波長測量新論

［摘 要］信息爆炸導致通信帶寬需求或通信容量爆增。提供巨大的通信帶寬，高度可靠的傳輸性能，足夠的業(yè)務承載容量以及低廉的使用費用，確保網(wǎng)絡的可持續(xù)發(fā)展，支持當前和未來的任何業(yè)務信號的傳送要求。本文通過密集光波分復用系統(tǒng)的概況、系統(tǒng)的測試要求，可調(diào)諧光濾器的結構，以及便攜式光譜儀的方式與相關測量儀表的展望。

［關鍵詞］波長 測量 系統(tǒng)

［中圖分類號］TU

［文獻標識碼］A

［文章編號］1009－5489(2008)04－109－02

一、光波分復用(DWDM)系統(tǒng)



DWDM系統(tǒng)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(zhuǎn)移，使在1530—1565m波長范圍內(nèi)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?zhèn)鹘y(tǒng)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(shù)增大傳輸容量，使整個光通信系統(tǒng)的結構和設計都大大簡化，并便于施工維護。

EDFA在DWDM系統(tǒng)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(tǒng)一為OA，以便于維護。

商用的DWDM系統(tǒng)的每個波長的數(shù)據(jù)速率是2．5Gbps，或10Gbps，波長數(shù)為4、8、16、32等；40、80甚至132個波長的DWDM系統(tǒng)也已有產(chǎn)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(zhuǎn)換器(Wavelength Transponder)OTU。這一類配置是開放式的，采用這種可以使用現(xiàn)有的1310nm和1550nm波長區(qū)的任一廠家的光發(fā)送與光接收機模塊；波長轉(zhuǎn)換器將這些非標準的光波長信號變換到1550nm窗口中規(guī)定的標準光波長信號，以便在DWDM系統(tǒng)中傳輸。

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(tǒng)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(xiàn)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(xiàn)16個波長，乃至32個波長的DWDM系統(tǒng)，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(yōu)越性能，故極大地促進了DWDM系統(tǒng)的快速發(fā)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(fā)幅射(Spontaneous Emission)產(chǎn)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(fā)輻射(Amplified Spontaneous Emission，簡寫為ASE)干擾信號。這種ASE干擾信號經(jīng)多經(jīng)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(jīng)過若干個OLA放大后必須經(jīng)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(shù)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(shù)。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(tǒng)設計作光功率預算時，哪個因素要求最嚴格來確定。

二、DWDM系統(tǒng)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(tǒng)和單波長SDH系統(tǒng)的測試要求差別很大。首先，單波長光通信系統(tǒng)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(tǒng)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(qū)光系統(tǒng)光源發(fā)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(tǒng)就完全不同了，系統(tǒng)有很多波長，很多光路，要分別測出系統(tǒng)中每個光路的波長值與光功率大小，才能共發(fā)判斷出是哪個波長，哪個光路系統(tǒng)出了。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，即波長計或光譜儀才能測出系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)容量，或為了靈活地調(diào)度、調(diào)整電路和的容量，需要減少某個DWDM系統(tǒng)的波長數(shù)，即要求DWDM系統(tǒng)在增加或減少波長數(shù)時，總的輸出光功率基本穩(wěn)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(fā)現(xiàn)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(shù)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(tǒng)安裝、調(diào)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。

由于DWDM系統(tǒng)有n個波長，n個光路，等效于n個虛SDH光通信系統(tǒng)，故在系統(tǒng)的重要測量點必須有光分路器(分光器)，以避免在做波長和功率測量時中斷系統(tǒng)，造成大量業(yè)務丟失。

三、便攜式光譜儀



適用于DWSM系統(tǒng)現(xiàn)場安裝調(diào)測與日常維護的便攜式光譜分析儀，除去前已介紹的HP70952B，Agilent86121A外，現(xiàn)舉OSP－102插件和OMS－100主機配合專用于DWDM系統(tǒng)測試的便攜式光譜分析儀為例，說明采用可調(diào)諧光濾波器一方面使成本顯著降低，一方面使重量減輕。體積縮小，有利于便攜。為便于使用，還增加了下述分立的方式。

(1)光譜分析儀方式

用可調(diào)諧光濾波器沿著要選測的波長范圍調(diào)整移動，將以圖形方式顯示測量結果，可用游標定位估計波長、功率數(shù)值，以及各波長和功率差值的測試數(shù)據(jù)。還可用存儲器存儲兩個光譜的測試數(shù)據(jù)進行比較。

(2)光纖系統(tǒng)方式

用表列出直到16個光路或波信道的被測試的波長、功率和S/N。這種應用方式對光纖通信系統(tǒng)的日常維護測試特別有用。因為在DWDM系統(tǒng)的運行過程中，通常不希望光載頻信號的功率超過規(guī)定的容限。

(3)光功率計方式

可調(diào)諧光濾波器固定調(diào)整到所選的波長，以數(shù)字顯示該波長的光功率，就可以用來檢測該光路或信道光載頻功率隨時間的變化，即穩(wěn)定程度。這一方式在檢測中斷故障時尤其有用。

(4)監(jiān)視器輸出方式

將被濾出的光信號的一部分送到監(jiān)視器輸出，就能在不其他光路或波信道業(yè)務的條件下對DWDM系統(tǒng)的某指定波信道進行比特誤碼率測試，也可具體檢測出哪一個波信道傳輸。

總之，DWDM系統(tǒng)的測量技術和測試儀表正向著更多波長、更好的波長測量精度和可分辨出更小的光路間隔，即向著能滿足未來更高波分密度、更巨大的網(wǎng)絡容量的傳輸設備的要求發(fā)展。

［參考文獻］

［1］李富銘、劉一先：《光學測量》，上海科學技術文獻出版社1986年版。

［2］Vincent So．Optical wavelength measurement system．United States Patent Number：5729347，1996．

［3］Parker T R，F(xiàn)arhadiroushan M．Wavelength measuring system．U．K．Patent Application Number：PCT/GB98/02185，1998．

［4］Dimmick T E．Simple，inexpensive wavemeter implemented with a fused fiber coupler．Appl．Opt，1997，36(9)：1898—1901．