CWDM用光纖

ITU-T G.692.4建議規(guī)定了CWDM系統(tǒng)使用的中心波長[2]，從1 260~1 625 nm，5個(gè)波段的范圍內(nèi)共有18個(gè)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(tǒng)的應(yīng)用十分不利。為此，ITU-T制定了G.652.C光纖標(biāo)準(zhǔn)。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(biāo)準(zhǔn)的低損耗光纖。另外，已經(jīng)鋪設(shè)的色散位移光纖在C波段因四波混頻現(xiàn)象而不能應(yīng)用于DWDM系統(tǒng)，而在CWDM系統(tǒng)中則不存在這個(gè)問題，色散位移光纖能夠重新應(yīng)

用于城域CWDM網(wǎng)絡(luò)中，其他類型光纖也可應(yīng)用于CWDM網(wǎng)絡(luò)中。
1.2 CWDM用激光器
為了降低CWDM系統(tǒng)的成本，可采用基于DFB技術(shù)的直接調(diào)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(diǎn)，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(tǒng)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(gè)非常關(guān)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(shè)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(jià)。
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(jiān)控光電二極管構(gòu)成，商用產(chǎn)品中，DWDM激光發(fā)射機(jī)的尺寸約是CWDM激光發(fā)射機(jī)體積的5倍。

1.3 CWDM用光濾波器和光波分復(fù)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(shù)。
薄膜干涉濾波器一般采用微等離子技術(shù)制作[4]，在玻璃襯底上淀積兩種致密的介質(zhì)層，其介質(zhì)層以1/2波長的單位厚度交替淀積，所用的介質(zhì)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(dāng)光入射到高折射率層時(shí)，反射光沒有相移；當(dāng)光入射到低折射率層時(shí)，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(qiáng)的反射光，而在高反射區(qū)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(shù)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(shù)0.002 nm/℃，能夠保證長期的穩(wěn)定性，如偏振相關(guān)損耗小、色散小和偏振模色散小等。多層干涉膜濾波技術(shù)廣泛應(yīng)用于DWDM組件中，而且CWDM組件是唯一有實(shí)用價(jià)值的選擇[4]。另外，CWDM濾波器的成本比DWDM濾波器低。DWDM系統(tǒng)中使用的100 GHz濾波器約有150層，而CWDM系統(tǒng)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(zhì)膜濾光片制作CWDM波分復(fù)用器是最為成熟的方法，有插入損耗小、帶寬寬、穩(wěn)定性好等特點(diǎn)。其波長溫度特性可小于1 pm/℃，不需要溫度控制。從穩(wěn)定性及生產(chǎn)等方面考慮，薄膜濾光片型CWDM 波分復(fù)用器的制作一般采用各個(gè)單元級聯(lián)的方式，單元的基本結(jié)構(gòu)為單個(gè)濾光片結(jié)構(gòu)，每個(gè)濾光片具有只透過某個(gè)波長而其余波長全部反射的性質(zhì)。在此基礎(chǔ)上，4通道解復(fù)用器的結(jié)構(gòu)需要4個(gè)基本通道單元，由光路可逆原理，也可以用作復(fù)用器。

1.4 CWDM用光開關(guān)和光分插復(fù)用器OADM
光波導(dǎo)開關(guān)集成面陣也是構(gòu)成OXC 和OADM 的關(guān)鍵部件，目前常用的有MEMS光開關(guān)、電光效應(yīng)光開關(guān)、熱光效應(yīng)光開關(guān)、液晶光開關(guān)、全息光開關(guān)、聲光開關(guān)、液體光柵光開關(guān)、SOA光開關(guān)和機(jī)械式光開關(guān)等[5, 6]。
MEMS（micro electro mechanical systems）是由半導(dǎo)體材料構(gòu)成微機(jī)械結(jié)構(gòu)，如Si等。它將電、機(jī)械和光集成為一塊芯片，能透明地傳送不同速率、不同協(xié)議的業(yè)務(wù)，MEMS已廣泛應(yīng)用在工業(yè)領(lǐng)域。MEMS器件的結(jié)構(gòu)很像IC的結(jié)構(gòu)，其基本原理是通過靜電的作用使可以活動的微鏡面發(fā)生轉(zhuǎn)動，從而改變輸入光的傳播方向。MEMS既有機(jī)械光開關(guān)的低損耗、低串?dāng)_、低偏振敏感性和高消光比的優(yōu)點(diǎn)，又有波導(dǎo)開關(guān)的高開關(guān)速度、小體積、易于大規(guī)模集成等優(yōu)點(diǎn)，MEMS光開關(guān)交換技術(shù)的解決方案已廣泛應(yīng)用于骨干網(wǎng)或大型交換網(wǎng)。
電光開關(guān)是利用電光效應(yīng)達(dá)到改變波導(dǎo)材料的折射率而實(shí)現(xiàn)的光開關(guān)，其材料包括鈮酸鋰、半導(dǎo)體材料和有機(jī)聚合物材料。電光開關(guān)的優(yōu)點(diǎn)是開關(guān)速度快、集成方便，不足之處是高的偏振相關(guān)損耗和高的串?dāng)_。以LiNbO3為材料的電光開關(guān)通常采用M-Z干涉儀型結(jié)構(gòu)，如圖1所示。當(dāng)光從端口1輸入時(shí)，通過改變電極上的電壓而改變波導(dǎo)的耦合狀態(tài)，使光從端口2或端口3輸出，從而達(dá)到開關(guān)的目的。

光分插復(fù)用器OADM實(shí)現(xiàn)在WDM光纖中有選擇地上/下特定的任何速率、格式和協(xié)議類型的所需光波長信道，是WDM網(wǎng)絡(luò)與用戶接口的界面。OADM一般由復(fù)用器、解復(fù)用器、光開關(guān)陣列的單片集成或混合集成。在城域CWDM系統(tǒng)中，為了降低其成本，可選用成本低廉且技術(shù)成熟的介質(zhì)膜濾光片來構(gòu)成。這種技術(shù)所構(gòu)成的OADM優(yōu)點(diǎn)是頂帶平坦、波長響應(yīng)尖銳、溫度穩(wěn)定性好、損耗低、對信號偏振不敏感，在商用系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用。

圖1 M-Z型LiNbO3電光開關(guān)原理

隨著CWDM系統(tǒng)在城域網(wǎng)的廣泛應(yīng)用，CWDM用的光器件也將迅速發(fā)展。在發(fā)射機(jī)端，由于大范圍可調(diào)諧激光器的技術(shù)成熟和成本降低，必將在CWDM系統(tǒng)中取代固定波長的激光器，挖掘光網(wǎng)絡(luò)的全部潛能。在光開關(guān)方面，產(chǎn)品還不是很成熟，國內(nèi)外的廠商都處在研發(fā)階段，但隨著技術(shù)進(jìn)步，光開關(guān)的應(yīng)用為期不遠(yuǎn)。此外，全光的波長轉(zhuǎn)換器也是光器件研發(fā)的重點(diǎn)。利用光可調(diào)濾波器、光開關(guān)和全光波長轉(zhuǎn)換器還可以構(gòu)造OXC和動態(tài)的OADM。隨著這些器件和組件研發(fā)成功和成本降低，必將使光網(wǎng)絡(luò)更加可靠，為CWDM的全光網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模應(yīng)用奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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