Мультиплексирование с разделением по длине волны (WDM), Технология WDM, которая мультиплексирует несколько оптических несущих сигналов в одно оптическое волокно с использованием различных длин волн (т. е. цветов) лазерного излучения. Этот метод обеспечивает двунаправленную связь по одному волокну, также называемую дуплексной связью с разделением по длине волны, а также увеличение пропускной способности. Передача от комбинированных источников разделяется в удаленном месте в соответствии с отдельными длинами волн путем демультиплексирования на несколько волокон. Технология WDM часто используется для обозначения продуктов фильтрации, которые выполняют мультиплексирование или демультиплексирование.


Технология WDM делится на три различных шаблона длины волны: нормальный WDM, грубый WDM (CWDM) и плотный WDM (DWDM).


Нормальный WDM также называемые двухдиапазонными, симплексными и одиночными стойками, используют две нормальные длины волн 1310 нм и 1550 нм на оптоволокне.

Технология WDM
Рисунок 1: Технология WDM

Грубое мультиплексирование с разделением по длине волны, CWDM — это особая технология WDM, определенная Международным союзом электросвязи в Рекомендации ITU-T G.694.2. Спектральные сетки для приложений WDM: сетка длин волн CWDM. Сетка определяется как 18 центральных длин волн, начиная с 1271 нм и отстоящих друг от друга на 20 нм.

Плотное мультиплексирование с разделением по длине волны, DWDM — это особая технология WDM, определенная Международным союзом электросвязи в Рекомендации ITU-T G.694.1. Спектральные сетки для приложений WDM: сетка частот DWDM. Сетка указана как частота в ТГц, привязанная к 193.1 ТГц, с различным заданным разносом каналов от 12.5 ГГц до 200 ГГц, среди которых обычно используется 100 ГГц. На практике частота DWDM обычно преобразуется в длину волны. Большинство используемых длин волн DWDM находятся в C-диапазоне, то есть 1530–1565 нм.

МУКС, Продукт фильтрации WDM, который выполняет процесс мультиплексирования или объединения двух или более оптических источников с разными длинами волн в одно волокно.

ДЕМУКС, Продукт фильтрации, выполняющий процесс демультиплексирования или разделения оптической передачи, состоящей из мультиплексированных длин волн, на отдельные волокна, назначенные каждой длине волны.

мультиплексор и демультиплексор
Рисунок 2: Поток сигналов MUX и DEMUX

Общий порт, Для продукта MUX комбинированные каналы передаются из общего порта. Для DEMUX объединенные каналы принимаются через общий порт.

Порт расширения или обновления  Для продуктов CWDM обычно имеется либо порт расширения, либо порт расширения, но не то и другое одновременно. Порт обновления или экспресс-порт CWDM MUX или DEMUX используется для добавления, удаления или прохождения дополнительных каналов. Например, на стороне мультиплексора CWDM этот порт обеспечит способ добавления каналов передачи к оптоволоконному каналу. На стороне CWDM DEMUX расширение или модернизация могут использоваться для пропуска нисходящих каналов, которые не демультиплексированы локально. Или его также можно использовать для добавления обратного канала (каналов) в двунаправленный отрезок канала.

Для продуктов DWDM назначение порта обновления состоит в том, чтобы иметь возможность добавлять, удалять или пропускать каналы DWDM C-диапазона, которые еще не используются, т. е. только каналы, находящиеся в диапазоне 1530–1565 нм. Если продукт DWDM также имеет порт расширения, то этот порт обычно используется для дополнительных каналов, находящихся за пределами C-диапазона, таких как большинство каналов CWDM.

Фильтр DWDM, тонкопленочный фильтр
Рисунок 3: Каскадирование фильтров DWDM в технологии WDM

Порт мониторинга, Продукты WDM могут предоставлять порты мониторинга. Для мониторинга выборки маломощного оптического сигнала, поступающего на общий порт, обычно при уровне мощности 5% или менее. Порт мониторинга также можно использовать для ввода внеполосного сигнала. Если продукт имеет два порта мониторинга для одной и той же цепи, порты будут направленными. Один порт будет отслеживать передаваемый сигнал, а другой – принимаемый. Если схема имеет один порт мониторинга, то она почти всегда двунаправленная и будет контролировать как передачу, так и прием оптических сигналов.

Длина волны,В практике WDM длины волн, такие как длина волны коммуникационного лазера, спецификации длины волны для оптических фильтров и длины волн оптических каналов передачи по оптоволокну, задаются как λ, длина волны в нанометрах (нм), как это было бы в вакууме.

Центральная длина волны, это длина волны, на которой центрируется конкретный сигнальный канал. Международный союз электросвязи (ITU) определил стандартную сетку оптических частот (центральную частоту канала) с интервалом 100 ГГц на основе эталонной частоты 193.10 ТГц (1552.52 нм), так называемую сетку ITU. Центральные длины волн каналов выбираются на длинах волн, соответствующих сетке ITU.

канал, В практике WDM канал представляет собой единственную и уникальную передачу на заданной длине волны, которая может происходить вместе с другими каналами, имеющими другие длины волн. Канал передачи также может относиться к сквозному физическому пути. Разнос каналов (ГГц), разность частот между центральными частотами двух соседних каналов в компонентах или модулях DWDM. Устройства DWDM MUX/DEMUX в BaySpec имеют разнос каналов 50, 75,100, 200 и XNUMX ГГц.

Смещение центральной длины волны (pm) — относительный дрейф фактической центральной длины волны конкретного канала относительно стандартной сетки ITU. Дрейф длины волны может быть результатом неправильной настройки и конструкции оптической системы.

Пропускная способность канала (нм) определяется как максимальный диапазон длин волн (или частот) вокруг соответствующей центральной длины волны (или частоты) при заданном уровне мощности. Теперь промышленность хорошо принимает определение уровня мощности 0.5 дБ вниз. Обратите внимание, что из-за смещения центральной длины волны канала пропускная способность рабочего канала может быть меньше, чем если бы центральная длина волны точно находилась в сетке ITU.

Термическая стабильность длины волны (pm/°C) определяет максимальный дрейф длины волны центра спектра конкретного канала из-за изменения температуры относительно значения центральной длины волны при комнатной температуре (23°C).

Пропускная полоса, спецификация, которая дает диапазон длин волн около номинальной центральной длины волны фильтра, который соответствует заданным вносимым потерям. На практике это допуск фильтра на отклонение лазерного излучения от центральной длины волны. Например, типичная полоса пропускания для фильтров CWDM составляет ± 6.5 нм относительно центральной длины волны. Таким образом, лазер с длиной волны 1551 нм может работать в диапазоне от 1544.5 до 1557.5 нм без дополнительных потерь в канале.

Вносимые потери, потеря мощности сигнала в результате включения фильтра WDM в линию передачи или оптическое волокно и обычно выражается в децибелах (дБ).

Обратные потери, Когда оптоволоконный сигнал входит или выходит из оптического компонента (например, из оптоволоконного разъема), неоднородность и несоответствие импеданса приведут к отражению или возврату. Потери мощности отраженного или возвращенного сигнала называются обратными потерями (RL). Вносимые потери в основном предназначены для измерения значения результирующего сигнала, когда оптическая линия сталкивается с потерями, в то время как обратные потери предназначены для измерения значения потерь отраженного сигнала, когда оптическая линия сталкивается с компонентным доступом.

Поляризационно-зависимые потери (PDL), Потери, демонстрируемые фильтром WDM, зависят от оптической поляризации света. PDL представляет собой наибольшую разницу в максимальных вносимых потерях, возникающую при всех состояниях оптической поляризации. PDL для продукта WDM определяется как максимально допустимый PDL для любого канала.

Поляризационная модовая дисперсия (PMD) это форма модовой дисперсии, при которой две разные поляризации света в волноводе, которые обычно распространяются с одинаковой скоростью, распространяются с разными скоростями из-за случайных несовершенств и асимметрии, вызывая случайное распространение оптических импульсов.

Изоляция канала (дБ), также называется перекрестными помехами на дальнем конце на заданной длине волны, которая представляет собой отношение интенсивности света на нежелательном порту к интенсивности света на нужном порту. Таким образом, это мера того, насколько хорошо разные длины волн разделены на выходе плотного демультиплексора с разделением по длине волны.

Изоляция несмежных каналов (Перекрестные помехи в несмежных каналах) (дБ) — это относительная величина нежелательной мощности, возникающей в полосе пропускания определенного канала из-за несмежных каналов. Обычно учитываются только два первых несмежных канала (левая и правая стороны).

Пульсация канала, Пульсация определяется как максимальное размах в дБ вносимых потерь в полосе пропускания фильтра. Пульсация продукта WDM указывается как самая большая допустимая пульсация, возникающая в любом канале.

Направленность (дБ) также называется перекрестными помехами на ближнем конце, которые представляют собой отношение оптической мощности, подаваемой на входной порт, к оптической мощности, возвращаемой на любой другой входной порт. В DWDM направленность применяется только к устройствам MUX.

Рабочая Температура (°C) — это диапазон температур, в котором устройство может работать и сохранять свои технические характеристики.

Температура хранения (°C) — диапазон температур, в котором устройство может храниться без повреждений и может эксплуатироваться при рабочей температуре в соответствии с его техническими характеристиками.

Мультиплексор с разделением по длине волны фильтра (FWDM), Компонент объединяет или разделяет свет с разными длинами волн в широком диапазоне длин волн. Они обладают очень низкими вносимыми потерями, низкой зависимостью от поляризации, высокой изоляцией и отличной устойчивостью к окружающей среде. Высокая мощность может быть достигнута благодаря уникальной обработке пигтейлов и высококачественному антибликовому покрытию. Эти компоненты широко используются в оптических усилителях, сетях WDM и волоконно-оптических инструментах.

Фильтры красной/синей полосы, представляет собой компонент тонкопленочного фильтра, представляющий собой трехпортовое устройство. Один порт называется «Общий». Два других порта обеспечивают канал для двухволнового «диапазона». Две полосы - синяя (λ < 1543 нм) и красная (λ > 1547 нм). Одна полоса проходит через отраженный участок, а другая полоса проходит через проходящий участок.

WDM технология вещей
Рисунок 4: Фильтр красных/синих полос в технологии WDM.

В модуле DWDM, который использует красный/синий фильтр, мультиплексор может быть объединен с демультиплексором. Например, Mux объединяет каналы DWDM в красном диапазоне, а Demux разделяет каналы DWDM в синем диапазоне. Используя красный/синий фильтр, можно объединить красные каналы передачи и синие каналы приема в одно волокно.

Оптический мультиплексор ввода-вывода (OADM),  устройство, используемое в системах мультиплексирования с разделением по длине волны для мультиплексирования и маршрутизации различных каналов света в одномодовое волокно (SMF) или из него. Это тип оптического узла, который обычно используется для формирования и строительства оптических телекоммуникационных сетей. «Добавить» и «отбросить» здесь относятся к способности устройства добавлять один или несколько каналов с новой длиной волны к существующему многоволновому сигналу WDM и/или отбрасывать (удалять) один или несколько каналов, передавая эти сигналы другому. сетевой путь. OADM можно рассматривать как особый тип оптического перекрестного соединения.

OADM в WDM технологии вещей
Рисунок 5: Поток сигналов OADM

Атермическая волноводная решетка (AAWG), Плотный мультиплексор с разделением по длине волны (DWDM), основанный на технологии кремния на кремнии, предназначен для приложений с разносом каналов ITU, где не требуется электропитание. Он работает на частоте 50 ГГц или 100 ГГц с разносом каналов ITU Grid DWDM от 1526 до 1565 нм. AAWG DWDM можно использовать для замены DWDM Mux DeMux фильтрующего типа в случаях отсутствия питания. Низкая стоимость и высокая производительность делают его идеальным решением для городских и дальних DWDM-приложений.

Гауссовский генератор произвольной формы представляет собой простейший тип конструкции генератора сигналов произвольной формы, в котором форма полосы пропускания отдельного канала описывается функцией Гаусса. Гауссовские генераторы произвольной формы обеспечивают наименьшие вносимые потери среди всех типов генераторов произвольной формы, но требуют более жестких допусков на другие компоненты системы, чтобы гарантировать, что пик кривой Гаусса остается в пределах полосы пропускания во всем диапазоне рабочих температур.

Полоса пропускания Гаусса (нм) определяет класс устройств DWDM MUX/DEMUX, чьи профили спектра в пределах полосы пропускания являются по существу гауссовскими.

Полоса пропуска с плоской вершиной (nm) определяет класс устройств DWDM MUX/DEMUX, профили спектра которых в полосе пропускания относительно плоские по сравнению с профилем Гаусса. Профиль спектра с плоской вершиной может быть супергауссовым или идеально прямоугольным. 

Компактный CWDM представляет собой мини-версию CWDM. Технология мультиплексирования с разделением по длине волны, основанная на TFF (тонкопленочном фильтре), которая работает так же, как CWDM. Разница в том, что CCWDM использует технологию свободного пространства, а размер его пакета значительно меньше по сравнению с модулями CWDM, а вносимые потери ниже и более стабильны.

Мультиплексирование с разделением по длине волны в локальной сети (LWDM), является одной из новейших технологий xWDM и используется в оптических каналах 100G, 200G, 400G, которые были адаптированы для использования в трансиверах 25G SFP28. Это новшество обеспечивает большую гибкость при проектировании сети и позволяет реализовать 5G с использованием доступных приемопередатчиков 100G и 200G LAN-WDM, используя длины волн LAN WDM. 

Метро-мультиплексор с разделением по длине волны, а также мультиплексор с микрооптическим разделением по длине волны (MWDM), основан на 6 длинах волн CWDM, смещенных на 3.5 нм влево и вправо для расширения до 12 волн, и является одним из экономичных планов.