淺析光的波分復用技術
雙擊滾屏 發表日期:2015-06-15   閱讀次數:6280    字體[        ]

       光的波分復用技術是有效的擴大光纖通信線路的方法之一。其于1997年已進入商用,現正大面積地推廣及蓬勃地發展。光波分復用技術,即在1根光纖中,采用許多彼長的光作信息載體,以擴大光纖的傳輸容量。如果1個波長傳送速率是2.5Gb/s,若采用8個波長,則1根光纖的容量就擴大了8倍,其容量就為20Gb/s。可見,采用光的波分復用技術能極大的提高通信傳輸速率。點對點的WDM大容量系統的試用階段已經過去,大規模或全面采用WDM系統的階段現已展開。發達國家和大公司正在規劃怎樣組建WDM網?采用多少波長?采用什么速率?如何上下信道?如何保護?如何管理等。國際電聯ITU-T現也為這些問題進行討論和制訂標準,還不完善。

  一、光纖通信的發展和現狀

  光纖通信系統是以光為載波,利用純度極高的玻璃拉制成極細的光導纖維作為傳輸媒介,通過光電變換,用光來傳輸信息的通信系統。隨著國際互聯網業務和通信業的飛速發展,信息化給世界生產力和人類社會的發展帶來了極大的推動。光纖通信作為信息化的主要技術支柱之一,必將成為21世紀最重要的戰略性產業。

  1970年美國康寧玻璃公司研制出損耗為20dB/km的低損耗石英光纖,證明光纖作為通信的傳輸媒介是大有希望的。同年,美國貝爾實驗室實現了鋁鎵砷(GaAlAs)異質結半導體激光器在室溫下連續工作,為光纖通信提高了理想的光源。這兩項研究成果,奠定了光纖通信的發展基礎。

  在20世紀70年代,光纖通信由起步到逐漸成熟。主要表現在光纖的傳輸質量大大提高,光纖的傳輸損耗逐年下降。與此同時,光纖的帶寬和光源的壽命不斷增加。光源和光電檢測的性能不斷改善。80年代是光纖通信大發展階段。在這個時期,光纖通信迅速由0.8µnm波段轉向1.3µm波段,由多模光纖轉向單模光纖。通過理論分析和實踐,在1.3µm和1.55µm波段分別實現了損耗為0.5dB/km和0.2dB/km的低損耗光纖傳輸。同時,石英光纖在1.31µm波段時色度色散為零,促使1.31µm波段單模光纖通信系統迅速發展。

  20世紀90年代,波分復用(WDM)技術的誕生。在此之前1986年,英國南普敦大學在光纖基質中加入鉺類子作為激光工作物質,用氬離子激光器作為泵浦源,制作出了能對1.55µm的光信號進行直接放大的摻鉺光纖放大器(EDFA)。這一發明克服了光信號在傳輸過程中使用光一電和電一光中繼器帶來的“瓶頸”限制。波分復用(WDM)+EDFA系統解決了光電子、微電子對傳輸設備的“瓶頸"制約。

  光纖通信的迅速發展與光纖通信的優越性是分不開的。光纖通信的主要優點有:

  傳輸損耗低,傳輸距離長;頻帶寬,通信容量大;抗干擾能力強,適合應用于有強電干擾和電磁輻射的環境中,保密性好;

  尺寸小,重量輕,有利于敷設和運輸;制造光纖的主要原料是Si02,它是地球上蘊藏量最豐富的物質,經濟性好。

  近年來,隨著光纖通信技術的快速發展和光纜、元器件技術不斷取得突破以及價格的逐年下降,傳統的光纖通信網正在向下一代全光通信網快速演進,由高速骨干網向城域網和接入網延伸,由點到點的鏈路系統向交叉連接的傳送網系統和面向業務的自動交換光網絡發展。在新的發展階段,高速大容量光纖傳輸系統的出現不僅增加了業務傳輸容量,而且為各種各樣的新業務提供了實現的可能。而更大的帶寬又可讓運營商更加靈活有效地提供服務。所以,必須不斷提高光纖通信系統的傳輸容量來滿足信息傳送量快速增長的需要。

  光纖通信的發展趨勢:

  進入21世紀以來,一方面波分復用設備、光學元器件等日趨成熟,WDM+EDFA技術逐漸從骨干網向城域網、接入網滲透;另一方面光交叉技術(OXC)、光分插復用(OADM)設備的開發應用,點到點的WDM系統正在向能夠通過復雜光網絡傳輸不同波長信道的、面向用戶、提供光路由的光網絡演進。但要構建實用化的高速、大容量全光通信網,還需要解決好3個方面的問題:

  (1)光纖的色散累積和非線性效應,光學器件引起的光信號在光纖中的串擾、噪聲累積等問題;

  (2)WDM設備中的高穩定集成光源、波長可調的集成化探測器等問題,OXC、OADM設備中的波長變換器、可調光諧濾波器、光交叉連接矩陣等問題;

  (3)設備的標準化、互操作、網管和價格昂貴的等問題。

  二、波分復用技術

  1、波分復用技術的基本概念與原理

  波分復用(WDM)技術是將兩種或多種不同波長的光載波信號在發送端經復用器(亦稱合波器,Multiplexer)匯合在一起,并耦合到光線路的同一根光纖中進行傳輸的技術,在接收端,經解復用器(亦稱分波器或稱去復用器,Demultiplexer)將各種波長的光載波分離,然后由光接收機作進一步處理以恢復原信號。這種在同一根光纖中同時傳輸兩個或多個不同波長光信號的技術,稱為波分復用技術。所以WDM技術可以在不增加光纖纖芯的情況下使傳輸容量成倍的增加。特別是密集波分復用的應用使光纖的傳輸容量進一步提高。原則上講,在光纖的低損耗窗口都可以進行波分復用,但由于目前EDFA帶寬平坦的范圍在1530nm~1565nm,所以當前使用的復用波長大都在1550nm左右。ITU-T基于光纖的衰減譜對光纖的可用波段資源進行了詳細的劃分,如表1-1所示,所以當前密集波分復用系統主要工作在C波段(1530nm~1565 nm)。

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