浅析光的波分复用技术
双击滚屏 发表日期:2015-06-15   阅读次数:4049    字体[        ]

       光的波分复用技术是有效的扩大光纤通信线路的方法之一。其于1997年已进入商用,现正大面积地推广及蓬勃地发展。光波分复用技术,即在1根光纤中,采用许多彼长的光作信息载体,以扩大光纤的传输容量。如果1个波长传送速率是2.5Gb/s,若采用8个波长,则1根光纤的容量就扩大了8倍,其容量就为20Gb/s。可见,采用光的波分复用技术能极大的提高通信传输速率。点对点的WDM大容量系统的试用阶段已经过去,大规模或全面采用WDM系统的阶段现已展开。发达国家和大公司正在规划怎样组建WDM网?采用多少波长?采用什么速率?如何上下信道?如何保护?如何管理等。国际电联ITU-T现也为这些问题进行讨论和制订标准,还不完善。

  一、光纤通信的发展和现状

  光纤通信系统是以光为载波,利用纯度极高的玻璃拉制成极细的光导纤维作为传输媒介,通过光电变换,用光来传输信息的通信系统。随着国际互联网业务和通信业的飞速发展,信息化给世界生产力和人类社会的发展带来了极大的推动。光纤通信作为信息化的主要技术支柱之一,必将成为21世纪最重要的战略性产业。

  1970年美国康宁玻璃公司研制出损耗为20dB/km的低损耗石英光纤,证明光纤作为通信的传输媒介是大有希望的。同年,美国贝尔实验室实现了铝镓砷(GaAlAs)异质结半导体激光器在室温下连续工作,为光纤通信提高了理想的光源。这两项研究成果,奠定了光纤通信的发展基础。

  在20世纪70年代,光纤通信由起步到逐渐成熟。主要表现在光纤的传输质量大大提高,光纤的传输损耗逐年下降。与此同时,光纤的带宽和光源的寿命不断增加。光源和光电检测的性能不断改善。80年代是光纤通信大发展阶段。在这个时期,光纤通信迅速由0.8µnm波段转向1.3µm波段,由多模光纤转向单模光纤。通过理论分析和实践,在1.3µm和1.55µm波段分别实现了损耗为0.5dB/km和0.2dB/km的低损耗光纤传输。同时,石英光纤在1.31µm波段时色度色散为零,促使1.31µm波段单模光纤通信系统迅速发展。

  20世纪90年代,波分复用(WDM)技术的诞生。在此之前1986年,英国南普敦大学在光纤基质中加入铒类子作为激光工作物质,用氩离子激光器作为泵浦源,制作出了能对1.55µm的光信号进行直接放大的掺铒光纤放大器(EDFA)。这一发明克服了光信号在传输过程中使用光一电和电一光中继器带来的“瓶颈”限制。波分复用(WDM)+EDFA系统解决了光电子、微电子对传输设备的“瓶颈"制约。

  光纤通信的迅速发展与光纤通信的优越性是分不开的。光纤通信的主要优点有:

  传输损耗低,传输距离长;频带宽,通信容量大;抗干扰能力强,适合应用于有强电干扰和电磁辐射的环境中,保密性好;

  尺寸小,重量轻,有利于敷设和运输;制造光纤的主要原料是Si02,它是地球上蕴藏量最丰富的物质,经济性好。

  近年来,随着光纤通信技术的快速发展和光缆、元器件技术不断取得突破以及价格的逐年下降,传统的光纤通信网正在向下一代全光通信网快速演进,由高速骨干网向城域网和接入网延伸,由点到点的链路系统向交叉连接的传送网系统和面向业务的自动交换光网络发展。在新的发展阶段,高速大容量光纤传输系统的出现不仅增加了业务传输容量,而且为各种各样的新业务提供了实现的可能。而更大的带宽又可让运营商更加灵活有效地提供服务。所以,必须不断提高光纤通信系统的传输容量来满足信息传送量快速增长的需要。

  光纤通信的发展趋势:

  进入21世纪以来,一方面波分复用设备、光学元器件等日趋成熟,WDM+EDFA技术逐渐从骨干网向城域网、接入网渗透;另一方面光交叉技术(OXC)、光分插复用(OADM)设备的开发应用,点到点的WDM系统正在向能够通过复杂光网络传输不同波长信道的、面向用户、提供光路由的光网络演进。但要构建实用化的高速、大容量全光通信网,还需要解决好3个方面的问题:

  (1)光纤的色散累积和非线性效应,光学器件引起的光信号在光纤中的串扰、噪声累积等问题;

  (2)WDM设备中的高稳定集成光源、波长可调的集成化探测器等问题,OXC、OADM设备中的波长变换器、可调光谐滤波器、光交叉连接矩阵等问题;

  (3)设备的标准化、互操作、网管和价格昂贵的等问题。

  二、波分复用技术

  1、波分复用技术的基本概念与原理

  波分复用(WDM)技术是将两种或多种不同波长的光载波信号在发送端经复用器(亦称合波器,Multiplexer)汇合在一起,并耦合到光线路的同一根光纤中进行传输的技术,在接收端,经解复用器(亦称分波器或称去复用器,Demultiplexer)将各种波长的光载波分离,然后由光接收机作进一步处理以恢复原信号。这种在同一根光纤中同时传输两个或多个不同波长光信号的技术,称为波分复用技术。所以WDM技术可以在不增加光纤纤芯的情况下使传输容量成倍的增加。特别是密集波分复用的应用使光纤的传输容量进一步提高。原则上讲,在光纤的低损耗窗口都可以进行波分复用,但由于目前EDFA带宽平坦的范围在1530nm~1565nm,所以当前使用的复用波长大都在1550nm左右。ITU-T基于光纤的衰减谱对光纤的可用波段资源进行了详细的划分,如表1-1所示,所以当前密集波分复用系统主要工作在C波段(1530nm~1565 nm)。

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