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WDM波分復(fù)用技術(shù)：TFF(薄膜濾波) & AWG(陣列波導(dǎo)光柵)介紹  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)特性來實現(xiàn)對不同波長的光信號進行分離或復(fù)用。薄膜濾波器通常由多個不同厚度的膜層構(gòu)成，在這些膜層的分布中有一定的規(guī)律和特定的反射率，這樣可以讓特定的波長在薄膜中反射，而其他波長則透過這些膜層，實現(xiàn)了對信號的分離和復(fù)用。TFF技術(shù)的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、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(shù)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，組成具有特定波長選擇特性的干涉濾波器，就可以實現(xiàn)將不同波長分離或合并的效果。  TFF濾光片用于WDM器件中，下圖所示為三端口WDM器件的結(jié)構(gòu)，包括一個雙光纖準(zhǔn)直器、一個單光纖準(zhǔn)直器和一個TFF濾光片，TFF濾光片粘貼在雙光纖準(zhǔn)直器的準(zhǔn)直透鏡的端面上。WDM信號包括波長λ1, λ2,…λn，從公共端輸入，TFF濾光片讓一個波長λn透射，其他波長則被反射，因此波長λn從透射段輸出，而其他波長從反射端輸出。  為了將所有波長解復(fù)用，需要將n個三端口器件串聯(lián)起來，組成WDM模塊，如圖所示，其中每個三端口器件中的TFF濾光片，其透射波長不同。WDM模塊可用作解復(fù)用器或者復(fù)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(yīng)用領(lǐng)域，這個尺寸不符合要求。為滿足這些要求，人們開發(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，然后逐個對準(zhǔn)和固定輸入/輸出準(zhǔn)直器。緊湊型WDM模塊的典型尺寸為50×30×6mm3，比常規(guī)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分別為λ1， λ2…λn的光信號聚焦到第一個濾波片上；波長為λ1的光信號通過第一個濾波片并經(jīng)第一個輸出透鏡耦合到第一個輸出光纖中，分離出波長為λ1的光信號；其余光信號經(jīng)第一個玻片反射到下一個玻片進行光信號分離；依此類推，直到分離出所有信號。波長信道之間的耦合通過走“之”字路線的淮直光線的形式實現(xiàn)。  2. AWG技術(shù) 隨著端口數(shù)增加，TFF型DWDM模塊的損耗均勻性劣化。同時，在最后端口產(chǎn)生的最大損耗是制約端口數(shù)量的另一個因素。因此，基于TFF技術(shù)的DWDM模塊，其信道數(shù)通常不超過16。然而，一個典型的DWDM系統(tǒng)，通常在單根光纖中傳輸40或者48個波長，因此需要更大端口數(shù)的復(fù)用/解復(fù)用器。串聯(lián)結(jié)構(gòu)的WDM模塊會在后面端口累積太多功率損耗，因此需要采用并行結(jié)構(gòu)，一次性對數(shù)十個波長進行復(fù)用/解復(fù)用操作。陣列波導(dǎo)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(dǎo)的基礎(chǔ)上通過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(dǎo)光柵，將不同波長的光信號進行復(fù)用和分離的技術(shù)。AWG通常由一排平行的波導(dǎo)構(gòu)成，在光波導(dǎo)的分布上有特定的規(guī)律和晶格，每個通道的波長都會被某個特定的波導(dǎo)引導(dǎo)出去，這樣就可以實現(xiàn)對信號的復(fù)用和分離。相比TFF技術(shù)，AWG技術(shù)的波長隔離度、通道數(shù)量和帶寬都更高，可以用于更高速率的光通信系統(tǒng)。 典型的AWG結(jié)構(gòu)如圖所示，它包括一個輸入波導(dǎo)、一個輸入星形耦合器（圖中自由傳輸區(qū)域FPR）、一組陣列波導(dǎo)、一個輸出星形耦合器和數(shù)十根輸出波導(dǎo)。  信號從輸入波導(dǎo)進入輸入星形耦合器，經(jīng)自由傳輸之后，被分配到陣列波導(dǎo)之中。這個分配過程是波長無關(guān)的，所有波長被無差別的分配到陣列波導(dǎo)之中。陣列波導(dǎo)對多光束產(chǎn)生相位差，各光束的相位成等差級數(shù)，這與傳統(tǒng)光柵中的情況類似。不同波長被色散展開，并聚焦在輸出星形耦合器中的不同位置。不同波長被不同的波導(dǎo)接收，從而實現(xiàn)對DWDM信號的并行解復(fù)用。  這兩種WDM技術(shù)都在當(dāng)今光通信系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用，一般認(rèn)為，AWG在長距離、高信道容量DWDM應(yīng)用中性價比更高，而TFF在低信道容量的CWDM城域應(yīng)用中更為理想。TFF通常由多個不同厚度的膜層構(gòu)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(shù)量，因此TFF的價格就隨著信道數(shù)量的增加而增加。采用AWG，可以同時得到40個信道，但有個缺點是你不能只選擇其中的一個或者兩個信道，這意味著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，在信道數(shù)較多的場合AWG比TFF更經(jīng)濟。 很多資料都將16個信道看作兩種技術(shù)的轉(zhuǎn)換點，低于16信道的應(yīng)用適合采用TFF技術(shù)，而高于16信道的應(yīng)用適合采用AWG技術(shù)。 |
