光分插复用器（OADM）的结构原理和应用 

一、摘要

本文主要介绍了光分插复用器（OADM）的结构和应用，由于WDM全光网络的发展，其特点是节点的光子化，但由于目前还缺乏实用的光逻辑器件，因此采用电控光交换是一个可行的方案，因此出现了OCDM，本文从OCDM的原理、结构和应用及前景展望等方面介绍了OADM。

关键词：光分插复用器（OADM）、 全光网络、波分复用

二、引言

这篇论文主要介绍了光分插复用器的结构原理及其应用前景。对WDM 全光网而言，其关键技术是光分插复用(OADM：Optical Add and Drop Multiplexer)、光交叉连接(OXC)与密集波分复用(DWDM)技术。因此光分插复用器（OADM）在光纤通信尤其是全光网络通信中有着重要的作用。采用光分插复用器(OADM)构成的WDM网络环形网不仅具有很强的生存性，而且大大增加了节点的吞吐容量，突破了传统网络中电子瓶颈的限制。OADM环形网的核心设备成为人们研究的热点。

三、光分插复用技术概念

光分差复用器英文名称是optical add-drop multiplexer。简写为OADM。其定义为对多波长光信号,一种能从中分出单个光波长信号,或将单个光波长信号加入到多波长光信号中的光波分复用设备。光分插复用（OADM）可以看作是OXC的功能简化OADM 光分插复用器是一种用滤光器或分用器从波分复用传输链路插入或分 光信号的设备。它是光传送网(OTN)的关键网元，可以不经光／电／光转换和电处理，就能实现波分复用信道的分插功能，也就是说OADM在光域实现了传统的电SDH分插复用器在时域内完成的功能，因而在光网络中有着极大的应用前景。

四、OADM几种典型结构

1、基于声光可调谐滤波器(AOTF)的OADM

声光调谐滤波器是一种以声光相互作用原理为基础的新型器件，它具有调谐范围宽，滤波带宽窄，驱动功率低等优点。它的核心结构是一个由双折射材料制成的波导，假设入射光能量都处于TE模中，一个只选择TM模式光能量的偏振器位于波导的另一端，当选定波长附近的一个窄光带的光能量转换成TM模时，其他光能量继续以TE模传播。因此相当于一个波长选择滤波器。之所以能发生TE模和TM模之间的互换，是由于当超声波在波导中传输时，引起波导材料周期性疏密变化，直接导致波导折射率周期性变化，形成一个光纤布拉格光栅(FEjG)，若光栅周期为T，输入光是完全偏振的TE模，只有满足布拉格条件的光才能生模式转换。

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图1是基于AOTF的OADM 示意图上路波长光信号和输入的WDM信号中的同波长光信号偏振方向垂直，它们进入AOTF后，输入的WDM信号经偏振分束器(PBS)分成TM模和TE模后进入声波波段选频．厂控制的模式转换单元，选频厂针对不同的下路波长进行调谐，所选波长的光的TM 模和TE模发生模式转换，之后经下一个PBS后从下路端口输出到本地，其他的WDM 波长没有发生模式变换从输出端口到输出光纤，而上路波长经模式转换单元后也从输出端口输出到光纤上。

2、基于磁调谐FBG的OADM

它是由两个相同的三端口光环行器，多个中心波长的磁调谐的FBG和波长复用／解复用器构成的，如图2所示 ，复用的光信号( ……)从左端光环形器的端口1输入，从右端光环形器的端口3输出。本地上载的信号通过右端光环行器的端口1输入，并经相应的光栅反射也从光环形器的端口3输出，从而继续在干线上传输。FBG的作用是从传输的信号中反射要下载或上载的信号，光环行器的作用除提供输入输出端口外，并且使由FBG反射的信号改变传输方向。此结构的最大特点是将每个FBG设计为磁调谐结构，可以得到较宽的调谐范围和较快的调谐速度。磁调谐的FBG是这种OADM的核心设备，它由写入布拉格光栅的光纤，固定磁铁，螺旋管线圈构成。螺旋管线圈用来产生可控磁场，磁极和FBG被插入到螺旋管线圈中，当脉冲电流强度在螺旋管线圈内变化时，磁极间中心磁场的磁化强度以毫秒量级快速改变，感应磁场诱发磁力作用施加于FBG，使其布拉格波长向长波方向偏离。

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3、基于波长光栅路由器(WGR)的0ADM技术

WGR是一种具有光栅结构的双向波长路由器，若一个方向输入为复用方式，则令一个输入为解复用方式[7l。输出端口的解复用下载的波长顺序与输入端口有关。如果DWDM 信号对应于WGR的N个波长，输入端口序号和输出端口序号分别为1～N，输出端口1～N的解复用波长分别为 ～ ，当DWDM 波长信号从输入端口1进入时，输出端口1～N的解复用波长分别为 ， ～ 一1，当从输入端口2进入时，输出端口的解复用波长分别为一1 ，入l～ 一2，所以在WGR信号的输入端用光开关来选择DWDM 信号的不同输入口，由此决定下路波长，实现OADM 的可调谐性。WGRA的作用是把输出的N个波长依次在控制信号控制下进行交换，复用信号可通过解复用器解复用。上路信号与支路中的信号一起进入WGRB，然后以复用方式合波为DWDM信号，经选择开关进入光纤中传输。具体结构如图3。

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4、基于分波器+空间交换单元+合波器型的OADM技术

这种方案是目前比较流行的分插复用技术的解决方案。方案中的分波器可以是普通的解复用器, 波长交换单元一般采用开关和开关阵列, 合波器可以采用耦合器和复用器, 因此整个OADM的串扰水平主要是由解复用器所决定的。目前解复用器的隔离度通常不低于25 dB (通道间隔0.8 nm )。但如果复用器也采用滤波器型器件, 会大大减小系统的串扰。目前解复用器可以做到的隔离度达到0．8 nm／25 dB以上，能够满足系统要求． 图2和图3是对这种方案的具体实现． 图2是基于解复用器和光开关的OADM，空间交换单元采用光开关，图3是基于解复用器和开关阵列的OADM，空问交换单元采用光开关阵列．机械2×2光开关的插损、隔离度性能相当优越，但开关速度较慢，在毫秒量级； 固态光开关的开关速度虽然较快，在微秒甚至纳秒量级，但插入损耗、隔离等重要指标目前均不如机械光开关． 此种结构的分插复用单元， 串扰主要来自合／分波器，但如果合波器也采用滤波器型器件，会大大减小系统的串扰． 这是目前较为流行的解分复用方案。

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图4 基于解复用器好光开关的OADM

在图4中，对于采用1×8的解复用器，能力， 由于采用了光转发器(Transponder)，则8×8的光交叉矩阵使光波长具有无堵塞交叉任意波长光信号均可以插入。

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图5 基于解复用器和开关阵列的OADM

5耦合单元+滤波单元+合波器型的OADM技术

这种类型的方案中, 耦合单元一般为普通的耦合器(Coupler)或光环形器(Optical Circulator) 等, 滤波单元有光纤光栅( FBG) 、法- 伯腔( F- P) 滤波器等, 合波器为普通的耦合器和复用器。这类方案的OADM性能则主要取决于滤波单元的性能。就目前的器件水平，光纤光栅的隔离度高于20 dB／0．8 nm， 而F—P腔的隔离度性能更好，可达40 dB／O．8 nm，前者温度性能较好．图5是目前较为普遍采用的一种OADM 方案，输入WDM信号经开关选路, 每路的光栅对应一个波长, 被光栅反射的波长经环形器下路到本地, 其它的输入WDM信号波长通过光栅经环形器跟本地节点的上路信号合波,继续向前传输。这个方案同样可以根据开关和光栅来任意选择上下话路的波长, 但开关的使用同样会带来延时和损耗问题。因此如果对图4 的方案进行简化———不使用开关, 只做单个固定单波长的上下话路就有很好的性能, 整个光路在上下话路的过程中是没有断路的, 几乎没有延时, 但是缺点就是没有调谐能力。http://s15/mw690/005LbSCMzy73EXVGLcW3e&690

图6 基于光栅和开关的OADM

图6是采用F-P腔滤波器的OADM． 输入的WDM 信号经F-P腔滤波器后，下路需要的波长到本地节点，其他波长被反射后继续向前传输．本地节点到干线的业务使用与下路相同的波长上路到输出线上． 它的突出优点在于F-P腔滤波器的连续可调性， 因此可根据需要选择上下路任意的波长．

五、OADM的应用

1、OAOM在WDM全光网络中的应用

图7 是采用O A D M/o X C 的全光网络结构。光分插复用器(OA D M )允许不同光网络的不同波长信号在不同的地点分插复用, 光交叉连接(O XC) 设备允许不同网络可以动态组合, 按需分配波长资源, 实现更大范围的网络互连。光分插复用器(O A D M )和光交叉连接(O X C) 设备只将需要在节点下载的信息送人处理设备(包括AT M 交换机、S D H 交换机和IP路由器), 而不需要本节点处理的信息直接由光信道从本节点通过, 从而大大提高节点处理信息的效率,服电处理节点必须对所有到达的IP 包进行处理的缺点。

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图7 采用OADM/OXC的WDM全光网络结构

2、OADM在OCDMA全光网络中的应用

光码分多址(OCDMA)技术是很好的全光网组网技术, 它避免了通信设备的“ 电子瓶颈” 效应和网络协议的排队延迟, 能实现高速信息传输和快步异步信息接入。采用OCDMA 技术构成的全光主干网,信息的上下路既可以在节点中进行, 也可以在光纤线路经过的任何地点进行, 而且不会影响光纤线路上其他用户的正常传输, 它克服了传统网络中信息的上下路只能在节点中进行的限制。图8 是O DMA 全光网络开放结构, 光上下路可以按需要在两个光交叉连接节点或光交换节点之间随时进行。

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图8 OADM在OCDMA全光网络中的应用

六、OADM的前景展望

   目前光的处理技术还没有取得根本性的突破，不少光元器件性能还不成熟，而且价格昂贵，这一切限制了光节点设备的广泛应用。因此在实验室里，新型的光学元件、新的光信号处理技术、新的节点结构仍然是众多科研人致力的研究方向。例如对双芯光纤的研究，对新型光开关的研究，对光纤光栅构成的系统的研究E4]等。光网络如何面向需求，提供更多的业务一如VPN等、提供更好的Qcs服务，是光网络设备研究的另一个主要方向。作为WDM全光通信网的核心设备的光分插复用器，对全光网的传输能力、组网方式、关键性能都具有重要影响。目前我国无论是在全光通信网的研究方面，还是在相关的核心技术及产品设备的研制开发方面均远远落后于其他发达国家。而建设一个高度透明、灵活以及超大容量的国家骨干网不仅可以为未来的国家信息基础设施奠定一个坚实的基础，而且对下一世纪我国的信息产业和国民经济的腾飞及国家的安全具有极其重要的战略意义。为此，跟踪世界先进水平，深入开展全光网相关技术的研究，并最终形成具有自主知识产权的科技成果和商用化产品，已成为国内相关领域的科研机构和企业界的当务之急。目前，国家“863”计划正立项开展“中围高速信息示范网”的研究和开发，而OADM是其中的一项重大课题，相信通过国家的支持，国内各相关单位的协同攻关，从各个方面很好的带动和促进我国信息网的建设和信息网关建设设备的产业化进程，为我国在信息技术领域走在世界前列赢得了宝贵的优势，相信在当前的有利形势下，我国的光网络通信一定会在世界上占有一席之地。