波分复用器的技术和应用宋金声本文作者宋金声先生-RayScience.PDF

波分复用器的技术和应用 宋金声 本文作者宋金声先生 电子工业部第23 研究所高级工程师 一 前言 波分复用器(WDM)是使两个或两个以上波长的光信号在同一根光纤中进行 传输的无源器件 一般应有波长分割复用器和解复用器分置于光纤的两端 日本 称之为合波/分波器 美国有时称之为 WDM Coupler 它们是波分复用系统中的 关键器件 波分复用器在结构上有熔融拉锥型 介质膜型 光栅型和平面型四种 其主 要技术指标为插入损耗和隔离度 在光通信发展的初期 上述各种类型的波分复 用器均有试验品研制出来 但目前能形成批量生产并大量应用的主要是熔融型产 品 随着光纤放大器的实用化 密集型的波分复用系统已提到议事日程上 由于 熔融型结构不适用于密集型波分复用器的制造 所以其他几种结构的WDM 又开 始了新一轮的研究 国外预测它们具有良好的应用前景 本文首先分析这四种结 构WDM 的理论基础和技术特点 然后介绍这些WDM 在光纤有线电视系统中的 应用 二 熔融型WDM 熔融拉锥的方法首先是用来制造光纤耦合器的 在制造单模光纤耦合器时 耦合器输出端的光功率随拉伸长度L 作周期性的变化 该周期还与传输光的波长 l 有关 假设两个输出端1 2 的功率分别为P1 P2 则 2 P =P Cos (CL) 1 0 2 P =P Sin (CL) 2 0 式中 C 为与波长l 有关的系数 在制造时 若监测波长为1,300nm 当P =1 0 时 P1 和P2 的归一化输出变化如图1 中的实线所示 若监测波长为1,550nm 由 于l 变大 P1 和P2 随L 变化的周期变小 如图1 中的虚线所示 由图可见 采用 1,300nm 为监测波长 在耦合至第2.5 周期时停止拉锥 则 1,550nm 波长在 1 端有最大的输出 1,300nm 波长在2 端有最大的输出 这就制 成了1,300nm/1,550nm 的WDM 如图2 所示 同理 可以制造980nm/1,550nm 和 1,480nm/1,550nm 的WDM 由于980nm 比1,300nm 小 其振荡周期长;1,480nm 比1,300nm 大 其振荡周期短 所以制造 时的停止周期分别为1.5 个周期和9 个周期 以上所述 可总结于表 1 由表1 可见 波长间隔愈小 因其振荡周期相差 愈小 所以在制造时 要达到波分复用效果所需的振荡周期数愈多 随着振荡周 期数增多 振荡速度也愈来愈快 所以对于密集型的 WDM 熔融拉锥的技术是 难以实现的 图2 所示的结构为单极熔融型WDM 它的一般性能是:插入损耗为0.3dB 隔离度为20dB 带宽为 10nm 为提高熔融型WDM 的隔离度和带宽 可采用 串级的方法 如图 3 所示 其隔离度可达 35dB 带宽可达 20nm 插入损耗有 所增加 为0.6dB 三 介质膜型WDM 介质膜型波分复用器是在 1/4 节距自聚焦透镜(GRIN)组成的平行光路中引入 镀有介质膜的各种滤波器而构成的 平行光路如图4 所示 根据射线光学的原理 1/4 节距自聚焦透镜的射线矩阵由下式表示: 0  1/ A  − A 0    式中 为自聚焦透镜的聚焦参数 当光纤中数值孔径为NA 的光线输入该 透镜时 其输入参数可近似为:  0  NA    由此可以得到输出参数(光束半径R 和光线斜率R)为:  R   0 1/ A   0  NA / A