更新時間：2021-06-15 08:27:03作者：admin2
密集光波分復用系統的波長測量技術
摘要：本文闡述密集光波分復用系統的概況、系統的測試要求，可調諧光濾器的結構，以及便攜式光譜分析儀的應用方式與相關測量儀表的展望。
信息時代信息爆炸導致通信帶寬需求或通信網絡容量爆增。如近期北美骨干網的業務量約6-9個月翻一番，達到了所謂的“光速經濟”的時期，它比微電子芯片性能發展的摩爾法則（約18個月翻一番）快2-3倍，而且迄今這種發展勢頭不減。面對這種發展趨勢，各個通信發達國家都在積極研究設計新的寬帶網絡，如可持續發展網絡CUN、下一代網絡NGN、新公眾網NPN、一體化網UN等，但其基礎傳輸媒質的物理層都是密集光波分復用（DWDM）的光傳送網OTN。不如此就不可能提供巨大的通信帶寬，高度可靠的傳輸性能，足夠的業務承載容量以及低廉的使用費用，確保網絡的可持續發展，支持當前和未來的任何業務信號的傳送要求。
1 密集光波分復用（DWDM）系統
DWDM系統主要由光合波器、光分波器和摻鉺光纖放大器（EDFA）組成。其中EDFA的作用是由比信號波長低的高能量光泵源將能量輻射進一段摻鉺光纖中，當載有凈負荷的光波通過此段光纖一起傳播時，完成光能量的轉移，使在1530-1565m波長范圍內各個光波承載的凈負荷信號全都得到放大，彌補了光纖線路的能量損失。這樣，當用EDFA代替傳統的光通信鏈路中的中繼段設備時，就能以最少的費用直接通過增加波長數增大傳輸容量，使整個光通信系統的結構和設計都大大簡化，并便于施工維護。
EDFA在DWDM系統中實際應用時又分為功放或后置放大器（BA），預放或前置放大器（PA）和線路放大器（LA）3種，但有的公司為了簡化，盡量減少設備品種，統一為OA，以便于維護。
目前商用的DWDM系統的每個波長的數據速率是2.5Gbps，或10Gbps，波長數為4、8、16、32等；40、80甚至132個波長的DWDM系統也已有產品。常用的有兩類配置。一類是在光合波器前與在光分波器后設置波長轉換器（Wavelength Transponder）OTU。這一類配置是開放式的，采用這種可以使用現有的1310nm和1550nm波長區的任一廠家的光發送與光接收機模塊；波長轉換器將這些非標準的光波長信號變換到1550nm窗口中規定的標準光波長信號，以便在DWDM系統中傳輸。美國的Ciena公司、歐洲的pirelli公司采用這類配置，他們是生產光器件的公司，通常，所生產的光分波合波器有較好的光學性能參數。如Ciena公司采用的信道波長間隔為0.8nm，對應100GHz的帶寬，在1545.3-1557.4nm波長范圍內提供16個光波信道或光路。但他們沒有SDH傳輸設備，因此，在系統配置、網絡管理方面不能統一考慮。此類配置的優點是應用靈活、通用性強，缺點是增加波長轉換器、成本較高。另一類配置是不用波長轉換器，將波分復用、解復用部分和傳輸系統產品集成在一起，這一類配置是一體的或集成的，這樣簡化了系統結構、降低了成本，而且便于將SDH傳輸設備和DWDM設備在同一網管平臺上進行管理操作。這類配置的生產廠家如Lucent、Siemens、Nortel等，他們是SDH傳輸系統設備供應商，有條件這樣做。他們在做4×2.5G32bpsDWDM系統設計時就考慮與4×10Gbps速率的兼容，考慮增加至8個波長、16個波長、基至40個波長、80個波長，以及2.5Gbps和10Gbps的混合應用，確保系統在線不斷擴容，平滑過渡，不影響通信網的業務。當然，他們也提供開放式配置，或發送是開放式，接收為一體式的DWDM系統設備。
由于初期商用的EDFA帶寬平坦范圍在1540-1560nm，故早期使用的DWDM系統的復用光波長多在1550nm附近。后來實際EDFA的增益譜寬為35nm，約4.2THz，其中增益起伏小于1dB的譜寬在1539-1565nm之間，若以1.6nm（對應200GHz）的波長間隔，則最少可實現8波長，乃至16波長的同步放大；若以0.8nm（對應100GHz）的波長間隔，則最少可實現16個波長，乃至32個波長的DWDM系統，再加上EDFA約40dB的高增益，大于100mW的高輸出功率，以及4-5dB的低噪聲值等優越性能，故極大地促進了DWDM系統的快速發展。
正如電放大器那樣，光放大器在放大光信號的同時也要引入噪聲。它由光子的自發幅射（Spontaneous Emission）產生。此種噪聲和光信號在光放大器中一起放大，并逐級積累形成干擾信號，即熟知的放大自發輻射（Amplified Spontaneous Emission，簡寫為ASE）干擾信號。這種ASE干擾信號經多經光放積累的功率會大到1-2mW，其頻譜分布與波長增益譜對應。
這就是為什么經過若干個OLA放大后必須經過光電變換，分別取出各波長光路的電信號進行定時、整形與再生（3R），完成光數字信號處理的主要原因，它決定了電中繼段或復用段的最大距離或最大光中繼段數。當然，其他因素例如允許的總的色散值也決定此電中繼段的最大距離，這要由系統設計作光功率預算時，哪個因素要求最嚴格來確定。
2 DWDM系統的測試要求
以SDH終端設備為基礎的多波長密集光波分復用系統和單波長SDH系統的測試要求差別很大。首先，單波長光通信系統的精確波長測試是不重要的，只需用普通的光功率計測量了光功率值就可判斷光系統是否正常了。設置光功率計到一個特定的波長值，例如是1310nm還是1550nm，僅用作不同波長區光系統光源發光功率測試的較準與修正，因為對寬光譜的功率計而言，光源波長差幾十nm時測出的光功率值的差別也不大。可是，對DWDM系統就完全不同了，系統有很多波長，很多光路，要分別測出系統中每個光路的波長值與光功率大小，才能共發判斷出是哪個波長，哪個光路系統出了問題。由于各個光路的波長間隔通常是1.6nm（200GHz）、0.8nm（GHz），甚至0.4nm（50GHz），故必須有波長選擇性的光功率計，即波長計或光譜分析儀才能測出系統的各個光路的波長值和光功率的大小，因此，用一般的光功率計測出系統的總光功率值是不解決問題。其次，為了平滑地增加波長、擴大DWDM系統容量，或為了靈活地調度、調整電路和網絡的容量，需要減少某個DWDM系統的波長數，即要求DWDM系統在增加或減少波長數時，總的輸出光功率基本穩定。這樣，當有某個光路、某個凈負荷載體，即光波長或光載頻失效時，又用普通光功率計測量總光功率值是無法發現問題的，因為一兩個光載頻功率大大降低或失效，對總的光功率值影響很小。此時，必須對各個光載頻的功率進行選擇性測量，不僅測出光功率電平值，而且還準確地測出具體的波長數值后，才能確切知道是哪個波長哪條光路出了問題。這不僅在判斷光路故障時非常必要，而且在系統安裝、調測和日常維護時也很重要。
此外，為了測量光放大器增益光譜特性，尤其是增益平坦度，需找出各波長或各光路的功率電平差值時，也必須測量出各光路的波長值和光功率值。