TC000003 DWDM原理 ISSUE2.0
第3章 DWDM关键技术
信号上，使其它波长的功率变高。在接收端，由于电平的突然提高可能引起误码，而且在极限情况下，如果8路波长中7路丢失时，所有的功率都集中到所剩的一路波长上，功率可能会达到17dBm左右，这将带来强烈的非线性或接收机接收功率过载，也会带来大量误码。
EDFA的增益锁定有许多种技术，典型的有控制泵浦光源增益的方法。EDFA内部的监测电路通过监测输入和输出功率的比值来控制泵浦源的输出，当输入波长某些信号丢失时，输入功率会减小，输出功率和输入功率的比值会增加，通过反馈电路，降低泵浦源的输出功率，保持EDFA增益（输出/输入）不变，从而使EDFA的总输出功率减少，保持输出信号电平的稳定。如图3-11所示。
INPUTOUTPUTTAPPINP U M PTAPPIN非线性控制 图3-11 控制泵浦光源增益锁定技术
另外还有饱和波长的方法。在发送端，除了8路工作波长外，系统还发送另一个波长作为饱和波长，在正常情况下，该波长的输出功率很小，当线路的某些信号丢失时，饱和波长的输出功率会自动增加，用以补偿丢失的各波长信号的能量，从而保持EDFA输出功率和增益保持恒定，当线路的多波长信号恢复时，饱和波长的输出功率会相应减少，这种方法直接控制饱和波长激光器的输出，速度较控制泵浦源要快一些。 ? 技术细节：
EDFA增益不锁定和锁定性能比较：
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掉波>1dB上波>1dB
图3-12 增益不锁定EDFA掉波、上波增益变化图
掉波<0.5dB上波<0.5dB
图3-13 增益锁定EDFA掉波、上波增益变化图
3.2.4 EDFA的局限性
EDFA解决了DWDM系统中的线路衰耗问题，但同时也带来了一些新的问题：
1. 非线性问题
虽然EDFA的采用提高了光功率，但是这个光功率并非越大越好。当光功率大到一定程度时，光纤将产生非线性效应（包括拉曼散射和布里渊散射），尤其是布里渊散射（SBS）受EDFA的影响更大，非线性效应会极大地限制EDFA的放大性能和长距离无中继传输的实现。 2. 光浪涌问题
采用EDFA可使输入光功率迅速增大，但由于EDFA的动态增益变化较慢，在输入信号能量跳变的瞬间，将产生光浪涌，即输出光功率出现尖峰，尤其
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是当EDFA级联时，光浪涌现象更为明显。峰值光功率可以达到几瓦，有可能造成O/E变换器和光连接器端面的损坏。 3. 色散问题
采用EDFA以后，因衰减限制无中继长距离传输的问题虽然得以解决，但随着距离的增加，总色散也随之增加，原来的衰减受限系统变成了色散受限系统。
3.3 DWDM器件
在DWDM系统中，DWDM器件分为合波器和分波器两种，如图3-14所示。合波器的主要作用是将多个信号波长合在一根光纤中传输；分波器的主要作用是将在一根光纤中传输的多个波长信号分离。 DWDM系统性能好坏的关键是DWDM器件，其要求是复用信道数量足够、插入损耗小、串音衰耗大和通带范围宽等。从原理上讲，合波器与分波器是相同的，只需要改变输入、输出的方向。DWDM系统中使用的DWDM器件的性能满足ITU-T G.671及相关建议的要求。
λλλ12……nWDMλ1，λ2…λn(a)合波器λ，λ…λ12nWDMλλ……λ12n(b)分波器
图3-14 DWDM器件
DWDM器件有多种制造方法，制造的器件各有特点，目前已广泛商用的DWDM器件有四类：干涉滤光器型、光纤耦合器型、光栅型、列阵波导光栅（AWG）型。
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3.3.1 光栅型DWDM器件
光栅型DWDM器属于角色散型器件，是利用角色散元件来分离和合并不同波长的光信号。最流行的衍射光栅是在玻璃衬底上沉积环氧树脂，然后再在环氧树脂上制造光栅线，构成所谓反射型闪烁光栅。入射光照射到光栅上后，由于光栅的角色散作用，不同波长的光信号以不同的角度反射，然后经透镜会聚到不同的输出光纤，从而完成波长选择功能；逆过程也成立，如图3-15所示。闪烁光栅的优点是高分辨的波长选择作用，可以将特定波长的绝大部分能量与其他波长进行分离且方向集中。
λ1λ2λ3λ4λ5…λn输出（入）衍射光栅λ1λ2λ…λn输入（出）
图3-15 闪烁光栅DWDM器件原理
闪烁光栅型滤波器具有优良的波长选择性，可以使波长的间隔缩小到0.5nm左右。另外，光栅型器件是并联工作的，插入损耗不会随复用通路波长数的增加而增加，因而可以获得较多的复用通路数，已能实现131个波长间距为0.5nm的复用，其隔离度也较好。当波长间隔为1nm时隔离度可以高达55dB。闪烁光栅的缺点是插入损耗较大，通常有3~8dB，对极化很敏感，光通路带宽/通路间隔比尚不很理想，使光谱利用率不够高，对光源和DWDM器件的波长容错性要求较高。此外，其温度漂移随所用材料的热膨胀系数和折射率变化而变化，典型器件的温度漂移大约为0.012nm/℃，比较大。若采用温度控制措施，则温度漂移可以减少至0.0004nm/℃。因此，对于DWDM器件采用温控措施是可行和必要的。
这类光栅在制造上要求较精密，不适合于大批量生产，因此往往在实验室的科学研究中应用较多。
除上述传统的光纤器件外，布拉格光纤光栅滤波器的制造技术也逐渐成熟起来，它的制造方法是利用高功率紫外光波束干涉，从而在光纤纤芯区形成周期性的折射率变化，精度可达每厘米10000线，如图3-16所示。布拉格光纤光栅的设计和制造比较快捷方便，成本较低，插入损耗很小，温度特性稳定，其滤波特性带内平坦，而带外十分陡峭（滚降斜率优于150dB/nm，带
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