波長測量論文
波長測量論文
一、光波分複用(DWDM)系統
DWDM系統主要由光合波器、光分波器和摻鉺光纖放大器(EDFA)組成。其中EDFA的作用是由比訊號波長低的高能量光泵源將能量輻射進一段摻鉺光纖中，當載有淨負荷的光波透過此段光纖一起傳播時，完成光能量的轉移，使在1530—1565m波長範圍內各個光波承載的淨負荷訊號全都得到放大，彌補了光纖線路的能量損失。這樣，當用EDFA代替傳統的光通訊鏈路中的中繼段裝置時，就能以最少的費用直接透過增加波長數增大傳輸容量，使整個光通訊系統的結構和設計都大大簡化，並便於施工維護。
EDFA在DWDM系統中實際應用時又分為功放或後置放大器(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，儘量減少裝置品種，統一為OA，以便於維護。
商用的DWDM系統的每個波長的資料速率是2．5Gbps，或10Gbps，波長數為4、8、16、32等；40、80甚至132個波長的DWDM系統也已有產品。常用的有兩類配置。一類是在光合波器前與在光分波器後設置波長轉換器(WavelengthTransponder)OTU。這一類配置是開放式的，採用這種可以使用現有的1310nm和1550nm波長區的任一廠家的光傳送與光接收機模組；波長轉換器將這些非標準的光波長訊號變換到1550nm視窗中規定的標準光波長訊號，以便在DWDM系統中傳輸。
由於初期商用的EDFA頻寬平坦範圍在1540—1560nm，故早期使用的DWDM系統的複用光波長多在1550nm附近。後來實際EDFA的增益譜寬為35nm，約4．2THz，其中增益起伏小於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16個波長，乃至32個波長的DWDM系統，再加上EDFA約40dB的高增益，大於100mW的高輸出功率，以及4—5dB的低噪聲值等優越效能，故極大地促進了DWDM系統的快速發展。
正如電放大器那樣，光放大器在放大光訊號的同時也要引入噪聲。它由光子的自發幅射(SpontaneousEmission)產生。此種噪聲和光訊號在光放大器中一起放大，並逐級積累形成干擾訊號，即熟知的放大自發輻射(AmplifiedSpontaneousEmission，簡寫為ASE)干擾訊號。這種ASE干擾訊號經多經光放積累的功率會大到1—2mW，其頻譜分佈與波長增益譜對應。
這就是為什麼經過若干個OLA放大後必須經過光電變換，分別取出各波長光路的電訊號進行定時、整形與再生(3R)，完成光數字訊號處理的主要原因，它決定了電中繼段或複用段的最大距離或最大光中繼段數。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系統的測試要求
以SDH終端裝置為基礎的多波長密集光波分複用系統和單波長SDH系統的測試要求差別很大。首先，單波長光通訊系統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是否正常了。設定光功率計到一個特定的波長值，例如是1310nm還是1550nm，僅用作不同波長區光系統光源發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系統就完全不同了，系統有很多波長，很多光路，要分別測出系統中每個光路的波長值與光功率大小，才能共發判斷出是哪個波長，哪個光路系統出了。由於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系統容量，或為了靈活地排程、調整電路和的容量，需要減少某個DWDM系統的波長數，即要求DWDM系統在增加或減少波長數時，總的輸出光功率基本穩定。這樣，當有某個光路、某個淨負荷載體，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現問題的，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值後，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，而且在系統安裝、調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。
由於DWDM系統有n個波長，n個光路，等效於n個虛SDH光通訊系統，故在系統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，造成大量業務丟失。ト、行動式光譜儀
適用於DWSM系統現場安裝調測與日常維護的行動式光譜分析儀，除去前已介紹的HP70952B，Agilent86121A外，現舉OSP－102外掛和OMS－100主機配合專用於DWDM系統測試的行動式光譜分析儀為例，說明採用可調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，有利於便攜。為便於使用，還增加了下述分立的方式。
(1)光譜分析儀方式
用可調諧光濾波器沿著要選測的波長範圍調整移動，將以圖形方式顯示測量結果，可用遊標定位估計波長、功率數值，以及各波長和功率差值的測試資料。還可用儲存器儲存兩個光譜的測試資料進行比較。
(2)光纖系統方式
用表列出直到16個光路或波通道的被測試的波長、功率和S/N。這種應用方式對光纖通訊系統的日常維護測試特別有用。因為在DWDM系統的執行過程中，通常不希望光載頻訊號的功率超過規定的容限。
(3)光功率計方式
可調諧光濾波器固定調整到所選的波長，以數字顯示該波長的光功率，就可以用來檢測該光路或通道光載頻功率隨時間的變化，即穩定程度。這一方式在檢測中斷故障時尤其有用。
(4)監視器輸出方式
將被濾出的光訊號的一部分送到監視器輸出，就能在不其他光路或波通道業務的條件下對DWDM系統的某指定波通道進行位元誤位元速率測試，也可具體檢測出哪一個波通道傳輸。
總之，DWDM系統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、更巨大的網路容量的傳輸裝置的要求發展。
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