光波分复用器

任务五　光波分复用器

◆知识点

¤　光波分复用器的工作原理

¤　光波分复用器的制造方法

¤　了解光波分复用器的应用

◆任务目标

¤　分析光波分复用器的工作原理

¤　学会光波分复用器的制造方法

¤　了解光波分复用器的应用

任务导入：

光波分复用器（简称WDM，见图3.51）在高速光通信系统、接入网、全光网络等领域中，光纤频带资源有着广阔的应用前景。同时在构成光纤网络中的光纤、光缆动态状况监测也必须利用WDM技术。

图3.51　光波分复用器

相关知识：

1.光波分复用器的工作原理

光波分复用器属于波长选择性耦合器，是一种用来合成不同波长的光信号或者分离不同波长的光信号的无源器件，又称前者为“分复用器”，后者为“解复用器”。如图3.52所示。

图3.52　光波分复用器和解复用器结构

当器件用做解复用器时，注入入射端（单端口）的各种光波信号，分别按波长传输到对应的出射端（N个端口之一）。对于不同的工作波长其输出端口是不同的。在给定的工作波长的光信号从输入单端口传输到对应的输出端口时，器件具有最低的插入的损耗。而其他输出端口对该输入光信号具有理想的隔离。

当器件用做分复用器时，其作用同上述情况相反。在给定的工作波长的光信号从输入端口（N个端口之一）被传输到单端口时，具有最低的插入损耗。而其他输入端口对该输入光则有理想的隔离。

2.光波分复用器的制造方法

（1）棱镜型光波分复用器

棱镜型光波分复用器是利用棱镜的色散作用来实现波长分离的。一束复色光入射棱镜时，由于棱镜材料折射率随光波长而异，使得不同波长的光具有不同的折射角，经两次折射之后，不同波长的光信号就可以相互分离，如图3.53所示。这是早期应用的一种光波分复用器，它结构简单，但色散系数小，插入损耗较大，性能指标难以提高。

（2）衍射光栅型光波分复用器

衍射光栅型光波分复用器则是利用光栅的衍射作用来工作的，如图3.54所示。当一束复色光入射衍射滤光片时，由于不同的波长具有不同的衍射角，从而彼此相互分离，与前两种分光元件相比，衍射光栅的通带带宽窄、前后沿陡，因此可复用信道数更多。

图3.53　棱镜型光波分复用器

图3.54　衍射光栅型光波分复用器

（3）介质膜型光波分复用器

图3.55是一种典型的两波长器件原理图。它是由双光纤、1／4自聚集透镜和多层介质膜构成。其光学膜一般镀制成截止（短波或长波截止）滤光片或带通滤光片。

图3.55　两波长光波分复用器

若将多个波长的通带光波分复用滤光器以一定方式连接起来，便可构成所需信道数的光波分复用器，图3.56示出了一个利用介质膜滤光器串接构成的四信道光波分复用器的原理图，图3.57示出了一个根据该原理支撑的八信道光波分复用器，它由九根自聚透镜软线、八组滤光片和一个通光基体构成。

图3.56　四信道光波分复用器原理图

（4）光纤光栅型光波分复用器

光纤光栅是利用紫外激光诱导光纤纤芯折射率分布呈周期性变化的机制形成的折射率光栅。利用这种折射率光栅，让特定波长的光通过反射和衰减实现波长选择，便可制作成光波分复用器。当折射率的周期变化满足布拉格光栅条件时，该光栅相应的波长的光子就会产生全反射而其余波长的光子顺利通过，这相当于一个带阻滤波器。如果N个波长复用在单根光纤上，在光纤上需串接N-1个相应波长的反射型光栅，每个光栅只有一个波长被反射。图3.58示出了利用布拉格光栅构成的三种不同构型的八波长的光波分复用器原理图。

图3.57　由介质膜滤波器构成的八波长光波分复用器

图3.58　利用FBG构成三种不同结构形成的八波长光波分复用器结构原理图

知识应用：

在EDFA中一般采用的是1480或980半导体激光器泵源。那么1480／1550nm、980／1550nmWDM是必须采用的光器件。其主要作用是合波，将信号和泵源信号合波输入进EDFA中，使得信号放大，见图3.59。

图3.59　一种典型EDFA中WDM的应用