| 中文名稱 | 光分插復用器 |
| 英文名稱 | optical add-drop multiplexer;OADM |
| 定 義 | 對多波長光信號,一種能從中分出單個光波長信號,或將單個光波長信號加入到多波長光信號中的光波分復用設備。 |
| 套用學科 | 通信科技（一級學科），光纖傳輸與接入（二級學科） |
基本介紹
- 中文名：光分插復用器
- 外文名：Optical Add-Drop Multiplexer
- 別名：OADM
- 套用學科：通信科技，光纖傳輸與接入
設備介紹,發展階段,電分插復用器,光分插復用器,基本要求,典型代表,發展方向,
設備介紹
為實現從傳輸設備中上下路某個波長信號，需要光分插復用器，它在光波長領域內具有傳統SDH分插復用器在時域內的功能。光分插復用器具有選擇性，可以傳輸設備中選擇下路信號或上路信號，或僅僅通過某個波長信號，但不影響其他波長信道的傳輸。OADM的作用是下載通道中的通往本地的信號,同時上載本地用戶發往另一節點用戶的信號。它使光纖通信網具有靈活性、選擇性和透明性等優越功能。利用OADM還能提高網路的可靠性,降低節點成本,提高網路運行效率,因此是組建全光網的關鍵技術之一。
發展階段
分插復用器的發展經歷了電分插復用器階段和OADM階段。
電分插復用器
要進行光-電-光轉換的分插復用器稱電分插復用器。對於通常的SDH傳輸設備構成的WDM網路,可以用SDH電分插復用器進行分插復用,它將同步復用和數字交叉連線功能於一體,可靈活方便地對任意支路的信號進行上下話路,且在網路設計上也具有極大的靈活性。
光分插復用器
（OADM）
基本要求
可用陣列波導、光纖光柵等多種濾波器件構造出不同結構的OADM，也可全部用光纖技術構造出全光纖結構的OADM，但OADM無論採用何種結構，其基本要求是相同的（插入損耗要小,信道之間的隔離度要高，對環境溫度變化和偏振不敏感，能容忍信號源的波長在一定範圍內漂移和抖動）。另外在上下話路過程中要能夠保證傳輸的各信道間的功率基本保持一致。最後，OADM的操作應力求做到簡單、方便，能實現較高的性能價格比。
典型代表
陣列波導光模型 OADM
（1）反饋迴路型 AWG-OADM
傳統的 N× 1復用器(MUX)和 AWG 構建的 OADM 。由於 AWG 的對稱性，復用 /解復用的光譜回響可自動實現良好的匹配,不存在失配問題。傳統的 1× N和 N× 1構造沒有單個 N× NAWG能同時實現復用 / 解復用的明顯優點。以32× 32 AWG為基礎構建的31個上下載信道的反饋迴路型 AWG-OADM，它選用第16個通道為主通道（傳輸通道），其餘通道為載入 /下載通道,用 2× 2 光開關接入每一反饋光路，載入或下載所要的WDM信號。例如，若開關12從開通狀態切換到斷開狀態,波長為λ12的信號就會取出,同時有和λ12相同波長的不同信號可以上載。對於傳輸信號,相應的開關仍保持開通狀態。
另外，反饋迴路型 AWG-OADM 可構造一個 2× 2波長選擇開關，能與傳輸線上 N個波長復用信號中的任意1個或多個互換；若引入1個半導體光開關，還可得到更高速度的波長選擇開關。
（2）集成光學型 AWG-OADM
器件以PLC技術為基礎，構成OADM的2個不同光學器件是單片集成的。信道間隔為 0.8 nm的16信道的集成光學型 AWG-OADM，OADM由4個相同的AWG和1個雙門熱光開關(T-O)陣列集成在共同的矽基片上，通過改變相應開關的狀態，任意波長的信號可從主通道取出，加到下載通道；同時，與取出信號具有相同波長的任意信號耦合到上載信道時,可加到主通道傳輸。
AWG-OADM具有低色散性和可集成性,最大缺點是偏振敏感性，與光纖相比，插入損耗較大。
採用聲光可調諧濾波器的OADM
聲光可調諧濾波器(AOTF)具有連續寬調諧（1.2～ 1.6μm）、窄濾波頻寬(FW HM<1 nm)、低驅動功率等優點，可作為路由器、聲光開關使用。由於聲波的傳輸，導致波導的折射率周期性變化而形成布拉格光柵。設其周期為Λ。假設輸入光是完全TE偏振的，在輸出端置一偏振器只允許TM模式通過，只有滿足布拉格條件的TE光才能轉換成TM模式，從而實現濾波功能。聲光可調諧OADM能從匯流排上選擇所要的波長，同時由於器件的對稱性，也可向匯流排注入某一波長。此種OADM可作為攜帶WDM信號的光纖匯流排的用戶終端。考慮到器件必須有極低的損耗，以期有更多接口，因此用於OADM的AOTF最好是光纖型的。儘管聲光可調諧OADM迄今尚未實用化，其中一個原因是串話率高；另一個原因是現有的AOTF頻寬相當大(1 nm或更大)，而製造具有較大的聲光干涉長度的AOTF又比較困難。不過令人鼓舞的是這些問題在理論上有了進展，特別是串話問題是可以解決的。
波導-光柵型OADM
隨著矽基底的平面波導環路技術(PLC)的發展,光柵與波導相結合構造的OADM有了較大發展。它具有小型化、機械完整性、可級聯性和能夠與具有相同基底的器件混合集成的優點。但限制PLC技術在OADM中套用是偏振敏感性。J Albert等用Mach-Zehnder干涉儀原理,把兩塊長3.8 nm的布拉格光柵置於干涉儀兩臂,並用紫外微調均衡技術製作OADM,整個裝置長25 mm,插入損耗僅1 dB,隔離度達36 dB,可用於無光放大器的區域網路。
日本的 M Horita 等報導的可調諧OADM，它利用垂直與相反方向耦合的半導體波導(VECCS),由MOVPE工藝製成的上、下兩層In-GaAsP/InP波導及光柵,採用熱調諧技術。濾波區的結構是:上層脊狀波導和下層條形波導豎直堆放,中間用InP隔離層分開,塊狀薄膜加熱器和光柵分別置於上、下波導頂部。在輸入連線埠加波長為λ1… λk… λn的信號,在傳輸過程中,只有等於布拉格波長λk的入射光被光柵折射,從下載連線埠輸出,其餘波長的信號傳送到輸出連線埠;由於對稱性,波長等於λk的光λ’k從上載連線埠載入,折射到輸出連線埠與其他波長的光一起傳輸。VECCS-OADM具有窄帶波長選擇性、可調諧性和小型化的優點。實驗表明:在調諧範圍11 nm內,插入損耗變化小於1 dB,濾波穩定性也較好,用 5Gbit/s信號測得誤碼率。VECCS-OADM在未來的DWDM網中作為可調諧的OADM是很吸引人的。
光纖光柵型OADM
光纖光柵具有良好的波長選擇性、低插入損耗和偏振不敏感的優點;光纖光柵可構成全光纖器件,通過調節光柵的反射譜,可以改變插入損耗、串話等性能指標。因此,用光纖光柵構成的OADM成為研究熱點。實驗室已成功地對8× 2.5 Gbit/s的WDM傳輸系統的某一信道進行分插復用,如圖冊中圖8所示。在傳輸系統中,信道間隔為0.8 nm,中繼距離75 km,總傳輸長度為6 000 km。光纖光柵OADM(布拉格波長為λ5)置於傳輸線上,將信道5下載,信號在支路無中繼傳輸150 km後到達市內終端,終端發射機將波長為λ5的信號載入到匯流排上。
（1）光環行器光纖光柵OADM
光環行器光纖光柵OADM由2個3連線埠的光環行器和1個窄帶布拉格反射光纖光柵(FBG)構成。光纖光柵從傳輸的信號中反射要下載或載入的話路的信號,光環行器讓光纖光柵反射的信道的信號改變傳輸方向。如果對WDM各個信道的信號分插復用,簡單的方法是對單路分插復用器級聯,級聯的各個分插復用器所用光柵的中心波長要與WDM各信道中心波長相同,同時各個光纖光柵的反射頻寬應足夠窄,防止信道間信號串擾。可以看到,若要對N路信號進行上、下話路,需要2N個環行器,勢必對傳輸信號有較大的損耗,影響下一級對信號的分插,而且對非下載的信號傳輸也有劣化。
為克服上述缺點,Se Yoon Kim等構造了新型結構的OADM。它是在一段光纖上刻有4個完全相同的可調諧光纖光柵和2個環行器構成,調節壓電轉換器的電壓來改變光纖光柵的布拉格波長。在1根光纖上刻有多個特定反射譜的光纖光柵,工藝複雜,技術要求高。為簡化工藝,可把幾個不同中心波長的光纖光柵連線在一起,效果是一樣的。C.R.Giles等用該原理研製的OADM,插入損耗<3 dB,隔離度>50 dB。用於4個信道,波長間隔為0.8 nm,傳輸100 km的WDM網路傳輸實驗,效果很好。若通過光放大器,可傳輸更遠距離。
優點：插入損耗小,選擇性較高,結構簡單。
缺點：不夠穩定,造價偏高。
（2）偏振分光器-光纖光柵OADM
偏振分光器-光纖光柵OADM,造價低,穩定性高,對環境溫度不敏感,不需要特殊的技術。具體結構可見圖冊中圖12，原理為:任意偏振態的多信道WDM信號從連線埠1輸入,被偏振分光器分成兩正交的線偏振光,每一臂上的光通過λ/4偏振控制器後成圓偏振光;和光柵中心波長相同的光被反射,再次經過λ/4偏振控制器,又變成線偏振光,但與原始入的線偏振光是正交的,於是等於布拉格波長的信號從連線埠2下載,其他信道通過連線埠4傳輸;由於器件的對稱結構,具有相同布拉格波長的信號可以從連線埠3載入到傳輸線上去。
（3）全光纖型OADM
工作原理為:具有不同波長的信號從連線埠1輸入,假定光纖光柵的諧振波長等於λ4,則λ4將從連線埠2輸出,其餘光從連線埠4輸出;若干涉儀達到理想平衡狀態,連線埠3無光出現;由於器件的對稱性,從連線埠3載入波長等於λ4的信號,就會在連線埠2輸出。若用不同諧振波長的光柵對,就可以一次載入或下載幾個不同波長的信道。
優點：偏振不敏感性;由於干涉儀兩臂隨溫度變化相同,溫度變化時,干涉儀兩仍會保持平衡。
缺點：溫度變化時將導致光纖光柵中心波長移動。基於Mach-Zehnder干涉儀和FBG的分立型OADM的優點是全光纖器件組成,插入損耗小,體積較小,結構簡單且易於集成。但由於它是干涉型的,實驗結果顯示它對外界環境非常敏感,因此性能不穩定,干涉臂差很小的變化可以導致相位差很大的變化,從而引起輸出連線埠光功率的波動,有人提出可以加壓電陶瓷環,通過調節臂差來控制工作點,但是增大了其體積而且使其原本簡單的結構複雜化。也有人提出可以通過紫外補償來對其進行調節,通過照射非光柵區域來調節折射率以補償由於製作過程中引入的相位差,但操作起來十分複雜。
完全由無源光纖器件組成的3波長OADM已有報導。它由4個3 dB耦合器,1個光纖布拉格反射濾波器(FBR)和4個光纖雙錐型濾波器(BTF)組成。器件最大的優點是引入了雙錐型濾波器,雙錐型濾波器透射譜由交替出現的峰值和零值組成,工作原理與非等臂的Mach-Zehnder干涉儀相近。但由於BTF由1根光纖組成,是偏振不敏感的,另外插入損耗小(0.8～ 1.3 dB),後向反射低( <-55dB),在透射帶內色散較低,具有良好的熱穩定性和機械穩定性。
這種OADM不需要大的體光學器件和平面波導器件,容易實現增加需要分插的波長信道數。
