自上世紀80年代開始,光纖通信技術得到了(le)蓬勃發展(zhǎn),為了更好的利用光纖中的帶寬資(zī)源(yuán),基於(yú)薄膜濾光片(Thin Film Filter)技術的波分複用(yòng)(WDM)係統在自1996年第一個WDM濾波器被正式應用於通(tōng)信(xìn)係統後得到了廣泛的應(yīng)用。雖然在世紀交(jiāo)替的幾年(nián)裏,光通信產業的產業因為泡沫經濟的(de)破(pò)裂遭受了沉重的打擊,光網絡市場發生了(le)嚴重的衰退,運營商的盲目追求大容量和高帶(dài)寬而造成(chéng)的眼球效應(yīng)的方式被逐漸摒棄,取而代之的是更為注重資(zī)金、運營支出以及投資回報等財務指標的經濟運(yùn)營(yíng)方式、和更為看重係(xì)統設備(bèi)的性能價格(gé)比,更為重視多業務解決方案,更為關注能夠節省人工費用的智能化(huà)配置和調度功能的運作模式。經過幾年的震蕩和用戶群體培養造成的消耗,自2005年開始,光網絡市場(chǎng)開始出現複蘇的跡象,對光器件(jiàn)和網絡係(xì)統的需求逐漸增多。
但是這種技(jì)術(shù)在這幾年裏經過時間使用(yòng)的考驗後,仍然(rán)是人們在組建高帶寬光網絡的首(shǒu)選技術。由於長途幹線容量需求較大,同時由於光纖放(fàng)大器EDFA和WDM相結合使得(dé)WDM在幹線(xiàn)中使用非常經濟,造成了目前WDM技術(shù)依然主要應用於長途幹線中。同時隨(suí)著人(rén)們通信(xìn)需求的不斷增長,為了緩解(jiě)通信網絡的擁擠狀況、增加網絡的靈活性及適應數據業務的(de)需要,美國和歐(ōu)洲已經開始考慮在城域網中(zhōng)采用密集波(bō)分複(Dense Wavelength Division Multiplexing,DWDM)技術,可以預見,DWDM技術(shù)將逐漸從骨幹網滲透到城域網和接入網絡(luò)中。
隨著通信信息需求的迅猛增長,終端用戶對服務的帶寬要求(qiú)越來越高,而對服務的價格則希望越(yuè)來越低。這就要求(qiú)電信服務提供商要在不斷(duàn)壓縮自己成本的基礎上(shàng)不斷的提高帶寬。作為目前主要的通信信息傳(chuán)輸載體,光網路承擔的傳(chuán)輸任務越來越重,提高通信(xìn)帶寬的方法——增加通信通路,而要想增加通信的通路的數量的(de)方法不外乎兩種:
1、 增加鋪設的光纖的根數。通過大量的鋪設光纖芯數增加通信的通路數量。
2、 增加現有光線通路裏麵的通信載(zǎi)波的數量,就是增加(jiā)單根光纖裏的通信信道(dào)——光纖上增(zēng)加多通道複用。
光纜的鋪設需要耗用大量的人力(lì)物力的成本,占(zhàn)用相當多(duō)的空間資源。尤其是(shì)在主幹網絡中(zhōng),由於傳輸的距離遠,再次鋪設和維護都非常困難。雖然現在的光纜的價格已經降的(de)很低,但是現在的價格已經接近了各個光纜生產廠家的成本的(de)價格,電信(xìn)服務(wù)商很難從這個方麵再有(yǒu)更高的成本的節省空間(jiān),在現有已經鋪設好的光纖上增加更多通信的通道數仍然是電信提供商的首選。如何在同(tóng)一(yī)根光纖上更好的實現更多的(de)通道、更少幹擾、更高效率的傳(chuán)輸,是電信提(tí)供商提出來的要求。要解決這樣的問題,DWDM薄膜濾波片的改進是一項不可延誤的任務(wù)。
在主幹網絡(luò)中,隨著通道使用數(shù)量的增(zēng)加,光纖通信傳輸網絡對通道帶(dài)寬、信噪比、不同(tóng)通道信號之間的隔(gé)離能力等關鍵指標的要求越來越高,造成組成網絡的DWDM光無源器(qì)件(jiàn)的相關組件的性能也是隨之不斷提升,由此對基於窄帶幹涉濾光片技術的產品的指標(biāo)要求也是水漲(zhǎng)船高(gāo),在(zài)需求(qiú)動(dòng)力的推動下(xià),DWDM器件組(zǔ)裝相關的各個產業(yè)鏈的產品的性能提高也(yě)就成了必然要求。越來(lái)越(yuè)高的技術參數的要求,對生(shēng)產工藝的改建提出了挑戰,需要有更有力的工藝的支持來(lái)完成進一步的改善.
一、 無源光網(wǎng)絡中的主(zhǔ)要波分複用技術
有了需求就有相應的多種技術(shù)為之服務,人(rén)們對通信跨地(dì)域效(xiào)率的需(xū)求促使服務提供商不斷的擴充他們的通信容量。而在(zài)光通信領域波分複用係統是不容置疑的低成本提高通信容量的方(fāng)式。
目前市場上使用的波分(fèn)複用技術有基於薄膜濾波片的薄膜濾波技術;光纖光(guāng)柵技術;基於平麵PLC的平麵光波導(AWG)技術;基於(yú)光纖耦合器的級聯M-Z幹涉法(fǎ);基於(yú)空間(jiān)衍射光柵的(de)體(tǐ)介質法等多種(zhǒng)方法(fǎ)。本文就近就目前應(yīng)用最多的(de)前三種技術進行對比分析。
二、 目前主要的波分複用技術
1、 AWG技術
陣列波導光柵(AWG)是第一個將平麵波導線路(Planar Lightwave Circuit)技術應用於商品(pǐn)化的元件。其做法為特(tè)殊的晶圓上沉積光導膜層,再利用微影製程及反(fǎn)應(yīng)式離子蝕刻(kè)法(fǎ)等微觀加工工藝定義出陣列波導及分光元件等,然後在最上層覆以保護層。其主要(yào)結構如下圖所示:
圖中A、B兩(liǎng)個部分為兩個星型耦合波導(dǎo)(輸入、輸(shū)出平麵波導)通過按(àn)照羅蘭圓原理構造排列的(de)陣列波導(此處陣列波導(dǎo)同(tóng)時組成了一組透射光柵)連接在一起,透射光柵在羅蘭圓(yuán)原理(A、B)的作用(yòng)下,產生了如下圖所示的分(合)波效應。精確的波導膜層沉積技術和達到亞微米量級的光刻技術的(de)出現,使得基於這種原(yuán)理(lǐ)的分(合)波技術可以通過精準(zhǔn)可控的方法達成。並且AWG在晶圓上的(de)實現過(guò)程使用(yòng)與一般半導體類似的製程,在多通道數的製(zhì)作成本與低通道數相差不多,但更適合量產,而且整合度較高。
正是(shì)由於這種高的整合度(dù)的優勢的存在,使得AWG技術迎合了上世(shì)紀90年代末的電信泡沫時期(qī)通信容量暴漲的思路;AWG技術把半導體工業的生(shēng)產模式(shì)帶入了光器件產業,他使用的PLC技術采用製造集成電路(lù)的設(shè)備(bèi)和工具,可以大規模地生(shēng)產集成光路,同時得到更多(duō)的信道數量和(hé)更大(dà)的容量。因而使(shǐ)得這種技術在這一時期得到了很好的應用,使這一技術在光通信無源器(qì)件的應用領域占到了應有的地(dì)位。就像集成電路取代三極管分立(lì)器(qì)件電路一樣,在這一時期這一技術希望用它能夠(gòu)高度集成化的優勢來占領(lǐng)以分立的TFF器件為主的市場,不過要讓這一切變成現實,每種集成模塊的功能和分立器件相比,必須具(jù)有競爭力。正當懷揣這種技術的廠家躊躇滿誌,準備大(dà)舉提(tí)高(gāo)競(jìng)爭力占領市場的時候,從上世紀末本世紀初開始的泡沫經濟的破滅和電信業的滑坡戲劇性地改變(biàn)了光器件市場(chǎng)的環(huán)境,市場低迷沉重打擊(jī)了人們對40、80甚至160信道技術的熱情。也使得這一技術沒有完全達到獨占(zhàn)市場的地位(wèi)。
2、 TFF技術的(de)應用
薄膜濾(lǜ)波器(TFF)技術是在波分複用商用以來最早(zǎo)得到應用的波分複用技術。這一技術的核心就是F-P腔薄膜濾(lǜ)光片。超過150層高低折射率材料交替組成的F-P腔結果薄膜濾光(guāng)片在高能粒子技術和射(shè)頻技術的支持下得到很好的實現(xiàn),這種濾光片在準直器的(de)配合下形成一個個波分複用器件(如圖),包含多波長的光通過入射端口光纖進入器件,濾(lǜ)光片允許通過的波長通過透 射端口光纖輸出(chū),反射光信號(hào)通過反射端口輸出;在將反射光信號(hào)引入另(lìng)外一個波分複用器件進行分光(guāng),使(shǐ)另外一路透射光信(xìn)號輸出;如此反複(如圖:TFF器件——多(duō)通(tōng)道)就可以將(jiāng)不(bú)同波長的光(guāng)信號進行分離。在這樣(yàng)的結構下,隨著通道數的增加,越是(shì)後麵的通道的光信號的損耗就越大;為了減少通道數增加帶來的(de)額外損耗,技術人員采用了多通道分選技術(優化多通道TFF器件)和低插入損耗的濾光片,這樣就(jiù)大大降低了最後一個通道的插入損耗,如上麵兩個圖中的結構裏優(yōu)化的16通道結構的最大插損與非優化的8通道最大插損(sǔn)相近,這樣就大大增加了TFF器(qì)件的(de)競爭(zhēng)優勢。
在戰略性資源銅(tóng)以及銅纜價格不斷(duàn)提高,光纖(xiān)和光纜價格(gé)的持續降低的狀況下,“光進銅退(tuì)”的理念逐漸深入人心,光通信(xìn)網絡不斷向用戶端擴展,同時也帶動WDM市場不斷向用戶端挺進。這就給在低通道領域占有絕對優勢的TFF技術帶來(lái)了更大的發展契機,特別是帶有升級端口的相關WDM係(xì)統得到了應用(yòng)商的青睞。隨(suí)著寬帶和視(shì)頻接入政策鬆動(dòng),IPTV的前景更加明朗,寬帶業務(wù)特別是P2P(點對點)技術的發展和(hé)視頻播客的(de)興起導致帶寬需求的(de)不斷增加,帶來的上述因素帶來市場需求迅速增加。而在接入網中,絕大部分的(de)分(fèn)光器件僅僅是使用幾(jǐ)個通道的分光器件,實現信號的上行下行(háng)或者是實現不同信號之(zhī)間的分離,使得TFF技術在(zài)新的(de)要求下得到了更(gèng)大的發展(zhǎn)空間。