WDM波分復(fù)用器件的結(jié)構(gòu)組成介紹

目前已知WDM波分復(fù)用技術(shù)有很多種，如：FBT (熔融拉錐，F(xiàn)used Biconical Taper)、FBG(光纖布拉格光柵，F(xiàn)iber Bragg Grating)、TFF (薄膜濾波， Thin Film Filter)、AWG (陣列波導(dǎo)光柵， Arrayed Waveguide Grating)、EDG (刻蝕衍射光柵，Etched Diffraction Grating)、MZI (馬赫-曾德干涉，Mach-Zehnder Interferometers)、MRR (微環(huán)諧振器型， Micro Ring Resonator)。其中TFF和AWG是最常用的兩種WDM技術(shù)。本文介紹一下TFF型WDM器件的結(jié)構(gòu)組成。

三端口WDM器件的結(jié)構(gòu)，包括一個(gè)雙光纖準(zhǔn)直器、一個(gè)單光纖準(zhǔn)直器和一個(gè)TFF濾光片。

TFF介質(zhì)薄膜濾波片 （膜片）, 是整個(gè)WDM器件最核心元件，成本最高。TFF濾光片粘貼在雙光纖準(zhǔn)直器的準(zhǔn)直透鏡的端面上，主要功能是進(jìn)行透射與反射。

普通膜片尺寸如圖所示，也有特殊尺寸的。有濾波面（反射面）和增透面（透射面），濾波面的主要功能是讓某種顏色的光（即對(duì)應(yīng)某種波長的光）通過，讓其他顏色的光反射；增透面的主要功能是讓光通過膜片。一般來說，顏色較深的是反射面，顏色較淺的是透射面。

多層介質(zhì)膜濾波片是一種多層高反射膜，膜層數(shù)目可多達(dá)幾十層至上百層，交替由較高折射率和較低折射率的兩種電介質(zhì)材料組成，與濾波片基底和空氣相鄰的膜層具有較高折射率。將幾十層不同的介質(zhì)薄膜組合起來，組成具有特定波長選擇特性的干涉濾波器，就可以實(shí)現(xiàn)將不同波長分離或合并的效果。

從光纖端發(fā)出來的光是發(fā)散的，導(dǎo)致不能傳遠(yuǎn)！怎么辦？

因此，需要用到準(zhǔn)直器，將原本發(fā)散的光聚成一束光斑較大的平行光束，從而達(dá)到準(zhǔn)直（平行）效果，保證相對(duì)長的傳輸距離。準(zhǔn)直器是利用透鏡（ C-Lens或者G-Lens）的匯聚原理。

什么東西能夠使發(fā)散的光線平行傳輸，使平行傳輸?shù)墓饩€會(huì)聚？那就是透鏡。透鏡是對(duì)光束進(jìn)行變換的關(guān)鍵部位，使用較多的是定折射率透鏡（C-lens），也就是球面透鏡（conventional lens），和自聚焦透鏡（G-lens），又稱梯析透鏡（Gradient-index，GRIN）。C-lens和G-lens都具有聚焦和成像功能。兩個(gè)透鏡的作用是不同的，第一個(gè)透鏡將發(fā)散的光線平行，第二個(gè)透鏡將平行的光線匯聚。

從外觀上來看，C-lens的端面一端為球面，而G-lens的一端為平面，正是因?yàn)檫@個(gè)原因，G-lens準(zhǔn)直器可以將某些光學(xué)器件直接粘接在該平面上，從而使得模塊可以更緊湊，這是C-lens不具備的特點(diǎn)。在WDM器件中輸入端使用G-lens其中一個(gè)原因主要是因?yàn)樗鸟詈厦媸瞧降?，方便濾波片的粘接。

GRIN lens的準(zhǔn)直特性中，一個(gè)很重要的參數(shù)是節(jié)距。如下圖所示，如果讓一束平行光線入射進(jìn)GRIN lens，其傳播軌跡是遵循周期函數(shù)的模式，GRIN lens的厚度剛好為一個(gè)周期時(shí)，出射光線也講是一組平行光線。在光纖通信中，通常使用的是1/4節(jié)距的G-lens。

將C-透鏡裝在光纖頭的前面，外面用玻璃或金屬套管封裝，就做成了一個(gè)C-透鏡準(zhǔn)直器。光纖準(zhǔn)直器由尾纖與透鏡精確定位而成，利用透鏡（ C-Lens或者G-Lens）的匯聚原理使原本發(fā)散的光聚成一束光斑較大的平行光束，從而達(dá)到準(zhǔn)直（平行）效果。一般G-透鏡準(zhǔn)直器的成本要比C-透鏡準(zhǔn)直器高，所以我們大多使用C-透鏡準(zhǔn)直器。

TFF WDM器件中，輸入端雙光纖準(zhǔn)直器一般采用G-lens透鏡準(zhǔn)直器，輸出端單光纖準(zhǔn)直器采用C-lens透鏡準(zhǔn)直器。

不管封裝形式如何，基于Filter的WDM器件的基本光路都是如下圖所示。WDM信號(hào)包括波長λ1, λ2,…λn，從公共端輸入，TFF濾光片讓一個(gè)波長λn透射，其他波長則被反射，因此波長λn從透射段輸出，而其他波長從反射端輸出。其中，一路輸入的光信號(hào)被分成兩路不同的光信號(hào)輸出，即為分波；兩路輸入的光信號(hào)被合成一路混合的光信號(hào)輸出，為合波。

為了將所有波長解復(fù)用，需要將n個(gè)三端口器件串聯(lián)起來，組成WDM模塊，如圖所示，其中每個(gè)三端口器件中的TFF濾光片，其透射波長不同。WDM模塊可用作解復(fù)用器或者復(fù)用器，取決于信號(hào)的傳輸方向。