Filter-WDM器件最全解析

2021-01-29

波分复用(WDM)是当前光纤通信扩容的主要手段。WDM波分复用器传输的基本元件是光学滤波器,WDM器件按硬件产品的工作原理分类,可分为滤波片式(Filter)、熔融拉锥式(FBT)和阵列波导光栅(AWG)。本文解析TFF型三端口波分复用器件即Filter-WDM

TFF薄膜滤波片

Filter-WDM通常称为三端口波分复用器,由薄膜滤波器(TFF)构成,TFF由几十层不同材料、不同折射率和不同厚度的介质膜组合而成。以高/低折射率介质膜构成的周期结构,从而对一定的波长范围呈通带,而对另外的波长范围呈阻带,形成所要求的滤波特性。其功能类似于部分反射膜。中间的腔层将两个反射镜隔开。

基于薄膜技术的FPI干涉仪

图1:基于薄膜技术的FPI干涉仪

使用基于薄膜技术的FPI干涉仪作为光学滤波器。干涉仪的透射峰是周期性的,随着镜面反射率的增加,透射谱的精细度越来越高。

薄膜FPI的透射谱

图2:薄膜FPI的透射谱

在自由光谱范围内,干涉仪只有一个透射峰,当镜面反射率较高时,透射峰线宽非常窄,可用于窄带滤波。

窄带FPI在一个FSR之内的透射谱图3:窄带FPI在一个FSR之内的透射谱

在DWDM密集波分传输系统中,需要滤波器具备窄带和平顶滤波特性,而这需要多腔薄膜结构,如图所示。

多腔薄膜滤波器结构

图4:多腔薄膜滤波器结构

FP干涉腔的数量越多,通带就越平坦,边缘陡降特性就更好,非常有利于DWDM应用。不过,多腔结构需要更多的“镜面”,使得薄膜层数成倍增加。每个膜层都需要以超高的均匀度和精密的厚度沉积到玻璃基板上,导致多腔结构成本增加且良率降低。因此,当信道数大于16时,基于AWG的并行结构更适合DWDM模块。

多腔薄膜滤波器的滤波效果

图5:多腔薄膜滤波器的滤波效果

薄膜滤波器还有长波通滤波片(LP)和增益平坦化滤波片(GFF)。LP滤波器可用于WDM单纤双向传输(发射接收波长不同)。GFF滤波器则用于掺饵光纤放大器(EDFA)中,可平坦化增益谱。

长波通滤波片的透射谱

图6:长波通滤波片的透射谱

增益平坦化滤波片的反射谱

图7:增益平坦化滤波片的反射谱

Filter-WDM器件

Filter-WDM包括一个双光纤准直器、一个单光纤准直器和一个TFF滤波片。双光纤准直器的准直透镜端面上粘贴TFF滤波片。WDM波长从通用端输入,TFF滤波片将特定波长λn透射,其余波长则被反射,只剩波长λn从透射端口输出。

Filter-WDM结构

图8:Filter-WDM结构

为了解复用出所有波长,需要将串联多个三端口器件,组成WDM模块。每个三端口器件中的TFF滤波片透射波长是不同的。当信号传输方向相反,WDM模块可用作复用器。

基于三端口WDM器件模块结构

图9:基于三端口WDM器件模块结构

紧凑型波分复用器

常规WDM模块的尺寸相对较大(典型8信道WDM模块的尺寸为130×90×13mm3),不符合某些场景的应用需求。于是便研发出了紧凑型波分复用器,是常规WDM模块的迷你版(有紧凑型CWDM和DWDM模块,简称为CCWDM和CDWDM)。它同样基于TFF技术,工作方式与常规WDM模块相同,不同之处在于紧凑型WDM的相邻信道利用平行光束在自由空间级联,而不是用光纤,波长信道之间的耦合通过走“之”字路线的淮直光线形式实现。没有了级联所用的光纤,紧凑型WDM封装盒的尺寸比标准WDM封装足足小了10倍。

紧凑型波分复用器结构

图10:紧凑型波分复用器结构

波长每经过一个三端口WDM器件,会产生不同的插入损耗。随着端口数增加,损耗均匀性劣化,最后端口处的最大损耗会限制端口数,紧凑型波分模块也存在同样的问题,因此Filter-WDM信道数通常不超过16个。

起浪光纤可提供基于TFF技术的CWDM/DWDM/CCWDM/CDWDM/WDM OADM模块,以及用于5G前传的5G OMUX产品系列,均可定制端口配置、工作波长、封装类型等,可满足客户的不同需求。

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