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论波长测量
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内容提示：信息爆炸导致通信带宽需求或通信容量爆增。提供巨大的通信带宽，高度可靠的传输性能，足够的业务承载容量以及低廉的使用费用，确保网络的可持续发展，支持当前和未来的任何业务信号的传送要求。本文通过密集光波分复用系统的概况、系统的测试要求，可调谐光滤器的结构，以及便携式光谱仪的方式与相关测量仪表的展望。
［论文关键词］波长 测量 系统
［论文摘要］信息爆炸导致通信带宽需求或通信容量爆增。提供巨大的通信带宽，高度可靠的传输性能，足够的业务承载容量以及低廉的使用费用，确保网络的可持续发展，支持当前和未来的任何业务信号的传送要求。本文通过密集光波分复用系统的概况、系统的测试要求，可调谐光滤器的结构，以及便携式光谱仪的方式与相关测量仪表的展望。（参考《建筑中文网》）
一、光波分复用(DWDM)系统
DWDM系统主要由光合波器、光分波器和掺铒光纤放大器(EDFA)组成。其中EDFA的作用是由比信号波长低的高能量光泵源将能量辐射进一段掺铒光纤中，当载有净负荷的光波通过此段光纤一起传播时，完成光能量的转移，使在1530—1565m波长范围内各个光波承载的净负荷信号全都得到放大，弥补了光纤线路的能量损失。这样，当用EDFA代替传统的光通信链路中的中继段设备时，就能以最少的费用直接通过增加波长数增大传输容量，使整个光通信系统的结构和设计都大大简化，并便于施工维护。
EDFA在DWDM系统中实际应用时又分为功放或后置放大器(BA)，预放或前置放大器(PA)和线路放大器(LA)3种，但有的公司为了简化，尽量减少设备品种，统一为OA，以便于维护。
商用的DWDM系统的每个波长的数据速率是2.5Gbps，或10Gbps，波长数为4、8、16、32等；40、80甚至132个波长的DWDM系统也已有产品。常用的有两类配置。一类是在光合波器前与在光分波器后设置波长转换器(Wavelength Transponder)OTU。这一类配置是开放式的，采用这种可以使用现有的1310nm和1550nm波长区的任一厂家的光发送与光接收机模块；波长转换器将这些非标准的光波长信号变换到1550nm窗口中规定的标准光波长信号，以便在DWDM系统中传输。
由于初期商用的EDFA带宽平坦范围在1540—1560nm，故早期使用的DWDM系统的复用光波长多在1550nm附近。后来实际EDFA的增益谱宽为35nm，约4.2THz，其中增益起伏小于1dB的谱宽在1539—1565nm之间，若以1.6nm(对应200GHz)的波长间隔，则最少可实现8波长，乃至16波长的同步放大；若以0.8nm(对应100GHz)的波长间隔，则最少可实现16个波长，乃至32个波长的DWDM系统，再加上EDFA约40dB的高增益，大于100mW的高输出功率，以及4—5dB的低噪声值等优越性能，故极大地促进了DWDM系统的快速发展。
正如电放大器那样，光放大器在放大光信号的同时也要引入噪声。它由光子的自发幅射(Spontaneous Emission)产生。此种噪声和光信号在光放大器中一起放大，并逐级积累形成干扰信号，即熟知的放大自发辐射(Amplified Spontaneous Emission，简写为ASE)干扰信号。这种ASE干扰信号经多经光放积累的功率会大到1—2mW，其频谱分布与波长增益谱对应。
这就是为什么经过若干个OLA放大后必须经过光电变换，分别取出各波长光路的电信号进行定时、整形与再生(3R)，完成光数字信号处理的主要原因，它决定了电中继段或复用段的最大距离或最大光中继段数。当然，其他因素例如允许的总的色散值也决定此电中继段的最大距离，这要由系统设计作光功率预算时，哪个因素要求最严格来确定。
二、DWDM系统的测试要求
以SDH终端设备为基础的多波长密集光波分复用系统和单波长SDH系统的测试要求差别很大。首先，单波长光通信系统的精确波长测试是不重要的，只需用普通的光功率计测量了光功率值就可判断光系统是否正常了。设置光功率计到一个特定的波长值，例如是1310nm还是1550nm，仅用作不同波长区光系统光源发光功率测试的较准与修正，因为对宽光谱的功率计而言，光源波长差几十nm时测出的光功率值的差别也不大。
可是，对DWDM系统就完全不同了，系统有很多波长，很多光路，要分别测出系统中每个光路的波长值与光功率大小，才能共发判断出是哪个波长，哪个光路系统出了。由于各个光路的波长间隔通常是1.6nm(200GHz)、0.8nm(GHz)，甚至0.4nm(50GHz)，故必须有波长选择性的光功率计，即波长计或光谱仪才能测出系统的各个光路的波长值和光功率的大小，因此，用一般的光功率计测出系统的总光功率值是不解决问题。其次，为了平滑地增加波长、扩大DWDM系统容量，或为了灵活地调度、调整电路和的容量，需要减少某个DWDM系统的波长数，即要求DWDM系统在增加或减少波长数时，总的输出光功率基本稳定。这样，当有某个光路、某个净负荷载体，即光波长或光载频失效时，又用普通光功率计测量总光功率值是无法发现问题的，因为一两个光载频功率大大降低或失效，对总的光功率值很小。此时，必须对各个光载频的功率进行选择性测量，不仅测出光功率电平值，而且还准确地测出具体的波长数值后，才能确切知道是哪个波长哪条光路出了问题。这不仅在判断光路故障时非常必要，而且在系统安装、调测和日常维护时也很重要。
此外，为了测量光放大器增益光谱特性，尤其是增益平坦度，需找出各波长或各光路的功率电平差值时，也必须测量出各光路的波长值和光功率值。
由于DWDM系统有n个波长，n个光路，等效于n个虚SDH光通信系统，故在系统的重要测量点必须有光分路器(分光器)，以避免在做波长和功率测量时中断系统，造成大量业务丢失。 三、便携式光谱仪
适用于DWSM系统现场安装调测与日常维护的便携式光谱分析仪，除去前已介绍的HP70952B，Agilent86121A外，现举OSP-102插件和OMS-100主机配合专用于DWDM系统测试的便携式光谱分析仪为例，说明采用可调谐光滤波器一方面使成本显著降低，一方面使重量减轻。体积缩小，有利于便携。为便于使用，还增加了下述分立的方式。
(1)光谱分析仪方式
用可调谐光滤波器沿着要选测的波长范围调整移动，将以图形方式显示测量结果，可用游标定位估计波长、功率数值，以及各波长和功率差值的测试数据。还可用存储器存储两个光谱的测试数据进行比较。
(2)光纤系统方式
用表列出直到16个光路或波信道的被测试的波长、功率和S/N。这种应用方式对光纤通信系统的日常维护测试特别有用。因为在DWDM系统的运行过程中，通常不希望光载频信号的功率超过规定的容限。
(3)光功率计方式
可调谐光滤波器固定调整到所选的波长，以数字显示该波长的光功率，就可以用来检测该光路或信道光载频功率随时间的变化，即稳定程度。这一方式在检测中断故障时尤其有用。
(4)监视器输出方式
将被滤出的光信号的一部分送到监视器输出，就能在不其他光路或波信道业务的条件下对DWDM系统的某指定波信道进行比特误码率测试，也可具体检测出哪一个波信道传输。
总之，DWDM系统的测量技术和测试仪表正向着更多波长、更好的波长测量精度和可分辨出更小的光路间隔，即向着能满足未来更高波分密度、更巨大的网络容量的传输设备的要求发展。
［参考文献］
［1］李富铭、刘一先：《光学测量》，上海科学技术文献出版社1986年版。
［2］Vincent So.Optical wavelength measurement system.United States Patent Number：5729347，1996.
［3］Parker T R，Farhadiroushan 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. 来源: 《建筑中文网》.
［论文摘要］信息爆炸导致通信带宽需求或通信容量爆增。提供巨大的通信带宽，高度可靠的传输性能，足够的业务承载容量以及低廉的使用费用，确保网络的可持续发展，支持当前和未来的任何业务信号的传送要求。本文通过密集光波分复用系统的概况、系统的测试要求，可调谐光滤器的结构，以及便携式光谱仪的方式与相关测量仪表的展望。（参考《建筑中文网》）
一、光波分复用(DWDM)系统
DWDM系统主要由光合波器、光分波器和掺铒光纤放大器(EDFA)组成。其中EDFA的作用是由比信号波长低的高能量光泵源将能量辐射进一段掺铒光纤中，当载有净负荷的光波通过此段光纤一起传播时，完成光能量的转移，使在1530—1565m波长范围内各个光波承载的净负荷信号全都得到放大，弥补了光纤线路的能量损失。这样，当用EDFA代替传统的光通信链路中的中继段设备时，就能以最少的费用直接通过增加波长数增大传输容量，使整个光通信系统的结构和设计都大大简化，并便于施工维护。
EDFA在DWDM系统中实际应用时又分为功放或后置放大器(BA)，预放或前置放大器(PA)和线路放大器(LA)3种，但有的公司为了简化，尽量减少设备品种，统一为OA，以便于维护。
商用的DWDM系统的每个波长的数据速率是2.5Gbps，或10Gbps，波长数为4、8、16、32等；40、80甚至132个波长的DWDM系统也已有产品。常用的有两类配置。一类是在光合波器前与在光分波器后设置波长转换器(Wavelength Transponder)OTU。这一类配置是开放式的，采用这种可以使用现有的1310nm和1550nm波长区的任一厂家的光发送与光接收机模块；波长转换器将这些非标准的光波长信号变换到1550nm窗口中规定的标准光波长信号，以便在DWDM系统中传输。
由于初期商用的EDFA带宽平坦范围在1540—1560nm，故早期使用的DWDM系统的复用光波长多在1550nm附近。后来实际EDFA的增益谱宽为35nm，约4.2THz，其中增益起伏小于1dB的谱宽在1539—1565nm之间，若以1.6nm(对应200GHz)的波长间隔，则最少可实现8波长，乃至16波长的同步放大；若以0.8nm(对应100GHz)的波长间隔，则最少可实现16个波长，乃至32个波长的DWDM系统，再加上EDFA约40dB的高增益，大于100mW的高输出功率，以及4—5dB的低噪声值等优越性能，故极大地促进了DWDM系统的快速发展。
正如电放大器那样，光放大器在放大光信号的同时也要引入噪声。它由光子的自发幅射(Spontaneous Emission)产生。此种噪声和光信号在光放大器中一起放大，并逐级积累形成干扰信号，即熟知的放大自发辐射(Amplified Spontaneous Emission，简写为ASE)干扰信号。这种ASE干扰信号经多经光放积累的功率会大到1—2mW，其频谱分布与波长增益谱对应。
这就是为什么经过若干个OLA放大后必须经过光电变换，分别取出各波长光路的电信号进行定时、整形与再生(3R)，完成光数字信号处理的主要原因，它决定了电中继段或复用段的最大距离或最大光中继段数。当然，其他因素例如允许的总的色散值也决定此电中继段的最大距离，这要由系统设计作光功率预算时，哪个因素要求最严格来确定。
二、DWDM系统的测试要求
以SDH终端设备为基础的多波长密集光波分复用系统和单波长SDH系统的测试要求差别很大。首先，单波长光通信系统的精确波长测试是不重要的，只需用普通的光功率计测量了光功率值就可判断光系统是否正常了。设置光功率计到一个特定的波长值，例如是1310nm还是1550nm，仅用作不同波长区光系统光源发光功率测试的较准与修正，因为对宽光谱的功率计而言，光源波长差几十nm时测出的光功率值的差别也不大。
可是，对DWDM系统就完全不同了，系统有很多波长，很多光路，要分别测出系统中每个光路的波长值与光功率大小，才能共发判断出是哪个波长，哪个光路系统出了。由于各个光路的波长间隔通常是1.6nm(200GHz)、0.8nm(GHz)，甚至0.4nm(50GHz)，故必须有波长选择性的光功率计，即波长计或光谱仪才能测出系统的各个光路的波长值和光功率的大小，因此，用一般的光功率计测出系统的总光功率值是不解决问题。其次，为了平滑地增加波长、扩大DWDM系统容量，或为了灵活地调度、调整电路和的容量，需要减少某个DWDM系统的波长数，即要求DWDM系统在增加或减少波长数时，总的输出光功率基本稳定。这样，当有某个光路、某个净负荷载体，即光波长或光载频失效时，又用普通光功率计测量总光功率值是无法发现问题的，因为一两个光载频功率大大降低或失效，对总的光功率值很小。此时，必须对各个光载频的功率进行选择性测量，不仅测出光功率电平值，而且还准确地测出具体的波长数值后，才能确切知道是哪个波长哪条光路出了问题。这不仅在判断光路故障时非常必要，而且在系统安装、调测和日常维护时也很重要。
此外，为了测量光放大器增益光谱特性，尤其是增益平坦度，需找出各波长或各光路的功率电平差值时，也必须测量出各光路的波长值和光功率值。
由于DWDM系统有n个波长，n个光路，等效于n个虚SDH光通信系统，故在系统的重要测量点必须有光分路器(分光器)，以避免在做波长和功率测量时中断系统，造成大量业务丢失。 三、便携式光谱仪
适用于DWSM系统现场安装调测与日常维护的便携式光谱分析仪，除去前已介绍的HP70952B，Agilent86121A外，现举OSP-102插件和OMS-100主机配合专用于DWDM系统测试的便携式光谱分析仪为例，说明采用可调谐光滤波器一方面使成本显著降低，一方面使重量减轻。体积缩小，有利于便携。为便于使用，还增加了下述分立的方式。
(1)光谱分析仪方式
用可调谐光滤波器沿着要选测的波长范围调整移动，将以图形方式显示测量结果，可用游标定位估计波长、功率数值，以及各波长和功率差值的测试数据。还可用存储器存储两个光谱的测试数据进行比较。
(2)光纤系统方式
用表列出直到16个光路或波信道的被测试的波长、功率和S/N。这种应用方式对光纤通信系统的日常维护测试特别有用。因为在DWDM系统的运行过程中，通常不希望光载频信号的功率超过规定的容限。
(3)光功率计方式
可调谐光滤波器固定调整到所选的波长，以数字显示该波长的光功率，就可以用来检测该光路或信道光载频功率随时间的变化，即稳定程度。这一方式在检测中断故障时尤其有用。
(4)监视器输出方式
将被滤出的光信号的一部分送到监视器输出，就能在不其他光路或波信道业务的条件下对DWDM系统的某指定波信道进行比特误码率测试，也可具体检测出哪一个波信道传输。
总之，DWDM系统的测量技术和测试仪表正向着更多波长、更好的波长测量精度和可分辨出更小的光路间隔，即向着能满足未来更高波分密度、更巨大的网络容量的传输设备的要求发展。
［参考文献］
［1］李富铭、刘一先：《光学测量》，上海科学技术文献出版社1986年版。
［2］Vincent So.Optical wavelength measurement system.United States Patent Number：5729347，1996.
［3］Parker T R，Farhadiroushan 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. 来源: 《建筑中文网》.
原文网址：http://www.pipcn.com/research/200905/12598.htm
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