WDM （Wavelength Division Multiplexing）技術(shù)是通過(guò)在光纖中傳輸多個(gè)不同波長(cháng)的光信號來(lái)擴大光纖傳輸帶寬并提高網(wǎng)絡(luò )傳輸能力的一種技術(shù)，而TFF(薄膜濾波)和AWG（陣列波導光柵）則是兩種常用的WDM技術(shù)。
1. TFF技術(shù) TFF （Thin-film filter）技術(shù)是一種常用的WDM器件技術(shù)之一，也被稱(chēng)為薄膜濾波技術(shù)。它利用特殊的薄膜材料的一些光學(xué)特性來(lái)實(shí)現對不同波長(cháng)的光信號進(jìn)行分離或復用。薄膜濾波器通常由多個(gè)不同厚度的膜層構成，在這些膜層的分布中有一定的規律和特定的反射率，這樣可以讓特定的波長(cháng)在薄膜中反射，而其他波長(cháng)則透過(guò)這些膜層，實(shí)現了對信號的分離和復用。TFF技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是結構簡(jiǎn)單、體積小、成本低、可靠性高等。
多層介質(zhì)膜濾波片是一種多層高反射膜，膜層數目可多達幾十層至上百層，交替由較高折射率和較低折射率的兩種電介質(zhì)材料組成，與濾波片基底和空氣相鄰的膜層具有較高折射率。將幾十層不同的介質(zhì)薄膜組合起來(lái)，組成具有特定波長(cháng)選擇特性的干涉濾波器，就可以實(shí)現將不同波長(cháng)分離或合并的效果。
TFF濾光片用于WDM器件中，下圖所示為三端口WDM器件的結構，包括一個(gè)雙光纖準直器、一個(gè)單光纖準直器和一個(gè)TFF濾光片，TFF濾光片粘貼在雙光纖準直器的準直透鏡的端面上。WDM信號包括波長(cháng)λ1, λ2,…λn，從公共端輸入，TFF濾光片讓一個(gè)波長(cháng)λn透射，其他波長(cháng)則被反射，因此波長(cháng)λn從透射段輸出，而其他波長(cháng)從反射端輸出。
為了將所有波長(cháng)解復用，需要將n個(gè)三端口器件串聯(lián)起來(lái)，組成WDM模塊，如圖所示，其中每個(gè)三端口器件中的TFF濾光片，其透射波長(cháng)不同。WDM模塊可用作解復用器或者復用器，取決于信號的傳輸方向。
基于三端口WDM器件的WDM模塊，其尺寸相對較大（典型8信道WDM模塊的尺寸為130×90×13mm3），在一些特殊應用領(lǐng)域，這個(gè)尺寸不符合要求。為滿(mǎn)足這些要求，人們開(kāi)發(fā)了緊湊型WDM模塊，如緊湊型DWDM（CDWDM）和CWDM模塊（CCWDM）。所有TFF濾光片固定在一塊玻璃基片上，然后逐個(gè)對準和固定輸入/輸出準直器。緊湊型WDM模塊的典型尺寸為50×30×6mm3，比常規WDM模塊的尺寸小得多。
緊湊型WDM采用自由空間級聯(lián)方式，原理是用輸入透鏡將輸入光纖上的波長(cháng)分別為λ1， λ2…λn的光信號聚焦到第一個(gè)濾波片上；波長(cháng)為λ1的光信號通過(guò)第一個(gè)濾波片并經(jīng)第一個(gè)輸出透鏡耦合到第一個(gè)輸出光纖中，分離出波長(cháng)為λ1的光信號；其余光信號經(jīng)第一個(gè)玻片反射到下一個(gè)玻片進(jìn)行光信號分離；依此類(lèi)推，直到分離出所有信號。波長(cháng)信道之間的耦合通過(guò)走“之”字路線(xiàn)的淮直光線(xiàn)的形式實(shí)現。
2. AWG技術(shù) 隨著(zhù)端口數增加，TFF型DWDM模塊的損耗均勻性劣化。同時(shí)，在最后端口產(chǎn)生的最大損耗是制約端口數量的另一個(gè)因素。因此，基于TFF技術(shù)的DWDM模塊，其信道數通常不超過(guò)16。然而，一個(gè)典型的DWDM系統，通常在單根光纖中傳輸40或者48個(gè)波長(cháng)，因此需要更大端口數的復用/解復用器。串聯(lián)結構的WDM模塊會(huì )在后面端口累積太多功率損耗，因此需要采用并行結構，一次性對數十個(gè)波長(cháng)進(jìn)行復用/解復用操作。陣列波導光柵AWG就是這樣一種光器件。 AWG （Arrayed Waveguide Grating）技術(shù)也是一種常用的WDM器件技術(shù)，它是在光波導的基礎上通過(guò)光纖上的平面波前分束器，是利用PLC技術(shù)在芯片襯底上制作的陣列波導光柵，將不同波長(cháng)的光信號進(jìn)行復用和分離的技術(shù)。AWG通常由一排平行的波導構成，在光波導的分布上有特定的規律和晶格，每個(gè)通道的波長(cháng)都會(huì )被某個(gè)特定的波導引導出去，這樣就可以實(shí)現對信號的復用和分離。相比TFF技術(shù)，AWG技術(shù)的波長(cháng)隔離度、通道數量和帶寬都更高，可以用于更高速率的光通信系統。 典型的AWG結構如圖所示，它包括一個(gè)輸入波導、一個(gè)輸入星形耦合器（圖中自由傳輸區域FPR）、一組陣列波導、一個(gè)輸出星形耦合器和數十根輸出波導。
信號從輸入波導進(jìn)入輸入星形耦合器，經(jīng)自由傳輸之后，被分配到陣列波導之中。這個(gè)分配過(guò)程是波長(cháng)無(wú)關(guān)的，所有波長(cháng)被無(wú)差別的分配到陣列波導之中。陣列波導對多光束產(chǎn)生相位差，各光束的相位成等差級數，這與傳統光柵中的情況類(lèi)似。不同波長(cháng)被色散展開(kāi)，并聚焦在輸出星形耦合器中的不同位置。不同波長(cháng)被不同的波導接收，從而實(shí)現對DWDM信號的并行解復用。
這兩種WDM技術(shù)都在當今光通信系統中得到了廣泛的應用，一般認為，AWG在長(cháng)距離、高信道容量DWDM應用中性?xún)r(jià)比更高，而TFF在低信道容量的CWDM城域應用中更為理想。TFF通常由多個(gè)不同厚度的膜層構成，最核心的和最貴的也就是薄膜，如需要得到大通道的器件，則需要增加薄膜數量，因此TFF的價(jià)格就隨著(zhù)信道數量的增加而增加。采用AWG，可以同時(shí)得到40個(gè)信道，但有個(gè)缺點(diǎn)是你不能只選擇其中的一個(gè)或者兩個(gè)信道，這意味著(zhù)10信道的上下路和40信道的上下路的成本是一樣的。因此說(shuō)，在信道數較多的場(chǎng)合AWG比TFF更經(jīng)濟。 很多資料都將16個(gè)信道看作兩種技術(shù)的轉換點(diǎn)，低于16信道的應用適合采用TFF技術(shù)，而高于16信道的應用適合采用AWG技術(shù)。 |
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