关于WDM波分复用器相关术语的详细说明

波分复用(WDM)是将两种或多种不同波长的光载波信号(携带各种信息)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众多不同波长光信号的技术,称为波分复用。

常用的WDM波分复用技术

WDM传输的基本元件是光学滤波器，可通过光纤熔融拉锥（FBT）、薄膜滤光片（TFF）、阵列波导光栅（AWG）和光学梳状滤波器等技术实现。TFF和AWG是最常用的两种WDM技术。

介质薄膜滤波器TFF（Thin Film Filter）

薄膜滤波器（TFF）技术是在波分复用商用以来最早得到应用的波分复用技术。与其他技术相比，薄膜滤波器的主要优点是它在小尺寸设备中应用时有极高的准确性。

紧凑型WDM模块结构

TFF技术核心的是TFF滤光片，下面三端口WDM器件的结构可以清楚的看出TFF滤光片如何应用在WDM器件中。基于TFF的三端口WDM器件结构包括一个双光纤准直器、一个单光纤准直器和一个TFF滤光片，TFF滤光片粘贴在双光纤准直器的准直透镜的端面上。

基于TFF的三端口WDM器件结构

为了将所有波长解复用，需要将n个三端口器件串联起来，组成WDM模块，如下图所示，其中每个三端口器件中的TFF滤光片，其透射波长不同。模块中的不同波长经过不同数量的三端口WDM器件，因此产生不同的插入损耗。随着端口数增加，损耗均匀性劣化。

基于三端口WDM器件的WDM模块结构

随着DWDM系统扩展到超过40个或48个信道，需要更大端口数的复用/解复用器。DWDM系统中最早采用的波分复用/解复用模块是基于介质膜滤光片TFF的。但串联结构的WDM模块，信道间隔每压窄一般，就要多镀上百层薄膜来分离和隔离各个波长，容易造成局部薄膜厚度与密度波动产生的缺陷增加，成品率下降，且会在后面端口累积太多功率损耗。基于TFF技术的DWDM模块，其信道数通常不超过16。阵列波导光栅AWG就是采用并行结构，一次性可实现对数十个波长进行复用/解复用操作。

阵列波导光栅AWG

典型的AWG结构如图所示，它包括一个输入波导、一个输入星形耦合器（图中自由传输区域FPR）、一组阵列波导、一个输出星形耦合器和数十根输出波导。DWDM信号从输入波导进入输入星形耦合器，经自由传输之后，被分配到阵列波导之中。这个分配过程是波长无关的，所有波长被无差别的分配到阵列波导之中。阵列波导对多光束产生相位差，各光束的相位成等差级数，这与传统光栅中的情况类似。不同波长被色散展开，并聚焦在输出星形耦合器中的不同位置。不同波长被不同的波导接收，从而实现对DWDM信号的并行解复用。

AWG优于TFF的主要优势在于其成本不依赖于波长计数，因此对于高通道数应用而言，它们具有极高的成本效益。AWG的另一个优点是可以灵活选择通道号和间距。

典型AWG结构

WDM器件结构

C-lens和G-lens

WDM器件的结构如下图，主要有玻璃管Glass tube、透镜Lens、滤波片Filter组成。其中透镜分为C-lens球面透镜（conventional lens）、G-lens自聚焦透镜（Gradient-index，GRIN）。C-Lens的结构是一面为平面,另外一面为球面的折射率均匀的玻璃柱体。G-lens的结构是折射率随直径变化的圆柱形玻璃棒。从input端的输入的光纤头发出来的光是发散的，透镜的使用就是将光聚焦和成像。两个透镜的作用是不同的，第一个透镜将发散的光线平行，第二个透镜将平行的光线汇聚。

WDM器件结构

光纤准直器（fiber collimator)

将C-透镜装在光纤头的前面，外面用玻璃或金属套管封装，就做成了一个C-透镜准直器。光纤准直器由尾纤与透镜精确定位而成，利用透镜（ C-Lens或者G-Lens）的汇聚原理使原本发散的光聚成一束光斑较大的平行光束，从而达到准直（平行）效果。一般G-透镜准直器的成本要比C-透镜准直器高，所以我们大多使用C-透镜准直器。

WDM器件参数

中心波長(Center Wavelength）

ITU中心波长：ITU国际电信联盟规定的各通道标准中心波长。

通道数、通道间隔（Channel Spacing）

通道数指波分复用/解复用器可以合成或分离的信道的数量，这个数字可以从4到160不等，通过增加更多的频道来增强设计, 常见的信道数有4、8、16、32、40、48等。 通道间隔（channel spacing）是指两个相邻信道的标称载频的差值，可以用来防止信道间干扰。按ITU-T G.692的建议，间隔小于200GHz(1.6nm)的有100GHz（0.8nm）、50GHz（0.4nm）和25GHz等，目前优先选用的是100GHz和50GHz信道间隔。

通道带宽和通道间隔

插入损耗（Insertion Loss, IL）

插入损耗是光传输系统中波分复用器(WDM)插入引起的衰减。 它是以工作窗口的两个典型波长1310nm和1550nm来定义的。对于两个光通路端口，插入损耗定义为输出端口的光功率与输入端光功率之比，以dB为单位。定义为：IL=-10log(Po/Pi)

Pi—→输入到输入端口的光功率, 单位为mw；Po—→从输出端口接收到的光功率,单位为mw。

透射插损（Pass , ILP）光信号在通过器件时，透射光线的损耗。

反射插损（Reflect , ILR）光信号在通过器件时，反射光线的损耗。

以上指标的数值越小越好。数值越小，表示光信号经过器件时所损耗的能量越小，越稳定。

回波损耗（Return Loss , RL）

入射到器件的光信号中，由于散射等原因导致有一小部分的光信号沿原路返回。 回损就是用来描述这种返回光信号的强度。如果这种往回传输的光信号太大可能会影响光源的正常工作，所以一般要求返回的光信号越小越好。指标的数值越大，表示返回的光信号越小。

方向性（Direction , DIR）

波长在透射带宽内的信号光从器件的透射端口入射，在器件的反射端口检测到的信号光的损耗即为方向性。原理与回损类似，数值越大，表示反方向传输的光信号越小，系统越稳定。

WDM方向性

偏振相关损耗（Polarization , PDL）

由不同偏振态而引起器件插损变化的变化量称为偏振相关损耗。 偏振相关损耗PDL是在固定温度、波长及同Band下，不同极化态所造成的最大与最小Loss之间距离，即所有输入偏振状态下插入损耗的最大偏差。

温度相关损耗（Temperature , TDL）

由不同温度而引起器件插损变化的变化量称为温度相关损耗。

其他相关术语

带宽（Passband）

带宽也叫通带宽度，生产厂商常给出通道传输最大值下降1dB、3dB和20dB处的通带宽度。带宽值不仅取决于信道的间隔，还取决于通带本身的线型。

加/减：加/减术语可能是指单波长滤波器或多通道WDM产品。对于滤光片，这是描述滤光片双向特性的另一种方式，其中特定的通道波长可以像多路传输一样被添加；或按解复用方式删除。

水峰

水峰是指OH-离子引起的损耗峰。现在，水峰及其水峰值上下的衰减可以超过2dB/km。

通带

通带是指能够通过滤波器的频率或波长范围，它是WDM滤波器的参数之一。事实上，通带是以中心波长为中心分布的一定波长范围，例如，CWDM滤波器的典型通带在中心波长±6.5nm的范围内。因此，一个波长为1551nm的光可以在没有额外信道损耗的情况下，在1544.5nm到1557.5nm的范围内传输。

WDM设备上的端口类型

WDM-分波

WDM-合波

通道端口

WDM设备通常具有几个不同波长的通道端口，每个端口均是一个特定波长。CWDM有18个波长，从1270nm到1610nm，因此有2~18个通道端口数。DWDM波长间隔密集，可容纳的波长更多，通道端口数可至96个。

线路端口

COM端——输入端，EXT端——反射端

扩容/升级端口

扩容/升级端口旨在为WDM解决方案增加额外的波长。它们对于将旧设备合并到WDM网络中非常有用。CWDM复用器/解复用器上的扩容端口或升级端口是用来增加、终止或通过新增信道，这些新增信道能串联两个CWDM复用器/解复用器，从而在光纤链路不变的情况下加倍增加了通道容量。

WDM - 扩容/升级端口

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