CWDM用光纖

ITU-T G.692.4建議規定了CWDM系統使用的中心波長[2]，從1 260~1 625 nm，5個波段的范圍內共有18個波長可以使用。
對于普通的G.652光纖，在E波段由于水峰存在，損耗較大，最大損耗可為2 dB/km，對城域CWDM系統的應用十分不利。為此，ITU-T制定了G.652.C光纖標準。G.652.C低損耗光纖極大地消除了E波段的水峰損耗。目前， Corning和OFS都可提供符合G.652.C標準的低損耗光纖。另外，已經鋪設的色散位移光纖在C波段因四波混頻現象而不能應用于DWDM系統，而在CWDM系統中則不存在這個問題，色散位移光纖能夠重新應

用于城域CWDM網絡中，其他類型光纖也可應用于CWDM網絡中。
1.2 CWDM用激光器
為了降低CWDM系統的成本，可采用基于DFB技術的直接調制激光器，這種激光器具有成本低、線寬窄、色散低、高邊模抑制比的特點，能夠在G.652光纖上以2.5 G/s的速率傳輸80 km。由于CWDM的波長間隔較大，系統要求降低，使得CWDM激光器的成本大幅降低。在激光器的制造上，波長容差是一個非常關鍵的因素。由于CWDM激光器的容差比DWDM激光器大，因此CWDM激光器不需要冷卻，而帶Peltier冷卻設備和熱敏電阻的蝶形DWDM激光器要貴得多。另外，激光片的成品率低也增加了DWDM激光器的造價。
在功耗上，DWDM激光器比CWDM激光器大。DWDM激光器采用的冷卻器及其控制電路每波長要消耗約4 W的功率，而沒有冷卻器的CWDM激光器僅消耗0.5 W的功率。在物理尺寸上，不帶冷卻器的激光器一般是由激光片和密封在帶有玻璃窗口的金屬容器中的監控光電二極管構成，商用產品中，DWDM激光發射機的尺寸約是CWDM激光發射機體積的5倍。

1.3 CWDM用光濾波器和光波分復用器
光纖通信中所使用的光濾波器按其工作原理可分為F-P腔型光濾波器、MZ干涉型光濾波器、基于光柵的光濾波器和薄膜光濾波器，CWDM濾波器通常使用薄膜濾波器(TFF)技術。
薄膜干涉濾波器一般采用微等離子技術制作[4]，在玻璃襯底上淀積兩種致密的介質層，其介質層以1/2波長的單位厚度交替淀積，所用的介質層材料一般為SiO2和TiO2，這是由于兩者折射率之間有大的差異。當光入射到高折射率層時，反射光沒有相移；當光入射到低折射率層時，反射光有相移，并與高折射率層的反射光同相相疊加。各層反射光在中心波長附近疊加后，在濾波器前端面形成很強的反射光，而在高反射區之外，反射光大大降低大部分光成為透射光，因此可對一定波長范圍呈通帶，而對另外波長范圍呈阻帶，從而形成所需求的濾波特性，利用這種具有特定波長選擇特性的干涉濾波器就可以將不同的波長分離或合并起來。腔的數量越多，CWDM濾波器的通帶形狀越好，即通帶的頂部變得平坦及邊緣變得陡峭。
多層干涉薄膜濾光片具有非常低的溫度系數0.002 nm/℃，能夠保證長期的穩定性，如偏振相關損耗小、色散小和偏振模色散小等。多層干涉膜濾波技術廣泛應用于DWDM組件中，而且CWDM組件是唯一有實用價值的選擇[4]。另外，CWDM濾波器的成本比DWDM濾波器低。DWDM系統中使用的100 GHz濾波器約有150層，而CWDM系統的20 nm濾波器約有50層，所以CWDM濾波器的成本比DWDM濾波器少50％。
目前，以介質膜濾光片制作CWDM波分復用器是最為成熟的方法，有插入損耗小、帶寬寬、穩定性好等特點。其波長溫度特性可小于1 pm/℃，不需要溫度控制。從穩定性及生產等方面考慮，薄膜濾光片型CWDM 波分復用器的制作一般采用各個單元級聯的方式，單元的基本結構為單個濾光片結構，每個濾光片具有只透過某個波長而其余波長全部反射的性質。在此基礎上，4通道解復用器的結構需要4個基本通道單元，由光路可逆原理，也可以用作復用器。

1.4 CWDM用光開關和光分插復用器OADM
光波導開關集成面陣也是構成OXC 和OADM 的關鍵部件，目前常用的有MEMS光開關、電光效應光開關、熱光效應光開關、液晶光開關、全息光開關、聲光開關、液體光柵光開關、SOA光開關和機械式光開關等[5, 6]。
MEMS（micro electro mechanical systems）是由半導體材料構成微機械結構，如Si等。它將電、機械和光集成為一塊芯片，能透明地傳送不同速率、不同協議的業務，MEMS已廣泛應用在工業領域。MEMS器件的結構很像IC的結構，其基本原理是通過靜電的作用使可以活動的微鏡面發生轉動，從而改變輸入光的傳播方向。MEMS既有機械光開關的低損耗、低串擾、低偏振敏感性和高消光比的優點，又有波導開關的高開關速度、小體積、易于大規模集成等優點，MEMS光開關交換技術的解決方案已廣泛應用于骨干網或大型交換網。
電光開關是利用電光效應達到改變波導材料的折射率而實現的光開關，其材料包括鈮酸鋰、半導體材料和有機聚合物材料。電光開關的優點是開關速度快、集成方便，不足之處是高的偏振相關損耗和高的串擾。以LiNbO3為材料的電光開關通常采用M-Z干涉儀型結構，如圖1所示。當光從端口1輸入時，通過改變電極上的電壓而改變波導的耦合狀態，使光從端口2或端口3輸出，從而達到開關的目的。

光分插復用器OADM實現在WDM光纖中有選擇地上/下特定的任何速率、格式和協議類型的所需光波長信道，是WDM網絡與用戶接口的界面。OADM一般由復用器、解復用器、光開關陣列的單片集成或混合集成。在城域CWDM系統中，為了降低其成本，可選用成本低廉且技術成熟的介質膜濾光片來構成。這種技術所構成的OADM優點是頂帶平坦、波長響應尖銳、溫度穩定性好、損耗低、對信號偏振不敏感，在商用系統中廣泛應用。

圖1 M-Z型LiNbO3電光開關原理

隨著CWDM系統在城域網的廣泛應用，CWDM用的光器件也將迅速發展。在發射機端，由于大范圍可調諧激光器的技術成熟和成本降低，必將在CWDM系統中取代固定波長的激光器，挖掘光網絡的全部潛能。在光開關方面，產品還不是很成熟，國內外的廠商都處在研發階段，但隨著技術進步，光開關的應用為期不遠。此外，全光的波長轉換器也是光器件研發的重點。利用光可調濾波器、光開關和全光波長轉換器還可以構造OXC和動態的OADM。隨著這些器件和組件研發成功和成本降低，必將使光網絡更加可靠，為CWDM的全光網絡的規模應用奠定堅實的基礎。

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