波分复用传输系统实验设计

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｆｉｂｅｒ ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ（ＷＤＭ）ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｃｃｕｐｉｅｓ ａ ｐｉｖｏｔａｌ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ｍｏｄｅｒｎ ｆｉｂｅｒ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ．Ｓｏ ｉｔ ｉｓ ｖｅｒｙ ｎｅｃｅｓｓａｒｙ ｔｏ ｏｐｅｎ ｔｈｅ ＷＤＭ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｆｏｒ ｔｈｅ ｕｎｄｅｒ－ ｇｒａｄｕａｔｅｓ．Ｉｎ ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｔｈｅ ｂａｓｉｃ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｏｆ ｔｈｅ ＷＤＭ ｉｓ ｔｅｓｔｅｄ ｆｉｒｓｔｌｙ．Ｔｈｅｎ ｔｗｏ ｋｉｎｄｓ ｏｆ ｄｕａｌ－ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ＷＤＭ ｖｉｄｅｏ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ａｒｅ ｓｅｔ ｕｐ ｕｓｉｎｇ ｍｏｄｕｌａｔｏｒ，ｄｅｍｏｄｕｌａｔｏｒ，ｃａｍｅｒａ ａｎｄ ｓｏ ｏｎ．Ｔｈｅｙ ａｒｅ ｓｉｎｇｌｅ ｆｉｂｅｒ ｕ－ ｎｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ ｓｉｎｇｌｅ ｆｉｂｅｒ ｂｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ ｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｅｎ ｔｈｅ ｒｅｃｅｉｖｅｒ ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｔｗｏ ｓｙｓｔｅｍｓ ｃａｎ ｂｅ ｔｅｓｔ－ ｅｄ ｂｙ ａｄｊｕｓｔｉｎｇ ｔｈｅ ａｄｊｕｓｔａｂｌｅ ａｔｔｅｎｕａｔｏｒ ｉｎ ｔｈｅ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｆｉｂｅｒ．Ｆｉｎａｌｌｙ ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｒｅｓｕｌｔ ｉｓ ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ ａｂｏｖｅ ｔｈｅ ｓｔｕｄｅｎｔｓ ｃａｎ ｕｎｄｅｒｓｔａｎｄ ｔｈｅ ｗｏｒｋ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｔｈｅ ＷＤＭ ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ ｐｒｅｌｉｍｉｎａｒｉｌｙ ｍａｓｔｅｒ ｔｈｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｉｔ．Ｉｔ ｉｓ ｔｈｅ ｂａｓｅ ｏｆ ｆｕｒｔｈｅｒ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｆｏｒ ｔｈｅ ｓｔｕｄｅｎｔｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ（ＷＤＭ）；ｆｉｂｅｒ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ；ｓｙｓｔｅｍ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ
波分复用 技 术 打 破 了 原 先 在 １ 根 光 纤 中 只 传 输 １ 路 光 载 波 的 模 式 ，而 是 将 多 个 不 同 波 长 的 光 信 号 复 用 在 同 一 根 单 模 光 纤 中 进 行 传 输 ，充 分 利 用 了 光 纤 低 损 耗 区 的 带 宽 资 源 ，使 传 输 容 量 和 传 输 速 度
随着社会形态的 不 断 发 展，全 球 通 信 业 务 量 迅 速 增长。多种媒体信号的传输及互联网的发展都需要传 输速率高、传输容量 大 且 能 混 合 传 输 视 频、音 频、数 据 等 不 同 类 型 信 号 的 光 纤 传 输 系 统 。 ［１－３］ 波 分 复 用 （ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ，ＷＤＭ）技 术 恰 恰 满 足了这种发展的需求。它的优越的性能就使之成为光 通信领域中研究和应用的热点。随着波分复用器件发 展的成熟，９０年代中期波分复用光通信 系 统 得 以 迅 速 发 展 ，进 而 成 为 现 代 通 信 网 络 的 基 础 平 台 。
波分复用传输系统实验设计
吕 晖１ ，马 晓 红１ ，赵 华 凤１ ，郭 雷２
（１．清华大学 电子工程系，北京 １０００８４；２．６３９５６部队 一室，北京 １０００９３）
摘 要：波分复用（ＷＤＭ）技术在现代光纤传输系统 中 有 着 重 要 的 位 置 ，因 此 为 本 科 生 开 设 ＷＤＭ 通 信 系 统 实验课是非常必要的。首先测试了 ＷＤＭ 的基本特性，然后利用发端机、收端机、摄像头等设备搭建起单芯单 向传输和单芯双向传输的双波长 ＷＤＭ 视频传输系统，并且通过加大传输链路中光信号衰减的方法来测试这 两种系统的接收灵敏度，对所测得的实验结果进行分析。学生通过上述实验过程可掌握 ＷＤＭ 系统工作原理 和 初 步 掌 握 系 统 分 析 方 法 ，为 今 后 进 一 步 研 究 打 下 基 础 。 关 键 词 ：波 分 复 用 ；光 纤 传 输 ；系 统 性 能 中 图 分 类 号 ：ＴＮ９２９．１１ 文 献 标 志 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１００２－４９５６（２０１１）１２－００７６－０４
图 ２ 为 ＭＵＸ／ＤＭＵＸ 性 能 的 测 试 系 统，其 中 ＭＵＸ／ＤＭＵＸ 的２ 端 口 为 １ ３１０ｎｍ 通 道，３ 端 口 为 １ ５５０ｎｍ通道。先测量 ＭＵＸ／ＤＭＵＸ 对１ ３１０ｎｍ 信 号的特性，采用１ ３１０ｎｍ 波 长 光 信 号 的 发 射 端，用 光 功率计先测量１点的发射光功率 Ｐ１，再 分 别 测 量 光 信 号通过 ＭＵＸ 后 在 ２ 点 和 ３ 点 的 光 功 率 Ｐ２ 和 Ｐ３，光 功率单位为 ｄＢ。
表１是 对 本 实 验 中 对 所 用 到 不 同 ＭＵＸ／ＤＭＵＸ
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实 验 技 术 与 管 理
进行测试的结果。从测试结果 可 见，１ ３１０ｎｍ 光 信 号 并不都是在１ ３１０ｎｍ 光信道中传输，而是会有一部分 串入到１ ５５０ｎｍ 光 信 道 中；同 样 １ ５５０ｎｍ 波 长 的 信 号也会有一部分 串 入 到 １３１０ 路 信 道 中。 性 能 越 好 的 ＭＵＸ／ＤＭＵＸ 隔离度也越高。
评价 ＭＵＸ／ＤＭＵＸ 的主 要 性 能 参 数 是 插 入 损 耗 和隔离 度。插 入 损 耗 指 某 个 特 定 波 长 的 信 号 穿 过 ＷＤＭ 器件相应通 道 时 所 引 入 的 功 率 损 耗，通 常 希 望 这个损耗越小越好。隔离度指波长隔离度或通道隔离 度 ［５］，也 就 是 某 一 光 路 对 其 他 光 路 中 信 号 的 隔 离 能 力 。
图２ ＭＵＸ／ＤＭＵＸ 性能测试系统图
在发射 信 号 为 １ ３１０ｎｍ 下，用 Ｐ２ （ｄＢｍ）－Ｐ１ （ｄＢｍ）可 得 到 ＭＵＸ／ＤＭＵＸ 对１ ３１０ｎｍ光 信 道 的 衰 减，用 Ｐ２（ｄＢｍ）－Ｐ３（ｄＢｍ）可 得 到 ＭＵＸ／ＤＭＵＸ 对 １ ３１０ｎｍ光 信 道 的 隔 离 度。 当 发 射 信 号 为 １ ５５０ｎｍ 时，用同 样 的 方 法 可 得 出 ＭＵＸ／ＤＭＵＸ 对 １ ５５０ｎｍ 光信道 的 衰 减 和 隔 离 度。 实 验 测 得 的 结 果 是：对 于 １ ３１０ｎｍ的 光 信 号，ＭＵＸ／ＤＭＵＸ 隔 离 度 是 ２３．８５ ｄＢ；对于１ ５５０ｎｍ 波长的光信号，ＭＵＸ／ＤＭＵＸ 隔离 度是２０．２９ｄＢ。然后，可将刚才测试的 ＭＵＸ／ＤＭＵＸ 换成低隔离度的 ＭＵＸ／ＤＭＵＸ，并且重 复 上 述 实 验 步 骤，比较不同性能的 ＭＵＸ／ＤＭＵＸ 的差异。
实验系统还包括搭建波分复用传输系统所需的光 无源器件：复 用 器／解 复 用 器 （ＭＵＸ／ＤＭＵＸ），单 模 光 跳 线 ，光 法 兰 盘 ，固 定 光 衰 减 器 ，可 调 光 衰 减 器 。 ＭＵＸ 复 用 器 为 双 波 长 复 用 器，两 输 入 端 波 长 分 别 为 １ ３１０ｎｍ和１ ５５０ｎｍ，一 个 输 出 端 （波 长 复 用 后 的 输 出端）。实验 中 所 用 的 ＭＵＸ／ＤＭＵＸ 是 互 易 的 （双 向 可逆），即只要把 ＭＵＸ 的输入和输出端反过来使用就 是 ＤＭＵＸ。
吕 晖 ，等 ：波 分 复 用 传 输 系 统 实 验 设 计
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图 １ 单 芯 双 向 传 输 波 分 复 用 系 统 图
在单芯单向系统 中，所 有 光 路 在 １ 根 光 纤 中 都 沿 一个方向传送，在发 送 端 将 各 种 信 息 调 制 到 不 同 波 长 的光信号上，再将这 些 载 有 信 息 的 光 信 号 通 过 复 用 器 （ＭＵＸ）复 用 到 同 一 根 光 纤 中 进 行 单 向 传 输 ；信 号 传 到 接收端后先 通 过 一 个 解 复 用 器 （ＤＭＵＸ）将 各 个 波 长 的 光 信 号 分 开 ，再 进 行 解 调 ，由 此 完 成 多 个 不 同 波 长 光 信号的传输。在此系统中反方向的信号是由另一根光 纤传送的。
收 稿 日 期 ：２０１１－０９－０６ 作 者 简 介 ：吕 晖 （１９８３— ），女 ，天 津 ，硕 士 ，研 究 方 向 为 光 电 子 技 术 ．
大幅提高。该技术可在不新增光纤数目的前提下 实 现 ，不 仅 扩 容 简 单 ，也 大 大 降 低 了 传 输 成 本 。
基于 ＷＤＭ 技术的广 泛 应 用 和 需 求，为 本 科 生 光 电子技术 实 验 课 中 增 加 ＷＤＭ 光 纤 传 输 系 统 实 验 是 非常必要的。可以让学生在学习理论知识的同 时 接触 到 技 术 的 实 用 化 ，不 仅 拓 展 了 视 野 ，还 为 学 生 今 后 进 一 步的研究打下了基础。
３ 实 验 步 骤 设 计 及 结 果 分 析
３．１ ＭＵＸ／ＤＭＵＸ 性能测试 ＭＵＸ／ＤＭＵＸ 是用 来 合 成 或 分 离 不 同 波 长 光 信
号 的 无 源 器 件 ，是 波 分 复 用 传 输 系 统 的 关 键 器 件 ，它 的 性能对整个传输系统有着决定性的影响。只有在了解 了 ＭＵＸ／ＤＭＵＸ 性 能 的 基 础 上 才 能 更 好 地 理 解 和 分 析基于此器件建立起来的传输系统性能。
ＩＳＣＳＮＮ１ １１０－０２２０－３４４／９Ｔ５６
实 验 技 术 与 管 理 Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Nhomakorabea第
２８ 卷 第 １２ 期 ２０１１ 年 １２ Ｖｏｌ．２８ Ｎｏ．１２ Ｄｅｃ．２０１１
月
单芯双向传输系统（见图 １）则是在 同 一 根 光 纤 中 同时传输多路具有 相 反 方 向 的 光 信 号。 通 常 来 讲，单 芯 单 向 传 输 比 较 容 易 升 级 扩 容 ，但 相 应 的 成 本 也 较 高 。 单芯双向传输的优点 是 可 节 省 光 纤 资 源，但 是 需 要 考 虑反射光的串扰。