波分復用(WDM)是將兩種或多種不同波長的光載波信號(攜帶各種信息)在發送端經復用器(亦稱合波器，Multiplexer)匯合在一起，并耦合到光線路的同一根光纖中進行傳輸的技術；在接收端，經解復用器(亦稱分波器或稱去復用器，Demultiplexer)將各種波長的光載波分離，然后由光接收機作進一步處理以恢復原信號。這種在同一根光纖中同時傳輸兩個或眾多不同波長光信號的技術,稱為波分復用。

常用的WDM波分復用技術

WDM傳輸的基本元件是光學濾波器，可通過光纖熔融拉錐（FBT）、薄膜濾光片（TFF）、陣列波導光柵（AWG）和光學梳狀濾波器等技術實現。TFF和AWG是最常用的兩種WDM技術。

介質薄膜濾波器TFF（Thin Film Filter）

薄膜濾波器（TFF）技術是在波分復用商用以來最早得到應用的波分復用技術。與其他技術相比，薄膜濾波器的主要優點是它在小尺寸設備中應用時有極高的準確性。

緊湊型WDM模塊結構

TFF技術核心的是TFF濾光片，下面三端口WDM器件的結構可以清楚的看出TFF濾光片如何應用在WDM器件中。基于TFF的三端口WDM器件結構包括一個雙光纖準直器、一個單光纖準直器和一個TFF濾光片，TFF濾光片粘貼在雙光纖準直器的準直透鏡的端面上。

基于TFF的三端口WDM器件結構

為了將所有波長解復用，需要將n個三端口器件串聯起來，組成WDM模塊，如下圖所示，其中每個三端口器件中的TFF濾光片，其透射波長不同。模塊中的不同波長經過不同數量的三端口WDM器件，因此產生不同的插入損耗。隨著端口數增加，損耗均勻性劣化。

基于三端口WDM器件的WDM模塊結構

隨著DWDM系統擴展到超過40個或48個信道，需要更大端口數的復用/解復用器。DWDM系統中最早采用的波分復用/解復用模塊是基于介質膜濾光片TFF的。但串聯結構的WDM模塊，信道間隔每壓窄一般，就要多鍍上百層薄膜來分離和隔離各個波長，容易造成局部薄膜厚度與密度波動產生的缺陷增加，成品率下降，且會在后面端口累積太多功率損耗?；赥FF技術的DWDM模塊，其信道數通常不超過16。陣列波導光柵AWG就是采用并行結構，一次性可實現對數十個波長進行復用/解復用操作。

陣列波導光柵AWG

典型的AWG結構如圖所示，它包括一個輸入波導、一個輸入星形耦合器（圖中自由傳輸區域FPR）、一組陣列波導、一個輸出星形耦合器和數十根輸出波導。DWDM信號從輸入波導進入輸入星形耦合器，經自由傳輸之后，被分配到陣列波導之中。這個分配過程是波長無關的，所有波長被無差別的分配到陣列波導之中。陣列波導對多光束產生相位差，各光束的相位成等差級數，這與傳統光柵中的情況類似。不同波長被色散展開，并聚焦在輸出星形耦合器中的不同位置。不同波長被不同的波導接收，從而實現對DWDM信號的并行解復用。

AWG優于TFF的主要優勢在于其成本不依賴于波長計數，因此對于高通道數應用而言，它們具有極高的成本效益。AWG的另一個優點是可以靈活選擇通道號和間距。

典型AWG結構

WDM器件結構

C-lens和G-lens

WDM器件的結構如下圖，主要有玻璃管Glass tube、透鏡Lens、濾波片Filter組成。其中透鏡分為C-lens球面透鏡（conventional lens）、G-lens自聚焦透鏡（Gradient-index，GRIN）。C-Lens的結構是一面為平面,另外一面為球面的折射率均勻的玻璃柱體。G-lens的結構是折射率隨直徑變化的圓柱形玻璃棒。從input端的輸入的光纖頭發出來的光是發散的，透鏡的使用就是將光聚焦和成像。兩個透鏡的作用是不同的，第一個透鏡將發散的光線平行，第二個透鏡將平行的光線匯聚。

WDM器件結構

光纖準直器（fiber collimator)

將C-透鏡裝在光纖頭的前面，外面用玻璃或金屬套管封裝，就做成了一個C-透鏡準直器。光纖準直器由尾纖與透鏡精確定位而成，利用透鏡（ C-Lens或者G-Lens）的匯聚原理使原本發散的光聚成一束光斑較大的平行光束，從而達到準直（平行）效果。一般G-透鏡準直器的成本要比C-透鏡準直器高，所以我們大多使用C-透鏡準直器。

WDM器件參數

中心波長(Center Wavelength）

ITU中心波長：ITU國際電信聯盟規定的各通道標準中心波長。

通道數、通道間隔（Channel Spacing）

通道數指波分復用/解復用器可以合成或分離的信道的數量，這個數字可以從4到160不等，通過增加更多的頻道來增強設計, 常見的信道數有4、8、16、32、40、48等。 通道間隔（channel spacing）是指兩個相鄰信道的標稱載頻的差值，可以用來防止信道間干擾。按ITU-T G.692的建議，間隔小于200GHz(1.6nm)的有100GHz（0.8nm）、50GHz（0.4nm）和25GHz等，目前優先選用的是100GHz和50GHz信道間隔。

通道帶寬和通道間隔

插入損耗（Insertion Loss, IL）

插入損耗是光傳輸系統中波分復用器(WDM)插入引起的衰減。 它是以工作窗口的兩個典型波長1310nm和1550nm來定義的。對于兩個光通路端口，插入損耗定義為輸出端口的光功率與輸入端光功率之比，以dB為單位。定義為：IL=-10log(Po/Pi)

Pi—→輸入到輸入端口的光功率, 單位為mw；Po—→從輸出端口接收到的光功率,單位為mw。

透射插損（Pass , ILP）光信號在通過器件時，透射光線的損耗。

反射插損（Reflect , ILR）光信號在通過器件時，反射光線的損耗。

以上指標的數值越小越好。數值越小，表示光信號經過器件時所損耗的能量越小，越穩定。

回波損耗（Return Loss , RL）

入射到器件的光信號中，由于散射等原因導致有一小部分的光信號沿原路返回。 回損就是用來描述這種返回光信號的強度。如果這種往回傳輸的光信號太大可能會影響光源的正常工作，所以一般要求返回的光信號越小越好。指標的數值越大，表示返回的光信號越小。

方向性（Direction , DIR）

波長在透射帶寬內的信號光從器件的透射端口入射，在器件的反射端口檢測到的信號光的損耗即為方向性。原理與回損類似，數值越大，表示反方向傳輸的光信號越小，系統越穩定。

WDM方向性

偏振相關損耗（Polarization , PDL）

由不同偏振態而引起器件插損變化的變化量稱為偏振相關損耗。 偏振相關損耗PDL是在固定溫度、波長及同Band下，不同極化態所造成的最大與最小Loss之間距離，即所有輸入偏振狀態下插入損耗的最大偏差。

溫度相關損耗（Temperature , TDL）

由不同溫度而引起器件插損變化的變化量稱為溫度相關損耗。

其他相關術語

帶寬（Passband）

帶寬也叫通帶寬度，生產廠商常給出通道傳輸最大值下降1dB、3dB和20dB處的通帶寬度。帶寬值不僅取決于信道的間隔，還取決于通帶本身的線型。

加/減：加/減術語可能是指單波長濾波器或多通道WDM產品。對于濾光片，這是描述濾光片雙向特性的另一種方式，其中特定的通道波長可以像多路傳輸一樣被添加；或按解復用方式刪除。

水峰

水峰是指OH-離子引起的損耗峰。現在，水峰及其水峰值上下的衰減可以超過2dB/km。

通帶

通帶是指能夠通過濾波器的頻率或波長范圍，它是WDM濾波器的參數之一。事實上，通帶是以中心波長為中心分布的一定波長范圍，例如，CWDM濾波器的典型通帶在中心波長±6.5nm的范圍內。因此，一個波長為1551nm的光可以在沒有額外信道損耗的情況下，在1544.5nm到1557.5nm的范圍內傳輸。

WDM設備上的端口類型

WDM-分波

WDM-合波

通道端口

WDM設備通常具有幾個不同波長的通道端口，每個端口均是一個特定波長。CWDM有18個波長，從1270nm到1610nm，因此有2~18個通道端口數。DWDM波長間隔密集，可容納的波長更多，通道端口數可至96個。

線路端口

COM端——輸入端，EXT端——反射端

擴容/升級端口

擴容/升級端口旨在為WDM解決方案增加額外的波長。它們對于將舊設備合并到WDM網絡中非常有用。CWDM復用器/解復用器上的擴容端口或升級端口是用來增加、終止或通過新增信道，這些新增信道能串聯兩個CWDM復用器/解復用器，從而在光纖鏈路不變的情況下加倍增加了通道容量。

WDM - 擴容/升級端口

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