DWDM
光发射和接收器
2004.10.19
全光网络技术之 ——
第
七
讲
光数字波分复用器
光数字波分复用器
? Optical Interleaver
?数学上 这种器件的滤波函数被称为“梳状滤
波函数”，即：该函数像一把梳子，可以对
信号的频谱进行梳理和交叉。所以，有人又
把这器件成为,光梳滤波器（ Optical
Combfilter）,
或光交叉复用器。
光数字波分复用器
?利用这种器件，可以把复用的多波长光信号
分解成按奇、偶波长数排列的两组光束。每
组光束的波长间隔为原复用光信号波长间隔
的二倍。
?为更加密集的 DWDM系统的设计和实施提供
可行途径
典型的光数字复用器
? A.光纤型光数字复用器：
? 1）全光纤 MZI型光数字复用器；
? 2） F—P腔型光数字复用器；
? B.晶体干涉型光数字复用器。
1）全光纤 MZI型光数字复用器
1
2
3
4
C1
L1
L2
C2
单模光纤 MZI
全光纤 MZI型光数字复用器
?关键技术：
1、稳定的光源；
2、两干涉臂的相干光必须具有完全一致的偏振
态；
3、为使输出波形与所需实际波形接近，还得用
傅里叶变换修正波形，否则会带来误码和信
道串扰。（势必增加器件的复杂性和尺寸）
全光纤 MZI型光数字复用器
?目前进展：
? 200GHz（ 1.6um）和 100GHz（ 0.8um）波
长间隔的产品开始上市，更小间隔的产品还
存在一定的技术问题，正在寻求解决之道。
2） F—P腔型光数字复用器
基于光子晶体波导耦合器的波分复用器
?光子晶体（ PC）是一种十分令人感兴趣的新
型材料，它不仅具有控制光波传播的能力，
而且还能为 WDM系统提供 光子晶体基光滤波
器 。
?基于 PC的波分复用器的尺寸可以小到几百微
米到几十微米量级。
Interleaver
The interleaver is a specialized multiplexer
(MUX) and demultiplexer (DeMUX).
? MUX, combines two streams of optical
signals into a single,more densely spaced
signal stream.
? DeMUX,a denser signal stream is separated
into two,wider spaced streams.
For example,the 100 GHz interleaver combines
two,200 GHz streams into one,denser,100
GHz stream,thus doubling the capacity of the
network.Interleavers can be multi-staged to
increase thecapacity of a system even further.
Title News,E-TEK Launches
Components-Interleaver
? E-TEK Dynamics,Inc,(Nasdaq,ETEK)
today expanded its product offering with
100 GHz and 50 GHz interleavers that
provide a simple way to increase capacity
in all standard wavelength ranges,Since
the interleavers have low dispersion (the
lowest available),they are ready for 10
Gb/s and 40 Gb/s systems,They can be
used with existing DWDM multiplexers and
demultiplexers for next-generation terabit
networks,(June,2000)
Title News,Wavesplitter Files for
$155 Million IPO
? Wavesplitter Technologies Inc,(Nasdaq,WSVP),an
optical component vendor,filed for a 155 million initial
public offering with the Securities and Exchange
Commission on ednesday,The filing comes as demand
for optical components is heating up,The company
focuses on two technology platforms,advanced fused
fiber and planar lightguide circuits,which are used in long
haul and metropolitan area optical system level products.
With four products in the pipeline -- WaveProcessor
interleaver,WavePump pump combiner,WaveMetro
multiplexer,and WaveEssentials couplers -- the company
currently relies on sales from only one,the WavePump
product.
? But substantial sales are also expected in the
near future from its WaveProcessor
products(interleaver serires),also used in
DWDM systems,says the S-1,Targeted
customers are networking system and
subsystem vendors,and the company is
focusing on optical amplifier and dense
wavelength-division multiplexing (DWDM)
system integrators.
? 我们发明的新型 Interleaver：分布反馈型
（ DFB)，全光纤，拥有自主产权
BONR Labs BONR Labs
Interleaver
可以说 Interleaver的出现使许多传统滤波器技
术在密集波分复用的新应用中重新找到了自己的位
置, 大大减低了器件设计制作的压力, 降低了整个
系统的成本 。
最简单的办法可能就是通过熔融拉锥工艺制作MZ干涉仪型的 Interleaver。 在这种设计中, 在两个
3dB耦合器中的两段不等长的光纤就可以实现 。 通
过精确控制长度差就可以实现所需要的频率间隔 。
Interleaver
DWDM工作原理
DWDM光纤传输系统
O
M
U
X
O
D
M
U
X
OA
光发送
光发送
光发送
λ １ λ
２
λ
Ν
λ １,λ ２ …… λ Ν
光接收
光接收
光接收
λ １
λ ２
λ Ν
后置放
大 前置放 大
λ ２λ
２
DWDM波分复用器小结
1.干涉膜滤光 型光波分复用器；
2.衍射光栅（体光栅） 型光波分复用器；
3.熔融拉锥全光纤 型光波分复用器；
4.光纤光栅（ FBG） 型光波分复用器；
5.组合 型光波分复用器；
6.AWG型光波分复用器；
7.光数字 光波分复用器；
8.基于光子晶体波导耦合器的 光波分复用器。
SiO2
1.
多
层
介
质
膜
LH
H
H
H
L
L
L
基于多层介质薄膜滤波器的
波分复用 /解复用器
透镜
透镜
透镜
透镜
透镜
透镜
透镜
透镜
透镜
窄带滤波器
光纤
?
1
?
3
?
5
?
7
?
1
,?
2
,… ?
8
光纤
?
2
?
4
?
8
?
6
玻璃衬底
光纤
2.光栅型波分复用器
输入光
?1
?4?3
?2
体光栅型
3.熔融拉锥型：
光功率的比例分配与锥形的长度和包层的厚度有关
21 ?? ?
1?
2?
4,光纤光栅型
布拉格光栅?
1— ?16 ?1— ?15
?16
?
5.组合型波分复用 /解复用器
要求：
能够掌握原理框图；
原理描述；
进行波长间隔分析。
6.阵列波导光栅 AWG
输出耦合器输入耦合器
输出波导
阵列波导
输入波导
DWDM工作原理
DWDM光纤传输系统
O
M
U
X
O
D
M
U
X
OA
光发送
光发送
光发送
λ １ λ
２
λ
Ν
λ １,λ ２ …… λ Ν
光接收
光接收
光接收
λ １
λ ２
λ Ν
λ ２λ
２
光发射机
?光发射机是由将带有信息的电信号转换成光
信号的转换装置和将光信号送人光纤的传输
装置组成。
?如图示
DWDM用光发射和接收器件
?在 DWDM的发展中，如果说 光放大器、波分
复用 /解复用器 在 增加信道数量 中起着关键作
用的话，
?那么 光源与光接收器件 在 提高单路速率 中发
挥着核心作用。
?二者的结合使目前的大容量、宽带技术的发
展如虎添翼！
1 DWDM光源
?光源的稳定性决定了 DWDM光源的可靠性。
? DWDM光源要求稳定工作 10—20年，以波长
间隔为 100GHz（ 1.6nm)为例，允许波长间
隔变化范围低于 0.1nm（ 12GHz）。
?光源常用的是半导体激光器。
1 DWDM光源
?半导体激光器波长变化的主要原因是在输出
功率和芯片温度一定的条件下，随着工作电
流上升有源层附近的温度上升引起的。
?工作电流上升 24%时，波长变化达到 0.1nm
? DWDM光源的寿命点
?一般通信用光源寿命点为 50%。
Super Continuum 光源
?超连续光源
?迄今为止 DWDM使用最成熟的光源仍是不同
波长的多个分离的 LD，但其波长间隔需要精
确控制。
?目前，实用化的最大信道数限于 100个左右
SC光源
? SC光源是 OTDM/DWDM系统的宽带低噪声
光源，是将来超大容量光纤通信系统最有希
望的光发射装置。
? SC的技术优点：
SC光源的工作原理
? SC 图
2,DWDM接收器件
?光接收机是光纤通信系统的重要组成部分。
其作用是将光信号转换回电信号，恢复光载
波所携带的原信号。
?光接收机通常由光检测器、前置放大器、主
放大器、滤波器等组成，在数字光接收机中
还要增加判决、时钟提取、自动增益控制
（ AGC）等电路。
直接检测数字光接收机框图
一个概念
?“啁啾”特性 ——
在直接调制半导体激光二极管的过程中，
不仅输出光强度随调制电流发生变化，而且
输出光的频率也会发生波动。
也就是说：在幅度调制的同时还受到频
率调制（特别是在频率进入微波时的高速调
制的情况下）这种现象称之为,啁啾”特性 。
3,DWDM系统的调制器
?将电信号转变为光信号的方式通常有两种：
直接调制和间接调制。
?直接调制 ——（适用于半导体光源）
它将要传送的信号转变为电流信号注入
光源，获得相应的光信号输出,输出光波电
场幅值的平方与调制信号成比例,是一种光
强度调制。
3,DWDM系统的调制器
?间接调制 ——（适用于半导体光源，也适用
于其他类型的光源）
?最常用的是外调制方式：在光辐射产生后再
加载调制信号。使通过调制器的光信号得到
调制。
3,DWDM系统的调制器
?具体方法：
?在激光器输出端外的光路上放置光调制器，
在调制器上加载电压，使通过调制器的光束
得到调制。
?如图示。
直接调制间接调制比较
调制方式 优点 不足
直接调制 简单；经济；容易实现 啁啾现象；色散失真
外 调 制 解决以上不足
需要专门的调制
器；增加了插入
损耗。
4,波长调谐半导体激光器
?波长调谐单模激光器是波分复用系统相干光
通信系统及光电变换网络的关键器件。
?主要性能指标：调谐速度、波长可调范围
?目前一些关键技术尚处于研究阶段，但在实
验室已经取得了很大进展，部分产品已投入
使用。
5,半导体调谐激光器
?半导体激光器工作的基本物理过程是调谐腔
中振荡光场与处于粒子数反转状态的电子之
间的相互作用，达到动态平衡，最后输出稳
定的激光。
?通过改变注入电流的方式，使波导的等效折
射率发生变化，从而改变波长，但较大范围
波长的控制与调谐无法实现。
6,外腔调谐半导体激光器
?是一种实用的可调谐激光器。
7,声光可调谐滤光器
声光可调谐滤光器
?是一种声光色散器件。与一般色散元件相比：
它可以极高的速度进行电调谐（即以极快的
速度完成光谱成分分析），可顺序、随机、
和多频方式工作，大的角孔径，可用于红外、
紫外区域等。应用于染料激光器的电调谐和
获得彩色图象的分色像等。
光发射和接收器
2004.10.19
全光网络技术之 ——
第
七
讲
光数字波分复用器
光数字波分复用器
? Optical Interleaver
?数学上 这种器件的滤波函数被称为“梳状滤
波函数”，即：该函数像一把梳子，可以对
信号的频谱进行梳理和交叉。所以，有人又
把这器件成为,光梳滤波器（ Optical
Combfilter）,
或光交叉复用器。
光数字波分复用器
?利用这种器件，可以把复用的多波长光信号
分解成按奇、偶波长数排列的两组光束。每
组光束的波长间隔为原复用光信号波长间隔
的二倍。
?为更加密集的 DWDM系统的设计和实施提供
可行途径
典型的光数字复用器
? A.光纤型光数字复用器：
? 1）全光纤 MZI型光数字复用器；
? 2） F—P腔型光数字复用器；
? B.晶体干涉型光数字复用器。
1）全光纤 MZI型光数字复用器
1
2
3
4
C1
L1
L2
C2
单模光纤 MZI
全光纤 MZI型光数字复用器
?关键技术：
1、稳定的光源；
2、两干涉臂的相干光必须具有完全一致的偏振
态；
3、为使输出波形与所需实际波形接近，还得用
傅里叶变换修正波形，否则会带来误码和信
道串扰。（势必增加器件的复杂性和尺寸）
全光纤 MZI型光数字复用器
?目前进展：
? 200GHz（ 1.6um）和 100GHz（ 0.8um）波
长间隔的产品开始上市，更小间隔的产品还
存在一定的技术问题，正在寻求解决之道。
2） F—P腔型光数字复用器
基于光子晶体波导耦合器的波分复用器
?光子晶体（ PC）是一种十分令人感兴趣的新
型材料，它不仅具有控制光波传播的能力，
而且还能为 WDM系统提供 光子晶体基光滤波
器 。
?基于 PC的波分复用器的尺寸可以小到几百微
米到几十微米量级。
Interleaver
The interleaver is a specialized multiplexer
(MUX) and demultiplexer (DeMUX).
? MUX, combines two streams of optical
signals into a single,more densely spaced
signal stream.
? DeMUX,a denser signal stream is separated
into two,wider spaced streams.
For example,the 100 GHz interleaver combines
two,200 GHz streams into one,denser,100
GHz stream,thus doubling the capacity of the
network.Interleavers can be multi-staged to
increase thecapacity of a system even further.
Title News,E-TEK Launches
Components-Interleaver
? E-TEK Dynamics,Inc,(Nasdaq,ETEK)
today expanded its product offering with
100 GHz and 50 GHz interleavers that
provide a simple way to increase capacity
in all standard wavelength ranges,Since
the interleavers have low dispersion (the
lowest available),they are ready for 10
Gb/s and 40 Gb/s systems,They can be
used with existing DWDM multiplexers and
demultiplexers for next-generation terabit
networks,(June,2000)
Title News,Wavesplitter Files for
$155 Million IPO
? Wavesplitter Technologies Inc,(Nasdaq,WSVP),an
optical component vendor,filed for a 155 million initial
public offering with the Securities and Exchange
Commission on ednesday,The filing comes as demand
for optical components is heating up,The company
focuses on two technology platforms,advanced fused
fiber and planar lightguide circuits,which are used in long
haul and metropolitan area optical system level products.
With four products in the pipeline -- WaveProcessor
interleaver,WavePump pump combiner,WaveMetro
multiplexer,and WaveEssentials couplers -- the company
currently relies on sales from only one,the WavePump
product.
? But substantial sales are also expected in the
near future from its WaveProcessor
products(interleaver serires),also used in
DWDM systems,says the S-1,Targeted
customers are networking system and
subsystem vendors,and the company is
focusing on optical amplifier and dense
wavelength-division multiplexing (DWDM)
system integrators.
? 我们发明的新型 Interleaver：分布反馈型
（ DFB)，全光纤，拥有自主产权
BONR Labs BONR Labs
Interleaver
可以说 Interleaver的出现使许多传统滤波器技
术在密集波分复用的新应用中重新找到了自己的位
置, 大大减低了器件设计制作的压力, 降低了整个
系统的成本 。
最简单的办法可能就是通过熔融拉锥工艺制作MZ干涉仪型的 Interleaver。 在这种设计中, 在两个
3dB耦合器中的两段不等长的光纤就可以实现 。 通
过精确控制长度差就可以实现所需要的频率间隔 。
Interleaver
DWDM工作原理
DWDM光纤传输系统
O
M
U
X
O
D
M
U
X
OA
光发送
光发送
光发送
λ １ λ
２
λ
Ν
λ １,λ ２ …… λ Ν
光接收
光接收
光接收
λ １
λ ２
λ Ν
后置放
大 前置放 大
λ ２λ
２
DWDM波分复用器小结
1.干涉膜滤光 型光波分复用器；
2.衍射光栅（体光栅） 型光波分复用器；
3.熔融拉锥全光纤 型光波分复用器；
4.光纤光栅（ FBG） 型光波分复用器；
5.组合 型光波分复用器；
6.AWG型光波分复用器；
7.光数字 光波分复用器；
8.基于光子晶体波导耦合器的 光波分复用器。
SiO2
1.
多
层
介
质
膜
LH
H
H
H
L
L
L
基于多层介质薄膜滤波器的
波分复用 /解复用器
透镜
透镜
透镜
透镜
透镜
透镜
透镜
透镜
透镜
窄带滤波器
光纤
?
1
?
3
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5
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7
?
1
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2
,… ?
8
光纤
?
2
?
4
?
8
?
6
玻璃衬底
光纤
2.光栅型波分复用器
输入光
?1
?4?3
?2
体光栅型
3.熔融拉锥型：
光功率的比例分配与锥形的长度和包层的厚度有关
21 ?? ?
1?
2?
4,光纤光栅型
布拉格光栅?
1— ?16 ?1— ?15
?16
?
5.组合型波分复用 /解复用器
要求：
能够掌握原理框图；
原理描述；
进行波长间隔分析。
6.阵列波导光栅 AWG
输出耦合器输入耦合器
输出波导
阵列波导
输入波导
DWDM工作原理
DWDM光纤传输系统
O
M
U
X
O
D
M
U
X
OA
光发送
光发送
光发送
λ １ λ
２
λ
Ν
λ １,λ ２ …… λ Ν
光接收
光接收
光接收
λ １
λ ２
λ Ν
λ ２λ
２
光发射机
?光发射机是由将带有信息的电信号转换成光
信号的转换装置和将光信号送人光纤的传输
装置组成。
?如图示
DWDM用光发射和接收器件
?在 DWDM的发展中，如果说 光放大器、波分
复用 /解复用器 在 增加信道数量 中起着关键作
用的话，
?那么 光源与光接收器件 在 提高单路速率 中发
挥着核心作用。
?二者的结合使目前的大容量、宽带技术的发
展如虎添翼！
1 DWDM光源
?光源的稳定性决定了 DWDM光源的可靠性。
? DWDM光源要求稳定工作 10—20年，以波长
间隔为 100GHz（ 1.6nm)为例，允许波长间
隔变化范围低于 0.1nm（ 12GHz）。
?光源常用的是半导体激光器。
1 DWDM光源
?半导体激光器波长变化的主要原因是在输出
功率和芯片温度一定的条件下，随着工作电
流上升有源层附近的温度上升引起的。
?工作电流上升 24%时，波长变化达到 0.1nm
? DWDM光源的寿命点
?一般通信用光源寿命点为 50%。
Super Continuum 光源
?超连续光源
?迄今为止 DWDM使用最成熟的光源仍是不同
波长的多个分离的 LD，但其波长间隔需要精
确控制。
?目前，实用化的最大信道数限于 100个左右
SC光源
? SC光源是 OTDM/DWDM系统的宽带低噪声
光源，是将来超大容量光纤通信系统最有希
望的光发射装置。
? SC的技术优点：
SC光源的工作原理
? SC 图
2,DWDM接收器件
?光接收机是光纤通信系统的重要组成部分。
其作用是将光信号转换回电信号，恢复光载
波所携带的原信号。
?光接收机通常由光检测器、前置放大器、主
放大器、滤波器等组成，在数字光接收机中
还要增加判决、时钟提取、自动增益控制
（ AGC）等电路。
直接检测数字光接收机框图
一个概念
?“啁啾”特性 ——
在直接调制半导体激光二极管的过程中，
不仅输出光强度随调制电流发生变化，而且
输出光的频率也会发生波动。
也就是说：在幅度调制的同时还受到频
率调制（特别是在频率进入微波时的高速调
制的情况下）这种现象称之为,啁啾”特性 。
3,DWDM系统的调制器
?将电信号转变为光信号的方式通常有两种：
直接调制和间接调制。
?直接调制 ——（适用于半导体光源）
它将要传送的信号转变为电流信号注入
光源，获得相应的光信号输出,输出光波电
场幅值的平方与调制信号成比例,是一种光
强度调制。
3,DWDM系统的调制器
?间接调制 ——（适用于半导体光源，也适用
于其他类型的光源）
?最常用的是外调制方式：在光辐射产生后再
加载调制信号。使通过调制器的光信号得到
调制。
3,DWDM系统的调制器
?具体方法：
?在激光器输出端外的光路上放置光调制器，
在调制器上加载电压，使通过调制器的光束
得到调制。
?如图示。
直接调制间接调制比较
调制方式 优点 不足
直接调制 简单；经济；容易实现 啁啾现象；色散失真
外 调 制 解决以上不足
需要专门的调制
器；增加了插入
损耗。
4,波长调谐半导体激光器
?波长调谐单模激光器是波分复用系统相干光
通信系统及光电变换网络的关键器件。
?主要性能指标：调谐速度、波长可调范围
?目前一些关键技术尚处于研究阶段，但在实
验室已经取得了很大进展，部分产品已投入
使用。
5,半导体调谐激光器
?半导体激光器工作的基本物理过程是调谐腔
中振荡光场与处于粒子数反转状态的电子之
间的相互作用，达到动态平衡，最后输出稳
定的激光。
?通过改变注入电流的方式，使波导的等效折
射率发生变化，从而改变波长，但较大范围
波长的控制与调谐无法实现。
6,外腔调谐半导体激光器
?是一种实用的可调谐激光器。
7,声光可调谐滤光器
声光可调谐滤光器
?是一种声光色散器件。与一般色散元件相比：
它可以极高的速度进行电调谐（即以极快的
速度完成光谱成分分析），可顺序、随机、
和多频方式工作，大的角孔径，可用于红外、
紫外区域等。应用于染料激光器的电调谐和
获得彩色图象的分色像等。
