孙永健 张吉全



波分复用系统的发展和应用

孙永健 张吉全

中国人民解放军69036部队，新疆 巴州 841000

回顾了波分复用技术的发展进程，简介了波分复用系统的构成、常用的波分复用器件、应用中的关键技术，并展望了波分复用技术的发展趋势。

波分复用；光放大器；非线性光学效应；光传送网

1 WDM系统的构成

WDM系统可以分为单向传输方式和双向传输方式；从它对外的光接口来看，又可分为集成式WDM系统和开放式WDM系统。单向传输的集成式系统的结构如图1所示，n个光发射机分别发射n个不同波长，经过光波分复用器（OM）合到一起，再经过功率放大（OA），与监控信息一起耦合进单根光纤中传输。到接收端，先进行功率预放大（OA），再经过具有光波长选择功能的解复用器（OD），将不同波长的光信号分开，送到n个光接收机接收[1]。对于点到点的长距离WDM系统，中继站可以采用线路光放大器补偿光纤损耗。为保持客户信号传送的透明性，带线路放大器的WDM系统需要附加光监控信道（OSC），对光层进行监视和管理。如图1所示，OSC的传输应该是分段的，且具有3R（定时、再生、整形）功能和双向传输功能，在每个光放大中继站上，监控信号应能分出和插入。ITU-T已经规范光监控信道（OSC）的波长应在1510 nm±10 nm，速率为2 Mbit/s，采用CMI码型。WDM系统还可以分为集成式和开放式两种。集成式系统是指接入合波器的SDH终端具有满足G.692的光接口，即具有标准的光波长和满足长距离传输的光源。所以，集成式系统是把标准的光波长和满足长距离传输的光源集成在SDH系统中。整个系统构造比较简单，没有增加多余设备。但当非标准波长的老SDH系统接入WDM系统时，还必须引入波长转换器（OTU），将波长转换为标准波长。开放式系统是在波分复用器前加入OTU（波长转换器），O-TU输出端具有标准的光波长和满足长距离传输的光源，可以将输入的非规范的波长转换为标准波长。开放是指在同一WDM系统中，可以接入不同厂商的SDH系统。ITU-T已建议以193.1 THz（即1552.52 nm）值作为WDM的参考频率[2]，在此频率两侧安排复用信道，规定标准的波长间隔为0.8 nm（在1.55μm波段对应100 GHz频率间隔）的整数倍。我国国标“光波分复用系统总体技术要求”中对32路以及16通路、8通路的WDM系统中心波长进行了规范，32通路WDM系统的频带可以分离为蓝带和红带两个频带，红带的范围是1560.61～1548.51 nm，蓝带的范围是1547.72～1535.82 nm，每个频带中安排16个波长，通带间隔为0.8 nm（100 GHz）。16和8通路系统都安排在红带，通带间隔分别为0.8 nm和1.6 nm（100 GHz和200 GHz）对于32、16和8通路WDM系统，在寿命终了时最大中心频率偏移为±20 GHz（约为0.16 nm）[3]。

2 波分解复用器

波分复用/解复用器件是WDM系统的重要组成部分，是关系波分复用系统的性能的关键器件，必须确保其质量。对波分复用器件的主要要求是：插入损耗小，隔离度大；带内平坦，带外插入损耗变化陡峭；温度稳定性好，工作稳定、可靠；复用路数多，尺寸小等。目前，WDM复用系统中常用的复用、解复用器主要有光栅型、干涉膜滤波器型、阵列波导光栅型和光纤方向耦合器型。光栅型解复用器是一种并行器件，它可以同时分开多路不同波长的信号，使各路的插损都一样，具有解复用路数多，插损较小、分辨率较高等优点。干涉膜滤波器型解复用器工作稳定，串扰较小。但这是一种串行器件，当复用路数较多时，各路的插损差异较大。如图1所示。

图1

阵列波导光栅型（AWG）复用/解复用器是由输入波导，两个平面耦合波导，阵列波导和输出波导构成的[4]。当多波长信号在第一个平面波导中发生衍射而耦合进长度依次递增的阵列波导后，产生不同的传输延迟，然后在第二个耦合波导中相干叠加。这种阵列波导长度差所引起的作用和光栅沟槽平面所起的作用相同，从而表现出光栅的功能和特性，这就是AWG名称的来源。精确设计阵列波导的路径数和长度差，可以使不同波长的信号在第二个平面耦合波导输出端的不同位置形成主极强，分别耦合到不同的输出波导中，从而起到解复用器的作用。光纤方向耦合器价格低廉，在WDM系统中可以作为多路复用器，但损耗较大。尤其是多路复用时，路数每增加一倍，损耗就要增加3 dB。

3 WDM系统的关键技术

（1）EDFA技术。掺铒光纤放大器（EDFA）以其优越的特性在WDM系统中获得广泛的应用。但在应用中需要解决以下问题：在级连EDFA的WDM系统中，放大的自发辐射（ASE）噪声会逐渐积累，OSNR（光信噪比）会下降。因此，根据目标距离选用性能好的EDFA，并使其工作在最佳的状态和最佳的级连方式，以保证OSNR在国标要求的22 dB以上。在级连EDFA的WDM系统中，由于EDFA的增益不平坦及WDM器件和光纤对不同信道的损耗不同，造成自滤波效应，使复用信道之间的功率不均衡。

（2）非线性光学效应的抑制。非线性光学效应是光场和物质相互作用时发生的一些现象。在强电场的情况下，非线性极化是导致非线性光学效应的原因。对WDM系统影响较大的非线性光学效应有受激喇曼散射（SRS）、自相位调制（SPM）和四波混频（FWM）。受激喇曼散射限制了光纤中传输的最大功率（国标规定不论复用路数是多少，功率放大器的最大输出功率为+ 17 dBm），并引起波分复用系统中的串扰。SPM导致频谱展宽，这也是一种频率啁啾，但这种啁啾与GVD（群速度色散）之间的相互作用可能引起一些新的特点。

[1]林衡.浅析光纤通信系统中波分复用技术的应用[J].黑龙江科技信息，2014（13）：133.

[2]冯卫，邵忆群，罗玉娟，等.光纤通信系统中波分复用技术的应用[J].电子技术与软件工程，2013（19）：24.

[3]余发科.试论密集波分复用（DWDM）通信传输技术的实际应用与发展[J].中国科技博览，2013（14）：167-168.

[4]魏丽芳，闫仕林，尚再平.浅谈光波分复用技术在电力系统通信中的应用[J].中小企业管理与科技，2012（10）：273-274.

Development and application of wavelength division multiplexing system

Sun Yongjian Zhang Jiquan

Chinese people’s Liberation Army 69036，Xinjiang Bazhou 841000

This paper reviews the development of WDM technology，introduces the key technologies，wavelength division multiplexing system used in WDM devices，applications，and the prospect of WDM technology.

wavelength division multiplexing；optical amplifier；nonlinear optical effect；optical transport network

TN929.1

A

1009-6434（2017）01-0011-02