光波分复用器

一、定义

       光波分复用器（WDM，Wavelength Division Multiplexing）是一种光无源器件，它可以将两种或者多种不同波长的光耦合到同一根光纤中传输，也可以将同一根光纤中多个不同波长的光分别分离至不同的光纤中传输。

二、特点

       1. 组合或者分离两束（通常为两束）或多束不同波长的光。

       2. 宽工作带宽、低插入损耗、高通道隔离度、高稳定性和可靠性。

       3. 介质膜滤波片技术制作，在980 nm-1550 nm波长范围内提供多种波长组合可选。

       4. 提供FC/APC和FC/UPC两种接头可选。

三、说明

1、介质膜型波分复用器的工作原理

图1.介质膜滤波片型波分复用器工作原理图。

       当两束不同的光由公共端（Common）输入，WDM器件会允许将其中一束特定波长的光透射过去，在透射端（Pass）输出,而将剩余波长反射耦合至反射端（Reflect）输出，即光波分的过程。同理，根据光路可逆原理，当不同波长的光分别从透射端（Pass）和反射端（Reflect）输入时，则两束光将都被WDM器件耦合至公共端输出，即光波复用耦合的过程。

2、介质膜滤波片

       介质膜滤波片采用薄膜干涉原理，使某些波长的光在薄膜上产生较强反射而不能透过薄膜，而其他波长的光则可以透过薄膜。为提升反射效率，介质膜滤波器片通常采用多层薄膜（一般为50-100层），通过多层介质膜的干涉使某一波长通过，其他波长反射。

图2.介质膜滤波片的结构及波长选择示意图。

3、关键参数

（1）插入损耗IL (Insertion Loss)

       插入损耗是指增加WDM而产生的附加损耗，定义为该无源器件的输入和输出端口的光功率之比，即：

式中： Pout为输出端口的光功率，Pin为输入端口的光功率。该器件的性能要求对正向入射光的插入损耗是越小越好。（注：一般计算结果为负值，但实际填写或使用时常常会将负号省略，下同。）

图3.WDM插损测试示意图。

       以上图为例，蓝色光输入100 mW，输出端口为透射（Pass）端，红色光输入为100 mW，输出端口为反射（Reflect）端。可知透射（Pass）端输入光功率Pin =100 mW，输出光功率Pout=90 mW，那么透射端的插损IL为 

IL= 10 × lg (90/100)

= 10 × (-0.046)  

= -0.46 dB         

       同理可知反射（Reflect）端输入光功率Pin =100 mW，输出光功率Pout=95 mW，那么反射（Reflect）端的插损IL为 

IL= 10 × lg (95/100)

= 10 × (-0.022)  

= -0.22 dB         

（2）通道隔离度Iso (Isolation)

       通道隔离度是指WDM其中一光路对其他光路中光的隔离能力。

图4.WDM透射(Pass)端隔离度测试光路图。

       以图4为例，该WDM透射端为蓝光的传输通道，反射（Reflect）端为红光的传输通道。理论上在公共（Common）端输入的红光应全反射至反射（Reflect）端输出。但是实际上WDM器件并不能完全隔离红光输出至透射（Pass）端，因此为了表征WDM器件对非通道光的隔离能力引入通道隔离度的概念。

       定义：非通道入射光信号的功率值与通道输出光信号的功率值的比的分贝数，表示为：

Iso=-10×lg(Pout/Pin)

式中：Pin表示非通道光输入的光功率，Pout表示非通道光输出的光功率。该器件的性能要求其对反向反射光的隔离度值越大越好。

       由图4可知，非通道光红光的输入光功率Pin =100 mW，在透射(Pass)端输出光功率Pout=1 mW，那么的透射（Pass）端的隔离度Iso为：

Iso = 10 × lg (1/100)

= 10 × (-2)   

= -20dB      

图5.WDM反射(Reflect)端隔离度测试光路图。

       同理，由图5可得非通道光蓝光的输入光功率Pin =100 mW，在Output 1端输出光功率Pout=3 mW，那么的Output 1端的隔离度Iso为：

Iso = 10 × lg (3/100)

= 10 × (-1.5)  

= -15 dB       

1.光纤通信—WDM系统

图1.WDM通信系统。

       在今日信息技术高速发展的情况下，光纤网络已经是人类社会必不可少的组成部分。密密麻麻的光纤铺满了千家万户。WDM系统的开发，是为了应对日益增长的通信需求，降低光纤的使用量，提高单根光纤的使用率。如图1所示，通过WDM系统的组合波长功能，可以将几个、几十个不同的信号波长耦合到一根光纤中进行传输，在传输至终端前，再通过WDM的分波功能，将不同的信号波长分别传输至对应终端中。达到节约传输光纤的目的，极大的提升了单根光纤的使用率。

2.光纤放大器

图2.EDFA的典型结构。

       EDFA也称为掺铒光纤放大器，是一种特殊的光纤，在纤芯中注入了饵（Er）这种稀土元素，使得在泵浦光源作用下，可直接对某一波长的光信号进行放大。主要应用在长距离光纤传输过程中，光信号经过长距离传输，能量衰减，无法有效传递至终端。因此，在传输过程中增加一个光纤放大器，对能量衰减的光信号进行补强，使能量能够经过超长距离的传输而保持在一定量级。例如海底光网络传输，城域网传输等。

       例如，在左侧输入待增强的1550 nm信号光，分波器处分离5%的光能量用作功率监测，剩余95%能量由WDM传输进入掺饵光纤。泵浦源发出980 nm的激励光，同样由WDM进入掺饵光纤，980 nm的激励光在光纤中被吸收实现工作物质泵浦作用，然后在1550 nm信号光的诱导下，掺饵光纤会产生大量155 0 nm的光，从而实现对1550 nm信号光的增强放大作用。WDM在此起到组合信号光和泵浦光至同一掺饵光纤中的作用。

       同理，其它波长类型光纤放大器结构原理也相类似。