DWDM滤片产品的组装工艺及关键点的相关解析

2020年，国家提出要加快 5G等新型基础设施建设进度。中国三大运营商开始规模建设 5G 网络，5G 时代的WDM 器件也迎来新的机遇。多天线技术对系统带宽产生巨大驱动力，城域网 WDM／OTN的边缘化趋势和 5G 承载需要，驱动了 WDM 器件的发展，为 WDM 器件市场带来一年数百万只的新需求。

WDM 器件是对光波长进行合成与分离的器件，进行合成的称为合波器，进行分离的称为分波器。未来三年是 5G 建设的高峰期，随着5G基站的大规模部署，WDM 器件的需求预计将在 2022 年达到高峰。

针对目前5G的建网方案，包括已经在大批量投网的CWDM方案，以及未来中国移动提出的MWDM方案，中国电信提出的LWDM方案，以及中国联通提出的DWDM方案，深圳飞宇光纤科技有限公司凭着15年的波分技术积累，均能批量满足不同客户群体及营运商的需求。

在各种WDM技术中，DWDM技术是利用单模光纤的宽带宽以及低损耗的特性，采用多个波长作为载波，允许各载波信道在光纤内同时传输。与通用的单信道系统相比，密集WDM（DWDM）不仅极大地提高了网络系统的通信容量，充分利用了光纤的带宽，而且它具有扩容简单和性能可靠等诸多优点，特别是它可以直接接入多种业务更使得它的应用前景十分光明。其结构功能与传统的WDM器件外观上极其相似（见下图），左边为一个双光纤准直器，前端贴附一个滤波片，右侧为一个单光纤准直器，信号从双纤端一端入射λ1 λ2…λn，经过滤波片的作用，双纤另一端出射λ1 λ2 λm－1，λm＋1…λn，单纤端出射λm，这样就把信号λm分离出来。

在三端口WDM器件中，DWDM产品的生产工艺相对复杂，而其中滤片的调整最为关键。本文将围绕DWDM滤片产品的组装工艺，对其组装工艺中遇到的关键点：入射光角度对产品中心波长的偏移、透射带宽的影响做以下简单阐述。

一、中心波长偏移：

中心波长是滤片器件的核心指标。下图给出了一个典型三端口DWDM产品的双纤输入侧光路图。如图所示，双光纤轴向的几何中心线构成光轴，图中用点划线表示。设输入光纤偏离光轴的距离为D，透镜出射端光束和滤片膜面（光轴）会有一个偏转角度θ。理论推导得出滤片透射中心波长和这个角度的关系为：，

θ增加，透射中心波长会偏短波长变化；

θ减小，透射中心波长会偏长波长变化；

这种波长变化可以用近似计算公式表示为：

其中近似有

其中λ0为滤片0度入射时中心波长；Ne为等效折射率，值为1．64；D为光纤偏离光轴的距离；θ（D）为光束在膜片表面入射角度。

利用这一公式，下图给出了入射角从0°变化到3°（图中横坐标为弧度）与滤片中心波长关系图

纵坐标：Unit：nm 横坐标：Unit：rad

实际应用中滤片不同角度入射谱线图如下，其中右侧为1．8度入射角，偏左的为2．5度入射角：

纵坐标：Unit：dB 横坐标：Unit：nm

在实践中，按照以上原理，飞宇通过自行开发的耦合软件自动扫描，配纤，通过改变双纤偏离光轴距离D，可将DWDM器件中心波长偏移量控制到最佳。

如下统计图可以看到，随机抽取5K飞宇光纤100G DWDM成品中心波长扫描数据：

横坐标：Unit：nm

98．9％的产品中心波长偏移量介于－0．05～＋0．05，99．9％的产品中心波长偏移量介于－0．07～＋0．07

二．透射带宽

1． 入射角度对透射带宽的影响

入射角度增加造成滤片膜层干涉效果变差，透射谱线带宽减小。

下图是100G C55透射谱线在不同入射角下的衰减情形（3条谱线依次是1．8度入射（上），2．5度入射（中）和3度入射）：

纵坐标：Unit：dB 横坐标：Unit：nm

下表是随机选取的飞宇100G C55滤片在不同角度的带宽变化（单位nm）s

综上而知，随着入射角的增加，透射带宽在减小。

2 滤片通光位置对透射带宽的影响

通常使用的1．4x1．4mm滤片是大片切割而来，切割过程会让滤片边缘部分产生残留应力，形成应力区，越靠近滤片边缘这个现象越明显。

下图是100G C55透射谱线在滤片不同入射位置的透射谱线（上谱线为中心入射，下为偏心入射）：

纵坐标：Unit：dB 横坐标：Unit：nm

通过实验测试，有这样的数据（单位nm）

从数据中看出，偏移距离越大，透射带宽越小；

在实践中，飞宇采用独特的工艺方法，将膜片相对位置偏移量控制在0．02mm以内，使透射光束居中于滤波片中心，从而获得最优的膜片透射带宽。

结论：

5G时代，WDM器件获得了更多的部署机会。本文结合飞宇集团在研发制造5G用DWDM三端口器件的实践，从理论和实践两个方面介绍了实践中影响器件中心波长和透射带宽两个重要指标的若干因素。在此基础上，飞宇集团开发了独特的技术，确保了DWDM器件的高性能。

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