DWDM技术的多样性及其特点.docx

·专题 : 光通信·DWDM技术的多样性及其特点王海军王治业(邮电部设计院郑州 450007)摘 要 本文主要介绍 DWDM 技术各功能模块和系统实现的技术多样性及其特点。关键词DWDM光发送器波分复用器EDFA1引言自1991年Lucent公司提供第一个现场应用的DWDM系统以来,波分复用器、掺铒光纤放大器(EDFA)、激光器外调制、EDFA监控等DWDM关键技术日趋成熟。ITU2T主持下的DWDM 技术标准也不断完善 。1995 以后 ,DWDM以其容量大、成本低 、透明传输 、网络简化等优点 ,迅速占领市场 。中国自1996年开始引进DWDM技术以来,DWDM技术的研究、开发和应用都取得了长足的发展2DWDM系统各功能模块的技术多样性DWDM 系统主要由光信号发送器( Tx) 和接受器( Rx)、合波器(OM)和分波器(OD)、光纤放大器(OA)、光监控信道(OSC) 、光纤五个部分组成。2.1光发送器(Tx)Tx 的波长精度一般应小于信道间隔的 1/ 5。常用的控制波长的方法有两种:温控技术采用温度控制措施使激光器工作于恒定的温度 ,并根据激光器的寿命曲线进行补偿来保证输出波长的精度(±20GHz)。这种办法技术简单、成本低,但在激光器的寿命 、温度特性与补偿曲线不完全一致时 ,不能有效地控制波长的精度,适用于信道间隔100GHz以上的系统;波长反馈控制技术采用波长敏感器件(如 Etalon 滤波器 、光纤布拉格光栅等) 监测 、比较激光器的输出波长 ,并通过激光器控制电路对输出波长精确控制 ,其精度可达 ±10 GHz以内。Tx 输出功率有两种控制方式 :均等输出和预加重输出。均等输出适用于OA增益曲线非常平坦的系统,预加重输出适用于 OA 的增益曲线不太平坦的系统 。采用功率反馈控制等方法 ,激光器的输出功率精度一般能保持在 0. 5 dB以内。DWDM系统在G.652光纤上最长电中继段的长度达640km以上,色散也成为系统必须考虑的限制因素。系统的色散容限与激光器的啁啾系数成反比。直接调制的单纵模激光器的啁啾系数可限制在 2 左右 ,但无法真正清除啁啾现象。近年来发展的外调制技术 ,如电吸收型半导体调制器( EA)和波导型铌酸锂马赫2曾德尔调制器(M2ZLiNbO3),有效地克服了这个问题。电吸收型半导体调制器利用半导体材料中的Franz、Keldysh效应或量子阱中的量子限制Stark效应,对光信号进行调制,其啁啾系数能做到0.5以下,色散容限可达8000ps/nm 以上 。马赫 2 曾德尔调制器利用 LiNbO3的电光效应对光信号进行调制,可以实现啁啾系数按设计要求进行控制 ,色散容限可达13000ps/nm以上。Tx 输出波长不满足 DWDM 传输需要时,需采用波长转换器(OTU)进行转换。OTU通过对输入光信号实现光/电/光的转换,不仅将波长转换成满足DWDM传输要求的标准,还应对信号再整形、再生、再定时(即3R功能)。在多个DWDM光复用段级联的系统中,还可用OTU替代电再生器,但考虑到故障定位、通道跟踪等的需要,用作电再生器的OTU应能监测SDH开销中的B1、J0字节。2. 2 波分复用器波分复用器包括合波器(OM)和分波器(OD),商用化的OM主要有耦合器型、介质膜滤波器型和集成光波导型;OD 主要有介质膜滤波器型、集成光波导型和布拉格光栅型。星型耦合器型OM,采用结构完全一样的2:1或2:2耦合器进行多级串联,结构简单,性能不受环境影响,制造方便,但插入损耗和尺寸较大,每一级耦合都要带来约3dB 的功率损耗。因此它只适用 16 波以下的 DWDM系统。集成光波导型波分复用器的工作原理如图 1 所示,它利用光平面波导构成N×M个端口传输分配器件,可以接受多个支路输入(每个支路可由若干个波长组成),并产生多个支路输出 ,利用不同通道的置换 ,可用作合波器 ,也可用作分波器 。由于该器件是在半导体材料上制作的 ,集成度高 ,一块基片上可将几十甚至上百路光信号耦合或分离出来,具有巨大的潜在优势 ,它的插入损耗较大,达10dB以上,对环境较为敏感,工作温度、湿度等条件的变化会改变半导体材料的折射率,导致插入损耗增大,波长漂移。电信科学1999年第10期图 3 光纤布拉格光栅型分波器的工作原理图 2 介质膜滤波器型波分复用器的工作原理光纤布拉格光栅型分波器的工作原理如图 3 所示。通过对光纤实施紫外光照射,在光纤中形成周期性的折射率变化,即所谓的布拉格光栅 。它具有理想的滤光特性 、环境稳定性好 、便于设计制造 、成本低 ,可制成信道间隔非常小的带通 、带阻滤波器 。缺点是插入损耗大,16信道的DWDM系统的插入损耗已达12dB。2.3掺铒光纤放大器( EDFA)的增益EDFA 的