CWDM系统的关键技术——睿海光电
(1)传输介质。
由于CWDM在1260~1 625 nm的范围内采用了等间隔的波长信道,因此,推荐的传输介质是无水峰的ITU-T的G.652C光纤。但是对于波长数量较少的情况,可以避开水峰,采用普通G.652光纤即可。
色散位移G.653光纤由于四波混频等非线性效应的影响,对于C波段的DWDM系统不适用。四波混频效应是影响C波段DWDM传输系统性能的主要因素,它主要与光功率密度、信道间隔和光纤的色散等 因素密切相关。光功率密度越大,信道间隔越小,光纤的非线性效应就越严重。
DWDM通过增加光纤的有效传光面 积,以减小光功率密度;在工作波段保留一定量的色散,减小光纤的色散斜率,增加波长间隔等方法来减小四波 混频等非线性效应。但是对于CWDM系统,波长间隔超过20nm,并且传输距离相对较短,四波混频造成的信道串扰 影响要小得多。因此G.653光纤也是CWDM系统的可选传输介质。
(2)光源。
直接调制的无制冷分布反馈(Distributed
Feedback Bragg,DFB)激光器,输出功率达到1mW,直接 调制速率可以达到2.5 Gb/s,在G.652光纤上传输距离能够超过80 km,是比较理想的CWDM光源。光源的线宽和波长信道间隔直接决定了CWDM和DWDM所采用的激光器的不同。
波长信道间隔决定了光源容许的由于制作工艺、温度 特性及调制电流等造成的中心波长漂移范围。
在DWDM系统中,由于工作波长较为密集,一般波长间隔只有几个纳米到零点几个纳米,因此要求用于系统使用的激光器波长必须精确,并具有良好的稳定性,要有与之相配套的波长检测与稳定技术。
ITU-T的G.694.2建议CWDM光滤波器的保护带宽等于信道间隔的三分之一,因此对20.0nm间隔的信道,可用光滤波器的带宽不能超过13 nm,因此CWDM光源的中心波长漂移不超过6.5 nm即可。
其温度特性较DWDM方案的要求也相 对降低,在0~70℃范围内,波长漂移可以达到±4.2 nm。
同DWDM技术采用的DFB光源相比,CWDM采用的无制冷DFB光源具有更大的优势,其封装体积小,可以达到0.5
cm ×0.5 cm×0.1 cm,单个封装好的激光器功耗为0.25W,电光转换效率达到0.4%。而DWDM的光源由于要求的波长漂移小,必须进行制冷,因此其体积和功耗相对较大,经过封装后的体积是没有制冷的DFB激光器的8倍,功耗达 到5 W,电光转换效率只有0.02%。
因此,CWDM的激光器成本只有DWDM所采用的激光器成本的四分之一到五分之一 。
(3)接收器。
同DWDM光传输系统相比,在CWDM方案中,光电探测器的响应带宽要相对宽一些,要求能够覆盖整个的ITU
CWDM方案的波长范围,由光电探测器前的光滤波器实现信道间的区分。
宽带的PIN和APD 均可以作为光电探测器,PIN的价格低一些,APD则可以提供9~10 dB的增益。在接收器中对电路也要采用宽带跨阻放大器(Trans Impedance Amplifiers,TIA),以提高灵敏度。
(4)CWDM光复用/解复用器和光分插复用(OADM)。
光复用器和解复用器都是WDM系统的重要组成部分,一般为无源器件。
光复用器用于在传输系统的发送端,是一 种具有多个输入端口和一个输出端口的器件。每一个输入端输入一个预选波长的光信号,输入的不同 波长的光波由同一个输出端口输出。而光解复用器的作用与光复用器正好相反,它的作用是在传输系统的接收端 将对端设各发送过来的多个波长光信道分开。用于光复用/解复用器的光滤波器器件的性能优劣对系统传输质量有 决定性的影响。它们的主要性能指标是插入损耗和串扰。通常要求光滤波器的插入损耗低且单个通道的损耗偏差 小,通道内损耗平坦,通路间的隔离度高,偏振相关性好和温度稳定性好。
(5)光放大和再生。
通常在短距离传输系统中,传输距离小于2 km,一般不需要进行光放大。
在城域网范围内,为了扩大传输距离,需要进行光放大和再生,其原理和要求同WDM技术相似。
可以是简单的单路幅度放大,也可以是 3R(Re-Amplifying,Re-Shaping,Re-Timing)再生,这就需要对所有的波长进行光功率平衡,并且要求带光放大器,如半导体光放大器(SOA)和拉曼光纤放大器。
SOA是采用与激光器相类似的工艺而制成的一种行波放大器。当偏置电流低于振荡阈值时,激光二极管就能对输 入相干光实现光放大作用。
由于半导体放大器具有体积小、结构简单、功耗低、寿命长、易于同其他光器件和电 路集成、适合批量生产、成本低和可实现增益兼开关等特点,因此在全光波长变换、光交换、谱反转、时钟提取 和解复用中的应用受到了广泛的重视,特别是应变量子阱材料的半导体光放大器的研制成功,更引起了人们对SOA
的广泛研究兴趣。
由于半导体光放大器覆盖了1300~1600nm波段,既可用于1300nm窗口的光放大,也可用于1550nm窗口的光放大。