分叉复用器干线网上应用

随着通信容量的急剧增长以及各种新业务的出现，各个地区的业务上下路也变得更加频繁，而OADM是有上下业务的中间节点的首选设备。一般在长途干线网中，由于上下载业务比较固定，波长的分配也是事先规定好的，固定波长的OADM可以很好地承担起这个任务，而且，其结构比较简单，插入损耗和隔离度都比较低，现已广泛应用在长途干线网。

AOTF是利用空间光学和波导光学等分光原理，由偏振分束片(PBS)和模式选择单元组成的，图5所示是它的结构原理图。WDM信号经过第一个偏振分束片后分成TE波和TM波，加在叉指换能器上的射频信号(频率范围一般是170~180MHz)产生的声表面波周期性地调制光波导折射率，它会引起特定波长光信号的TE?TM或TM?TE之间的相互转换，转换后的信号通过第二个偏振分束片后就从光信号中分离出来。只要改变RF信号的数目和频率，就可以控制需要上下路波长的数目和频率。基于AOTF的OADM有很多优点:它的可调谐范围宽可达到100nm，调谐速度可以达到ns量级，通道隔离度高，可同时实现多路波长信号的选择，另外由于它没有移动部件控制非常方便等，不过它同时也存在一些问题，比如串扰较大，对偏振比较敏感，制造长干涉长度的AOTF比较困难等。

图2给出了由3端口环形器和FBG组成的OADM的典型结构，FBG能反射特定波长的光，直通其他所有的波长，环行器用于分离正向输入的光与反射回来的光。它的工作原理是:WDM光信号从环形器的1端口输入，从2端口输出到FBG中，由于具有滤波的功能，调节FBG的中心反射波长使它与要下载的光通道波长一致，这样下路光信号被反射回环形器的3端口，实现波长的下载;上路光信号从第二个环形器2端口输入，直接从3端口输出，实现了波长的上载。这种结构的OADM缺点是由于光纤光栅的温度特性和隔离度均不佳，致使它的稳定性不是很好，不过这可通过加入反馈控制系统来提高它的稳定性;优点有结构简单、容易与其他器件连接、插入损耗小，同时通过用多个光纤光栅串联的结构也可以实现多个波长的上下路，加入光开关选择使用不同的光纤光栅，或者采用可调谐的光纤光栅，就可以实现上下路波长自由选择。

除了使用3端口的环行器，现在出现了基于多端口环行器和FBG的OADM，图3给出了一个使用9端口环行器的OADM，它能实现3个波长的上下路，据报道基于此种结构的OADM具有很低的插入损耗，性价比也很高。

基于mach-Zehnder干涉仪和FBG的OADM

基于布拉格光纤光栅和Mach-Zehnder干涉仪的OADM最早在文献[1]中被报道，并且被证明在6通道10Gbit/s的试验[2]中有出色的表现，其结构如图4所示，这种OADM由Mach-Zehnder干涉仪和与其两臂连接的两个FBG构成。输入光信号被第一个3dB耦合器分裂成两路，分别进入干涉仪的两臂，在Mach?Zehnder干涉仪的两臂上分别安放两个完全相同的FBG，并使FBG的谐振波长等于要被上路或下路的光通道的波长，光信号经过FBG后被放射回来，由于3dB耦合器有90°的相移，输出的光信号与输入信号刚好产生了180°的相移，这样

就实现了该波长信号的下路，同理上路信号由于FBG的反射，两次通过耦合器，从输出端口输出，其他的光通道并不受影响，直接通过该设备[3]。

这种结构的优点是偏振不敏感，可根据波长监控通道来自动选择路由信息的传递，可望在下一代光网络中扮演重要角色，其缺点是:它需要两个FBG的谐振波长完全一致，M-Z干涉仪的两个臂完全平衡，而这些理想条件很难达到，这样就会使部分信号被反射回输入端口或上路信号的端口。我们可以通过给干涉仪的一个臂施加轴向应变力来改善因FBG谐振波长不一致引起的功率分配不均衡问题，增加相位补偿设备改善功率反射回输入端口等问题[3]。

图1是基于复用、解复用器和光开关的OADM的典型结构。WDM信号从解复用器(DEMUX)输入，被分解为单个波长通道，然后由光开关阵列对这些单波长通道进行有选择的上下路，最后复用器(MUX)把所有波长合并为WDM信号输出。其中的复用、解复用器可使用普通的薄膜滤波片(TFF)或阵列波导光栅(AWG)制成。这种方案的优点是结构简单、控制方便、器件成熟可靠，但其缺点也很明显，其交换速度主要依赖光开关的速度，现在缺乏一些高速且性能稳定的光开关。目前正在商用或正在研究的光开关有基于MEMS技术的微机械光开关和固态开光。微机械光开关具有插入损耗低隔离度高的优点，是目前研究的热点;固态开光包括声光开关、热光开关、磁光开关、SOA门开关等。

目前人们已经提出很多种基于不同技术的OADM结构，从功能上看OADM分成可重构OADM和非重构OADM。从结构上可分成:(1)基于波长复用型的OADM;(2)基于布拉格光纤光栅(FBG)和环形器型的OADM;(3)基于FBG和Mach-Zehnder干涉仪的OADM;(4)基于声光可调滤波器(AOTF)的OADM;(5)基于法布里-珀罗腔的OADM。

随着各种高速通信业务的出现和接入用户数目的增加，对现有的通信网带来了不少的压力，由于WDM (波分复用)以及DWDM (密集波分复用)的出现，缓解了网络的带宽问题。传统的WDM中的分插复用设备(ADM)采用O-E-O的处理方式，对每个通道的信号都要单独的处理，当WDM的通道数达到一定程度后，它需要的设备变得非常冗杂且成本也十分昂贵，除此之外，由于电子处理速率的瓶颈，当通道的速率达到一定值后，电处理就变得束手无策了。这就产生了在光域层来管理网络容量的强烈要求，而全光交换的OADM正适应了这种需求。全光交换无需光电转换，因此不受电子处理速率瓶颈限制，且可透明传输各种接入方式的数据，能提高网络的灵活性和可控性，使其成为现代全光网的一个关键的器件。

通常译作"分插复用器"

城域网是一个综合、开放的信息传送平台，能提供各种分组业务(如即时通信的语言，视频等业务)和数据业务(如文件传输，流媒体等internet

相关业务)，具有传输容量大、接入方式多、组网技术复杂等特点。城域网体系在功能可以用三层来描述:接入层、汇聚层以及骨干传输层(图7)。其中接入层为用户提供多种多样的接入技术如宽、窄带、移动或固定的接入;汇聚层汇聚那些目的地为非本地的用户业务并将它们传递至合适的节点;城域网的骨干传输层作为网络的核心，为业务汇聚点提供IP、ATM、SDH等业务的承载、交换通道，与已有网络的互联互通，具有透明性与大容量的特点，采用OADM设备的城域网骨干传输层能很好地实现这些功能，其主要优点:(1)OADM支持光域上的上下路，能提供透明的业务传输，非常适合城域多业务和多种接入方式的需求;(2)通信容量大，可以满足城域网宽带的要求;(3)网络可靠性好，基于OADM的环行网采用的保护方式与SDH相似，有光通道保护和光线路保护两大类，能在节点失效甚至光纤断裂情况下为网络提供的保护倒换，为网络业务提供生存性保证;(4)全光节点设计，为下一代通信网络(NGN)提供了必要的物质条件，同时也为现在方兴未艾的FTTH提供了可靠的支持，可以说城域网采用OADM设备是通信网络平滑升级的必经之路。

OADM是全光网的关键的产品，它无需光电转换，不受电子瓶颈影响，可透明传输数据，组网灵活可靠，对OADM的研究和开发一直是光网络工作者关注的重点。

目前人们在OADM的结构和性能方面展开了广泛的研究，YikaiSu等人[4]利用分级的OADM技术，在同样的带宽利用率0?4b/s·Hz-1上能支持10，40和160Gb/s的多速率信号，同时在不改变OADM节点硬件结构就可支持网络速率的平滑升级，网络容量可达到1?6Tb/s。文献[5]报道一种基于EOTF的OADM，它的结构同AOTF类似，但原理是基于电光效应，此外它的波导转换模块是在一个安放在Ti扩散面上的LiNbO3调制器，它能达到0.1nm/V的效率，最大的调制范围可达24nm，调制速度为50ns，通道隔离度优于24dB，光纤到光纤插入损耗为5?4dB。文献[6]提出了一种基于微环共鸣器的可重构OADM，它是基于垂直连接的热可调Si3N4-SiO2微环共鸣器，面积仅0.25mm2，可调范围4.18nm，3dB带宽50GHz，它既能允许单用户业务也能支持多点传送业务，能很好的满足接入网用户的上下载业务的需求。ChristosRiziotis等人[7]提出一种基于全循环耦合器的OADM，他们在全循环耦合器的臂上安放FBG，这种结构同基于

MZI的OADM相比有一系列优势，在同样的衰减下允许的两臂的不对称程度比MZI的OADM大很多，与通用的HCC-OADM相比，它具有一致的和几乎忽略的插损。

FBG目前广泛应用在OADM上，它的性能对OADM影响非常大，文献[8]中提出了一种新颖的引用光栅的OADM，在不使OADM结构变复杂和不影响其他参数的前提下，通过控制反射频谱尤其是波峰移到通道带宽之外，以使放射功率保持相当低，通过对无耦合器的OADM仿真，结果显示应用这种方案的OADM的输入端口或上载端口的反射功率从-38~0dB降低到-53dB以下。王建忠等人[9]提出一种多通道FBG，这种光栅能补偿多通道的各种色散和空间改变，基于多通道FBG的OADM支持同时多个波长的上下载，能补偿直通信号的各种色散，且各种通道的群延迟成线形。

本文摘自《半导体技术》