密集波分复用系统中新型光器件.docVIP

密集波分复用系统中新型光器件 　　摘 要:介绍了密集波分复用系统中几种重要的新型光器件(包括光子晶体光纤、掺铒波导放大器、基于阵列波导光栅的光复用/解复用器等)的性能优势和发展状况。 　　关键词:光子晶体光纤 掺铒波导放大器阵列波导光栅光分插复用器 光交叉连接器 　　中图分类号: TN801文献标识码:A文章编号:1007-3973 (2010) 07-072-03 　　近年来,人们日益膨胀的信息需求,刺激了全球通信业务的迅猛增长,为光纤通信网的发展带来了巨大的机遇和挑战。密集波分复用(dense wavelength division multiplexing, DWDM)技术能够在一根光纤上同时传送超过200个波长信号,使光纤传输系统的容量达到10Tb/s以上,是目前最具吸引力的光域复用技术。以DWDM技术为核心的光纤通信系统采用光交换技术从本质上降低或消除了系统对光电转换和光电处理的需求,推动光纤通信系统向着超高速、大容量的全光网络方向迈进。 　　DWDM系统的优势要依赖关键光器件的优越性能才能充分发挥。新型光器件是推动DWDM系统速度、容量不断跃上新台阶的物质基础,因而成为近年来研究的热点内容。DWDM系统涉及的主要光器件有光纤、波分复用/解复用器、光放大器、光分插复用器和光交叉连接器等。 　　1光子晶体光纤 　　目前工程中广泛应用的光纤是G.652光纤,它在1550nm附近传输损耗最低,但偏振色散系数较大,要实现长距离、 高速率传输需要加入色散补偿光纤进行色散调节。 　　朗讯公司发明的全波光纤ALL-wave Fiber将光纤可利用的波长增加了100nm左右,相当于125个波长通道(100MHz通道间隔)。但是它在色散和非线性方面并没有很大改善。 　　光子晶体光纤(Photonic Crystal Fiber,PCF)利用光子带隙(Photonic Band Gap,PBG)来导光。原理如图1所示。PCF纤芯是在周期性的结构中抽取几个空气孔而构成。光波在空气孔形成的缺陷中传播。由于空气传导具有更低的本征散射损耗和吸收损耗,因此PCF的性能参数(色散、损耗、非线性效应等)要小于常规光纤。 　　 　　图1PBG-PCF 　　结构合理的PCF具有极宽的通信带宽,可以在几乎全波段内实现单模传输。并且,即使放大光纤的结构尺寸,这种“无截止单模特性”仍能保持。目前,光子晶体光纤的模式面积已经达到普通光???的十倍以上,这大大降低了光在芯中传输的光功率密度,减小了非线性效应。PCF在低于1.3um波长处可获得反常色散,同时保持单模传输,这是常规光纤无法做到的。改变空气孔的排列和大小,光线的色散和色散斜率会随之剧烈变化。合理设计的PCF可以获得超过-2000ps/nm#8226;k m的色散值。普通单模光纤以二氧化硅为材料,不可避免的本征吸收和瑞利散射使得其能量消耗很高。而PCF具有极低的光波能量损耗( 　　(1) 分波器+波长交换单元+合波器 　　(2) 耦合单元+滤波单元+合波器 　　(3) 波导型OADM 　　(4) 基于阵列波导光栅 　　(5) 基于声光可调谐滤波器(acousto-optic tunable filter,AOTF) 　　基于AOTF的可配置OADM是目前的研究热点。基于LiNbO3晶体的波导型声光滤波器由嵌在LiNbO3晶体中的钛波导组成。结构如图2所示,包括两个对称的偏振分束器(polarization beam splitter,PBS),中间是声光模式转换器。输入光被第一个偏振分束器分为两个方向相互垂直的偏振态(TE/TM)沿着波导两臂传播。射频信号将声波引入波导并沿声表面波导传播,引起光波导折射率呈周期性的调制,折射率的变化引起被选择的波长偏振方向发生变化,TE模式变为TM模式,TM模式变为TE模式,其它光的偏振模式不变。波长的选择由声波的频率决定。第二个偏振分束器用来将被选择的光从入射光中分离出来经下路端口输出,而其他光经直通端口输出。上路波长经上路端口输入,在相应频率声波作用下,模式转换后由直通端口输出。从当输入多个声波频率时,还能实现多路波长同时上下路。 　　 　　图2AOTF工作原理图 　　较之其他的OADM方案,基于AOTF的OADM波长寻址范围大、没有可移动的部件、调谐速度快而且隔离度高。AOTF便于集成,有利于减小OADM系统的体积。 　　5基于光纤Bragg光栅的光交叉连接器 　　光交叉连接(OXC)能够使不同输入链路间的波长在光域上实现交叉连接,使单独的DWDM网和链路连接起来,形成全局性的DWDM网络。OXC节点的主要功能是实现波长级的波长选路和交叉连接。在此基础上实现波长指配(根据需要为进入光交叉连接的