Мультиплексування по довжині хвилі (WDM), Технологія WDM, яка мультиплексує кілька сигналів оптичної несучої на одне оптичне волокно за допомогою різних довжин хвиль (тобто кольорів) лазерного світла. Ця техніка забезпечує двонаправлений зв’язок через одну нитку оптоволокна, що також називається дуплексуванням із розділенням довжини хвилі, а також збільшує пропускну здатність. Передача від комбінованих джерел розділяється у віддаленому місці відповідно до окремих довжин хвиль шляхом демультиплексування на кілька волокон. Технологія WDM часто використовується для позначення продуктів фільтрації, які виконують мультиплексування або демультиплексування.


Технологія WDM ділиться на три різні шаблони довжин хвиль: звичайний WDM, грубий WDM (CWDM) і щільний WDM (DWDM).


Звичайний WDM також відомий як бі-ді, симплекс і одиночна підставка, використовує дві нормальні довжини хвилі 1310 нм і 1550 нм на волокні.

Технологія WDM
Рисунок 1: Технологія WDM

Грубе мультиплексування за довжиною хвилі, CWDM це спеціальна технологія WDM, визначена Міжнародним союзом електрозв’язку в Рекомендації ITU-T G.694.2 Спектральні сітки для програм WDM: сітка довжин хвиль CWDM. Сітка визначена як 18 центральних довжин хвиль, що починаються з 1271 нм і розташовані на відстані 20 нм одна від одної.

Щільне мультиплексування з розділенням довжини хвилі, DWDM це спеціальна технологія WDM, визначена Міжнародним союзом електрозв’язку в Рекомендації ITU-T G.694.1 Спектральні сітки для додатків WDM: частотна сітка DWDM. Сітка вказується як частота в ТГц, прив’язана до 193.1 ТГц, із різними визначеними інтервалами каналів від 12.5 ГГц до 200 ГГц, серед яких 100 ГГц є поширеним. На практиці частота DWDM зазвичай перетворюється на довжину хвилі. Більшість використовуваних довжин хвиль DWDM знаходяться в C-діапазоні, тобто 1530 – 1565 нм.

MUX, Продукт фільтрації WDM, який виконує процес мультиплексування або об’єднання двох чи більше оптичних джерел із різними довжинами хвиль на одному волокні.

DEMUX, Продукт фільтрації, який виконує процес демультиплексування або розділення оптичної передачі, що складається з мультиплексованих довжин хвиль, на окремі волокна, призначені для кожної довжини хвилі.

мультиплексор і демультиплексор
Рисунок 2: Потік сигналу MUX і DEMUX

Загальний порт, Для продукту MUX комбіновані канали передаються через загальний порт. Для DEMUX комбіновані канали приймаються через загальний порт.

Порт розширення або оновлення  Для продуктів CWDM зазвичай буде або оновлення, або порт розширення, але не обидва. Оновлення або експрес-порт на CWDM MUX або DEMUX використовується для додавання, видалення або проходження додаткових каналів. Наприклад, на стороні CWDM MUX цей порт забезпечить спосіб додавання каналів передачі до оптоволоконної схеми. На стороні CWDM DEMUX, розширення або оновлення можна використовувати для передачі низхідних каналів, які не є локально DEMUXED. Або його також можна використовувати для додавання зворотного каналу(ів) у двонаправленому діапазоні ланцюга.

Для продуктів DWDM мета порту оновлення полягає в тому, щоб мати можливість додавати, видаляти або пропускати канали DWDM C-діапазону, які ще не використовуються, тобто лише канали, які знаходяться в діапазоні 1530-1565 нм. Якщо продукт DWDM також має порт розширення, тоді цей порт зазвичай використовується для додаткових каналів, що знаходяться за межами C-діапазону, таких як більшість каналів CWDM.

Фільтр DWDM, тонкоплівковий фільтр
Рисунок 3: Каскадування фільтрів DWDM у технології WDM

порт моніторингу, Продукти WDM можуть мати порти моніторингу. Для моніторингу малопотужного зразка оптичного сигналу, що виникає на загальному порту, зазвичай на рівні потужності 5% або менше. Порт моніторингу також можна використовувати для введення позасмугового сигналу. Якщо продукт має два порти моніторингу для однієї схеми, порти будуть спрямованими. Один порт контролюватиме сигнал передачі, а інший – отриманий. Якщо схема має один порт моніторингу, то він майже завжди є двонаправленим і контролюватиме як передачу, так і прийом оптичних сигналів.

довжина хвилі,У практиці WDM довжини хвилі, такі як довжина хвилі комунікаційного лазера, специфікації довжини хвилі для оптичних фільтрів і довжини хвилі оптичних каналів передачі через волокно, усі подаються як λ, довжина хвилі в нанометрах (нм), як це має місце у вакуумі.

Довжина хвилі центру, це довжина хвилі, на якій зосереджений певний канал сигналу. Міжнародний союз телекомунікацій (ITU) визначив стандартну оптичну сітку частот (центральна частота каналу) з інтервалом 100 ГГц на основі опорної частоти 193.10 ТГц (1552.52 нм), так звану сітку ITU. Центральні довжини хвиль каналу вибираються на довжинах хвиль, що відповідають сітці ITU.

канал, У практиці WDM канал — це одна й унікальна передача на визначеній довжині хвилі, яка може відбуватися разом з іншими каналами з різними довжинами хвиль. Канал передачі також може стосуватися наскрізного фізичного шляху. Рознос каналів (ГГц), це різниця частот між центральними частотами двох сусідніх каналів у компонентах або модулях DWDM. Пристрої DWDM MUX/DEMUX у BaySpec мають рознос каналів 50, 75,100, 200 і XNUMX ГГц.

Зсув центральної довжини хвилі (pm) — це відносний дрейф фактичної центральної довжини хвилі певного каналу відносно стандартної мережі ITU. Дрейф довжини хвилі може бути результатом неправильного вирівнювання та конструкції оптичної системи.

Пропускна здатність каналу (нм) визначається як діапазон максимальної довжини хвилі (або частоти) навколо відповідної центральної довжини хвилі (або частоти) при заданому рівні потужності. Зараз промисловість добре приймає визначення рівня потужності на 0.5 дБ. Зауважте, що через зсув центральної довжини хвилі каналу робоча смуга пропускання каналу може бути меншою, ніж коли центральна довжина хвилі точно відповідає сітці ITU.

Теплова стабільність довжини хвилі (pm/°C) визначає максимальний дрейф довжини хвилі спектрального центру певного каналу внаслідок зміни температури щодо значення центральної довжини хвилі при кімнатній температурі (23°C).

Прохідний діапазон, специфікація, яка надає діапазон довжин хвиль приблизно до номінальної, центральної довжини хвилі фільтра, який відповідає вказаним внесеним втратам. На практиці це допуск фільтра для дрейфу лазера від центральної довжини хвилі. Наприклад, типова смуга пропускання для фільтрів CWDM становить ± 6.5 нм щодо центральної довжини хвилі. Отже, 1551 нм лазер може працювати в діапазоні від 1544.5 нм до 1557.5 нм без додаткових втрат у каналі.

внесені втрати, втрата потужності сигналу в результаті вставлення WDM-фільтра в лінію передачі або оптичне волокно і зазвичай виражається в децибелах (дБ).

Повернення втрати, Коли сигнал оптичного волокна входить або залишає оптичний компонент (наприклад, волоконно-оптичний роз’єм), розрив і невідповідність імпедансу призведе до відбиття або повернення. Втрата потужності відбитого або повернутого сигналу називається зворотними втратами (RL). Внесені втрати в основному призначені для вимірювання значення результуючого сигналу, коли оптичний канал зустрічає втрату, тоді як зворотні втрати призначені для вимірювання значення втрати сигналу відбиття, коли оптичний канал зустрічає доступ до компонента.

Втрати, залежні від поляризації (PDL), Втрати, які демонструє фільтр WDM, залежать від оптичної поляризації світла. PDL — це найбільша різниця в максимальних внесених втратах, що виникають при всіх станах оптичної поляризації. PDL для продукту WDM вказано як найбільший дозволений PDL для будь-якого каналу.

Поляризаційна модова дисперсія (PMD) це форма модальної дисперсії, коли дві різні поляризації світла у хвилеводі, які зазвичай рухаються з однаковою швидкістю, рухаються з різними швидкостями через випадкові недосконалості та асиметрії, спричиняючи випадкове поширення оптичних імпульсів.

Ізоляція каналу (дБ), також називають перехресними перешкодами на дальній частині хвилі, які є відношенням інтенсивності світла на небажаному порту до інтенсивності світла на потрібному порту. Таким чином, це міра того, наскільки добре різні довжини хвилі розділені на виході демультиплексора з щільним розподілом довжин хвиль.

Ізоляція несуміжного каналу (Перехресні перешкоди несусіднього каналу) (дБ) — це відносна кількість небажаної потужності, яка виникає в смузі пропускання певного каналу від несуміжних каналів. Зазвичай враховуються лише два перші несуміжні канали (лівий і правий боки).

Пульсація каналу, Пульсація визначається як максимальна варіація від піку до піку в дБ внесених втрат у смузі пропускання фільтра. Пульсація продукту WDM вказується як найбільша дозволена пульсація, що виникає в будь-якому каналі.

Спрямованість (дБ) також називають перехресними перешкодами на ближньому кінці, які є відношенням оптичної потужності, що надходить у вхідний порт, до оптичної потужності, що повертається до будь-якого іншого вхідного порту. У DWDM спрямованість застосовується лише до пристроїв MUX.

Робоча температура (°C) – діапазон температур, у якому пристрій може працювати та підтримувати свої характеристики.

Температура зберігання (°C) – це температурний діапазон, при якому пристрій можна зберігати без пошкоджень і експлуатувати при робочій температурі відповідно до його специфікацій

Мультиплексор з розділенням довжини хвилі фільтра (FWDM), Компонент поєднує або розділяє світло з різними довжинами хвиль у широкому діапазоні довжин хвиль. Вони пропонують дуже низькі внесені втрати, низьку залежність від поляризації, високу ізоляцію та чудову стійкість до навколишнього середовища. Висока потужність може бути досягнута завдяки унікальній обробці косичок і високоякісному покриттю AR. Ці компоненти широко використовуються в оптичних підсилювачах, мережах WDM і оптоволоконних приладах.

Червоні/сині смугові фільтри, являє собою компонент тонкоплівкового фільтра, який є трьома портами. Один порт називається «Загальний». Інші два порти забезпечують канал для двохвильового «смуги». Дві смуги: синя (λ<1543 нм) і червона (λ>1547 нм). Одна смуга проходить через відбиту ніжку, а інша смуга проходить через прохідну.

Технологія WDM речей
Малюнок 4: Червоний/синій смуговий фільтр у технології WDM.

У модулі DWDM, який використовує червоний/синій фільтр, мультиплексор може поєднуватися з демультиплексором. Наприклад, Mux об’єднує канали DWDM у Red nad, тоді як Demux розділяє канали DWDM у Blue Band. Використовуючи червоний/синій фільтр, можна поєднати червоні канали передачі та сині канали прийому в одному волокні.

Оптичний мультиплексор додавання-відведення (OADM),  пристрій, що використовується в системах мультиплексування за довжиною хвилі для мультиплексування та маршрутизації різних каналів світла до або з одномодового волокна (SMF). Це тип оптичного вузла, який зазвичай використовується для формування та побудови оптичних телекомунікаційних мереж. Терміни «додати» та «відкинути» тут стосуються здатності пристрою додавати один або більше нових каналів довжини хвилі до існуючого багатохвильового сигналу WDM та/або відкидати (вилучати) один або більше каналів, передаючи ці сигнали іншому. мережевий шлях. OADM можна вважати особливим типом оптичного крос-з'єднання.

OADM у технології WDM
Рисунок 5: Потік сигналу OADM

Атермічна хвилеводна решітка (AAWG), Мультиплексор із щільним розподілом по довжині хвилі (DWDM) на основі технології кремнезему на кремнії розроблений для додатків із розподілом каналів ITU, де не потрібна електроенергія. Він працює з інтервалом каналів 50 ГГц або 100 ГГц, довжинами хвиль DWDM Grid ITU від 1526 нм до 1565 нм. AAWG DWDM можна використовувати для заміни DWDM Mux DeMux типу фільтра у випадках, коли живлення відсутнє. Низька вартість і висока продуктивність роблять його ідеальним рішенням для метро та далеких додатків DWDM.

AWG Гауса це найпростіший тип конструкції AWG, де форма смуги пропускання окремого каналу описується функцією Гауса. Гауссові AWG забезпечують найнижчі внесені втрати з усіх типів AWG, але вимагають жорсткіших допусків на інші компоненти системи, щоб пік кривої Гауса залишався в межах смуги пропускання в повному діапазоні робочих температур.

Смуга пропускання Гауса (nm) визначає клас пристроїв DWDM MUX/DEMUX, чиї профілі спектру в межах смуги пропускання по суті є Гаусовими.

Flat-Top Pass Band (nm) визначає клас пристроїв DWDM MUX/DEMUX, профілі спектру яких у межах смуги пропускання відносно плоскі порівняно з профілем Гауса. Профіль спектра з плоскою вершиною може бути супергаусовим або в ідеалі коробчатим. 

Компактний CWDM це міні-версія CWDM. Технологія мультиплексування за довжиною хвилі на основі TFF (тонкоплівковий фільтр), яка працює так само, як CWDM. Різниця полягає в тому, що CCWDM використовує технологію вільного простору, і його розмір упаковки значно зменшений порівняно з модулями CWDM, а внесені втрати нижчі та більш узгоджені.

Мультиплексування за довжиною хвилі локальної мережі (LWDM), є однією з найновіших технологій xWDM і використовується в оптичних лініях зв’язку 100G, 200G, 400G, які були адаптовані для використання в трансиверах 25G SFP28. Це нововведення забезпечує більшу гнучкість у проектуванні мережі та дозволяє реалізувати 5G за допомогою доступних трансиверів 100G і 200G LAN-WDM за допомогою довжин хвиль LAN WDM. 

Метро Мультиплексування з розділенням довжини хвилі, а також мікрооптичний мультиплексор з розділенням довжини хвилі (MWDM), базується на 6 довжинах хвиль CWDM, зміщених на 3.5 нм вліво та вправо, щоб розширити до 12 хвиль, і є одним із економічно ефективних планів.