线汇聚。
 
WDM器件结构
光纤准直器(fiber collimator)
将C-透镜装在光纤头的前面,外面用玻璃或金属套管封装,就做成了一个C-透镜准直器。光纤准直器由尾纤与透镜精确定位而成,利用透镜( C-Lens或者G-Lens)的汇聚原理使原本发散的光聚成一束光斑较大的平行光束,从而达到准直(平行)效果。一般G-透镜准直器的成本要比C-透镜准直器高,所以我们大多使用C-透镜准直器。
WDM器件参数
中心波長(Center Wavelength)
ITU中心波长:ITU国际电信联盟规定的各通道标准中心波长。
通道数、通道间隔(Channel Spacing)
通道数指波分复用/解复用器可以合成或分离的信道的数量,这个数字可以从4到160不等,通过增加更多的频道来增强设计, 常见的信道数有4、8、16、32、40、48等。 通道间隔(channel spacing)是指两个相邻信道的标称载频的差值,可以用来防止信道间干扰。按ITU-T G.692的建议,间隔小于200GHz(1.6nm)的有100GHz(0.8nm)、50GHz(0.4nm)和25GHz等,目前优先选用的是100GHz和50GHz信道间隔。

 通道带宽和通道间隔
插入损耗(Insertion Loss, IL)
插入损耗是光传输系统中波分复用器(WDM)插入引起的衰减。 它是以工作窗口的两个典型波长1310nm和1550nm来定义的。对于两个光通路端口,插入损耗定义为输出端口的光功率与输入端光功率之比,以dB为单位。定义为:IL=-10log(Po/Pi)
Pi—→输入到输入端口的光功率, 单位为mw;
Po—→从输出端口接收到的光功率,单位为mw。
透射插损(Pass , ILP)
光信号在通过器件时,透射光线的损耗。
反射插损(Reflect , ILR)
光信号在通过器件时,反射光线的损耗。
以上指标的数值越小越好。数值越小,表示光信号经过器件时所损耗的能量越小,越稳定。
回波损耗(Return Loss , RL) 
入射到器件的光信号中,由于散射等原因导致有一小部分的光信号沿原路返回。 回损就是用来描述这种返回光信号的强度。如果这种往回传输的光信号太大可能会影响光源的正常工作,所以一般要求返回的光信号越小越好。指标的数值越大,表示返回的光信号越小。
方向性(Direction , DIR) 
波长在透射带宽内的信号光从器件的透射端口入射,在器件的反射端口检测到的信号光的损耗即为方向性。原理与回损类似,数值越大,表示反方向传输的光信号越小,系统越稳定。
 
WDM方向性
偏振相关损耗(Polarization , PDL)
由不同偏振态而引起器件插损变化的变化量称为偏振相关损耗。 偏振相关损耗PDL是在固定温度、波长及同Band下,不同极化态所造成的最大与最小Loss之间距离,即所有输入偏振状态下插入损耗的最大偏差。
温度相关损耗(Temperature , TDL)
由不同温度而引起器件插损变化的变化量称为温度相关损耗。偏振相关损耗(PDL): WDM滤波器显示的损耗取决于光的光学偏振。PDL是在所有偏振态下最大插入损耗的最大差异。
其他相关术语
带宽(Passband)
带宽也叫通带宽度,生产厂商常给出通道传输最大值下降1dB、3dB和20dB处的通带宽度。带宽值不仅取决于信道的间隔,还取决于通带本身的线型。
加/减:加/减术语可能是指单波长滤波器或多通道WDM产品。对于滤光片,这是描述滤光片双向特性的另一种方式,其中特定的通道波长可以像多路传输一样被添加;或按解复用方式删除。
水峰
水峰是指OH-离子引起的损耗峰。现在,水峰及其水峰值上下的衰减可以超过2dB/km。
通带
通带是指能够通过滤波器的频率或波长范围,它是WDM滤波器的参数之一。事实上,通带是以中心波长为中心分布的一定波长范围,例如,CWDM滤波器的典型通带在中心波长±6.5nm的范围内。因此,一个波长为1551nm的光可以在没有额外信道损耗的情况下,在1544.5nm到1557.5nm的范围内传输。
WDM设备上的端口类型
 
WDM-分波

WDM-合波
通道端口
WDM设备通常具有几个不同波长的通道端口,每个端口均是一个特定波长。CWDM有18个波长,从1270nm到1610nm,因此有2~18个通道端口数。DWDM波长间隔密集,可容纳的波长更多,通道端口数可至96个。
线路端口
COM端——输入端,EXT端——反射端
扩容/升级端口
扩容/升级端口旨在为WDM解决方案增加额外的波长。它们对于将旧设备合并到WDM网络中非常有用。CWDM复用器/解复用器上的扩容端口或升级端口是用来增加、终止或通过新增信道,这些新增信道能串联两个CWDM复用器/解复用器,从而在光纤链路不变的情况下加倍增加了通道容量。
 
WDM - 扩容/升级端口
亿源通科技在光通信行业拥有20年OEM/ODM制造经验,自主研发制造的WDM器件全面应用于城域网和5G网络,多元化设计制作能力满足各种应用需求,如尾纤模块、插片LGX、高密度机架、6portWDM、CCWDM、无热多通道AWG、5G模块等,全力助力全球5G部署与发展。

作者: hycsystembella, 来源:面包板社区

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