光通信具有帶寬大、可靠性高、成本低等特點,光通信系統(tǒng)和光網(wǎng)絡飛速發(fā)展給信息時代帶來新的革命。 OADM節(jié)點在光網(wǎng)絡中的應用,使得環(huán)內(nèi)路由操作不受傳輸信號類型和速率的影響,從而實現(xiàn)本地網(wǎng)的透明,為提供端到端的波長業(yè)務奠定基礎。也就是說用戶可以根據(jù)自己的需要將任何形式,任何速率的信息承載在某一個波長上,而網(wǎng)絡通過波長標識路由將其傳到目的地。

一、概述

    WDM光網(wǎng)絡簡介

    隨著數(shù)據(jù)業(yè)務以幾何級數(shù)增長,尤其是Internet的迅速普及,現(xiàn)有網(wǎng)絡技術已遠遠不能適應廣大用戶對網(wǎng)絡速度和帶寬的要求。90年代中期后走向?qū)嵱玫墓獠ǚ謴陀茫╓DM）技術可以較好地利用光纖的寬帶能力,是一種比較經(jīng)濟實用的擴大傳輸容量的方法,因而在近年來得到迅速發(fā)展,目前商品化的系統(tǒng)傳輸容量已達400Gb/s,實驗系統(tǒng)則達到10Tb/s。

    然而,目前光纖傳送的信息到了節(jié)點上還必須全部經(jīng)過光/電轉(zhuǎn)換,依靠電子設備進行互聯(lián)和交換,再把電信號轉(zhuǎn)換成光信號向下傳輸。光電轉(zhuǎn)換和電子設備的速率限制了交換容量的提高,即形成所謂的“電子瓶頸”。

    可以預計,建立在WDM傳輸和OADM、OXC光節(jié)點基礎上的WDM全光網(wǎng)(WDM-AONs)將成為占主導地位的新一代光纖通信網(wǎng)絡,以其高度的透明性、兼容性、可重構性和可擴展性,滿足當今信息通信容量急劇增長的需要。

    OADM是波分復用（WDM）光網(wǎng)絡的關鍵器件之一,其功能是從傳輸光路中有選擇地上下本地接收和發(fā)送某些波長信道,同時不影響其它波長信道的傳輸。也就是說,OADM在光域內(nèi)實現(xiàn)了傳統(tǒng)的SDH（電同步數(shù)字層次結(jié)構）分插復用器在時域內(nèi)完成的功能,而且具有透明性,可以處理任何格式和速率的信號,這一點比電ADM更優(yōu)越。

    OADM的研究進展和技術水平

    鑒于OADM在骨干網(wǎng)節(jié)點及本地接入中的重要作用,國內(nèi)外各大學、公司和團體都展開了比較深入的研究,有力的推動了OADM商業(yè)化進程。美國于1994年開始的MONET計劃,包含基于聲光可調(diào)諧濾波器結(jié)構的8波長通道OADM節(jié)點的研究。歐盟于1995年開始的ACTS計劃中有COBNET（聯(lián)合光干線通信網(wǎng)）和METON（光城域通信網(wǎng)）兩個項目都與OADM有關,該計劃對OADM器件進行了廣泛而深入的研究。

    從商業(yè)化程度來看,目前Lucent公司已經(jīng)研制出40×10Gb/s帶有完善網(wǎng)絡接口的OADM節(jié)點,并成功推向市場。其它如Alcatel,Siemens,NEC等公司也都有成熟產(chǎn)品推出。目前國內(nèi)對OAMD的研究也取得了很大進展,在863-300項目“中國高速信息示范網(wǎng)”中,大唐、武郵、中興分別完成了8路波長,任意上下的OADM節(jié)點,具有完善的網(wǎng)絡管理接口,可根據(jù)網(wǎng)絡需求,對OADM進行靈活配置。

二、OADM的技術原理

    OADM的物理模型

    如圖1所示為OADM的基本原理示意圖。一般的OADM節(jié)點可以用四端口模型來表示,基本功能包括三種：下路需要的波長信道,復用進上路信號,使其它波長信道盡量不受影響地通過。OADM具體的工作過程如下：從線路來的WDM信號包含N個波長信道,進入OADM的“Main Input”端,根據(jù)業(yè)務需求,從N個波長信道中,有選擇性地從下路端（Drop）輸出所需的波長信道,相應地從上路端（Add）輸入所需的波長信道。而其它與本地無關的波長信道就直接通過OADM,和上路波長信道復用在一起后,從OADM的線路輸出端（Main Output）輸出。

    網(wǎng)絡設計對OADM的要求

    根據(jù)不同的組網(wǎng)設計、業(yè)務需求情況和資源配置,光網(wǎng)絡對用于其中的OADM節(jié)點有一定的要求,主要集中在性能要求上,具體體現(xiàn)在以下幾個方面：重構性、可擴展性、透明性以及多通道處理能力。

    此外,引入OADM對網(wǎng)絡管理有利有弊。盡管OADM允許光信道的靈活管理,但其靈活性不是完全不受約束的,OADM帶來的信號惡化需要認真考慮。在網(wǎng)絡目標與OADM的光性能上存在一個技術選擇的平衡點。

    OADM 中的主要參數(shù)

    主要參數(shù)有：信道間隔、信道帶寬、中心波長、信道隔離度、波長溫度穩(wěn)定度、信道差損均勻性。

    OADM節(jié)點技術分類和比較

    OADM節(jié)點的核心器件是光濾波器件,由濾波器件選擇要上/下路的波長,實現(xiàn)波長路由。目前應用于OADM中的比較成熟的濾波器有聲光可調(diào)諧濾波器、體光柵、陣列波導光柵（AWG）、光纖布拉格光柵（FBG）、多層介質(zhì)膜等。

    根據(jù)可實現(xiàn)上下波長的靈活性,OADM可分為固定波長OADM、半可重構OADM和完全可重構OADM。從實際應用上看固定波長OADM和半可重構OADM已可以應用于系統(tǒng)中,而在大型網(wǎng)絡節(jié)點中可以上下任意波長信道的完全可重構OADM實現(xiàn)起來還有一定難度。

    從OADM實現(xiàn)的具體形式來看,主要包括分波合波器加光開關陣列及光纖光柵加光開關兩大類。

    1）分波合波器加光開關陣列

    這種結(jié)構的波長路由采用分波合波器,OADM的直通與上下的切換由光開關或光開關陣列來實現(xiàn)。其系統(tǒng)結(jié)構如圖2所示。這種結(jié)構的支路與群路間的串擾由光開關決定,波長間串擾由分波合波器決定。由于分波合波器的損耗一般都比較大,所以這種結(jié)構的主要不足是插損較大。目前分波合波器多采用體光柵、多層介質(zhì)膜和陣列波導光柵等器件。從物理上看分波器反過來用就成為合波器,當然在實際設計上分波器與合波器的考慮還是略有不同的,下面從構成分波器的角度對這三種器件分別加以簡要介紹。

    多層介質(zhì)膜

    多個FP腔級聯(lián)構成多層介質(zhì)膜,根據(jù)每個FP腔的透過波長不同來實現(xiàn)解復用功能,這是多層介質(zhì)膜的工作原理。其優(yōu)點是頂帶平坦,波長響應尖銳,溫度穩(wěn)定性好,損耗低,對信號的偏振性不敏感,在商用系統(tǒng)中廣泛應用。但由于它要通過透鏡與光纖相連,因而光纖耦合需要精確校準,另外其穩(wěn)定性也受到環(huán)境溫度的影響,因此在生產(chǎn)與復制過程中難以保證通帶中心波長的精確控制

    如圖3所示是包含8個FP結(jié)構介質(zhì)膜的級聯(lián)結(jié)構的分波器。

    體光柵

    體光柵屬于角色散型器件。衍射光柵在玻璃襯底上沉積環(huán)氧樹脂,在其上制造光柵線,構成反射型閃耀光柵。入射光照射到光柵上后,由于光柵的角色散作用,不同波長的光以不同角度反射,然后經(jīng)透鏡匯聚到不同的輸出光纖,從而完成波長選擇作用。由于體光柵是體型裝置,不易制造,價格昂貴。

    陣列波導光柵

    將光從普通的N×N星型耦合器的任何一處輸入都將傳到所有輸出端,沒有任何波長選擇性。而在陣列波導光柵(AWG)中,任何工作頻段內(nèi)的輸入光都將從一個確定的端口輸出,這樣就可以實現(xiàn)復用和解復用的功能。與目前常用的多層介質(zhì)膜相比,AWG的特點是結(jié)構緊湊、價格便宜、信道間隔更窄,適用于多信道的大型節(jié)點。

    AWG結(jié)構如圖4所示,包括一個輸入波導陣列和輸出波導陣列,在二維波導平板上成幾何中心對稱。

    AWG需要解決的問題有：偏振的影響、溫度的影響、光纖的連接與耦合。

    2）光纖光柵

    光纖布拉格光柵（FBG）是使用紫外光干涉在光纖中形成周期性的折射率變化（光柵）制成的光器件。其優(yōu)點是可直接寫入通信光纖,成本低,生產(chǎn)重復性高,可批量生產(chǎn),易于與各種光纖系統(tǒng)連接,連接損耗小,波長、帶寬、色散可靈活控制。存在的主要問題是受外界環(huán)境的影響較大,如溫度、應變等因素的微小變化都會導致中心波長的漂移。

    如圖5所示,干線WDM信號經(jīng)開關選路,每路的光柵對準一個波長,被光柵反射的波長經(jīng)環(huán)行器下路到本地,其他的干線信號波長通過光柵經(jīng)環(huán)行器跟本地節(jié)點的上路信號波長合波,繼續(xù)在干線上向前傳輸。這個方案可以根據(jù)開關和光柵來任意選擇上下話路的波長,使網(wǎng)絡資源的配置具有較大的靈活性。由于每個FBG只能下一路波長信道,由于生產(chǎn)成本的原因,這種結(jié)構只能適用于上下話路不多的小型節(jié)點。

附表 三種結(jié)構OADM的典型值