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标  题: 波分复用的演化趋势
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标  题: 波分复用的演化趋势1
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波分复用技术的演进趋势
北京大学电子系 区域光纤通信网和新型光通信系统国家重点实验室（北京实验区） 北京
（100871）
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当前，光通信技术以超乎人们想象的速度在发展。在过去的10年中，光传输的容量提高了
100倍，预计在未来的10年里还将提高100倍左右。波分复用技术(Wavelength Division 
Multiplexer WDM)的出现使光通信系统的容量几十倍、成百倍地增长，可以说没有波分复
用技术也就没有现在蓬勃发展的光通信事业。从1997年由北京大学牵头研制的中国第一套
实用化波分复用系统－－广州到深圳的4×2.5Gb/s交付运营部门以来，我国的许多干线传
输系统也已采用了波分复用技术。目前已有15000公里的光缆采用DWDM（密集波分复用）
技术进行了扩容 。

近几年来，数据通信流量出现了爆炸式增长，保守的估计是每六个月翻一番。Pacific 
Bell公司的数据业务已与1995年超过话音业务，97年MCI达到了这一目标，预计AT&T将在
2001年面临话音与数据业务相等的局面。波分复用技术为过去和现在的光通信事业立下了
汗马功劳，面对如此增长的容量需求刺激，它将如何演进和发展就成了各大运营商、设备
生产商和管理部门十分关心的问题，本文将就这一话题展开讨论。

1 光纤技术的新发展

光纤是传输光信息的载体，它的发展对波分复用系统的影响是不容忽视的。在过去的标准
单模光纤（G.652）、色散位移光纤（G.653）和非零色散位移光纤（G.655）的基础上，
朗讯(Lucent)推出了新型的全波光纤(All-wave Fiber)。它消除了常规光纤在1385nm附近
由OH根离子造成的损耗峰，将损耗从原来的2dB/km降到0.3dB/km，这使光纤的损耗在
1310~1600nm都趋于平坦。其主要方法是改进光纤的制造工艺，基本消除了光纤制造过程
中引入的水份。据估计，这项技术可以使光纤可利用的波长增加100nm左右，相当于125个
波长通道（100GHz通道间隔）。

康宁(corning)和朗讯还分别推出了LEAF和RS－True wave光纤。它们都是第二代的非零色
散位移光纤。LEAF光纤将光纤的有效面积从55μm2增加到72μm2，增加了32％。大的有效
面积可以降低光纤中各种有害的非线性效应。与传统光纤相比，它可以承载更高功率的光
信号，这意味着更多的波长通道数目、更低的误码率、更长的放大间距和更少的放大器。
所有的这一切都意味着更大的容量和更低的成本。但是，LEAF光纤在色散方面的表现却不
尽人意。它的色散斜率为0.1ps/(nm2·km)，当波分复用系统的工作波长从常规波长C波段
（1530~1565nm）扩展到长波波段L波段（1565~1625nm）时，可能给处于L波段的波长通道
带来较大的色散，从而必须采用较为复杂的色散补偿技术。RS-True wave的最大优点是色
散斜率小，仅为0.045 ps/(nm2·km)。小的色散斜率和色散系数意味着大的波长通道数目
、高的单通道码率，同时它还可以容忍更高的非线性效应。这也意味着更大的容量和更低
的成本。

光纤的选型是波分复用系统设计中很重要的一个问题。过去由于技术的限制光纤只有少数
的几种，同时我国已埋设的光纤几乎都是标准单模光纤，选型问题就不那么重要。现在光
纤的型号越来越多，在设计波分复用系统时，光纤的选型就十分重要。All-wave Fiber的
损耗特性是很诱人的，但它在色散和非线性方面没有突出表现。它适于那些不需要光纤放
大器的短距离城域网，可以传送数以百计的波长通道。LEAF光纤和RS-True wave光纤更适
于长度干线系统，前者有较好的非线性特性和相对较差的色散特性而后者有较好的色散特
性和相对较差的非线性特性。这两者哪个更好，哪个更适于我国的实际国情还需仔细研究
。


2 波分复用系统的容量将向Tb/s迈进

由于数据业务的爆炸式增长对传输技术形成的巨大压力，波分复用系统的容量将向Tb/s（
相当于一亿五千多万路电话）的水平迈进。实验室水平首次达到Tb/s是在1996年 ，到
1999年2月已有3.2Tb/s。在2000年的世界光通信大会OFC’2000上可能会有更大容量系统
的报道。
表1 给出了OFC’99上报道的各超大容量系统。(表略〕

在波分复用系统的容量向Tb/s迈进的过程中，有几个动向是值得注意的。首先是波分复用
与其他复用技术的结合，尤其是和光时分复用。光时分复用通常是利用平面波导延迟线阵
列或者高速光开关来实现；而全光时域解复用器则常常基于四波混频(FWM)或非线性光纤
环形镜(NOLM)等。图1给出了日本NTT公司的3Tb/s OTDM/WDM传输实验装置 ，其中光时分
复用通过PLC实现，而解复用通过FWM全光时分解复用器实现。该系统还采用WDM技术将19
路OTDM信号波分复用，才实现了3Tb/s的传输容量。

其次，光放大器的进展也必须注意。掺铒光纤放大器(EDFA)是WDM技术实用化的关键，但
普通EDFA的放大带宽只有约35nm(1530-1565nm)，只覆盖了石英单模光纤低损耗窗口的一
部分。这样就限制了能够容纳的波长信道数。因此，要进一步提高传输容量，增大光放大
器的带宽非常必要。目前的方法有：
 掺铒氟化物光纤放大器(EDFFA)，据报道可以实现75nm的放大带宽，增益为18dB
，增益差别为+/-1.8dB；
 碲化物EDFA，带宽可达76nm，增益差别为+/-1dB；
 控制掺铒光纤的粒子数反转程度，放大1570-1600nm波段，称为增益平移掺铒光
纤放大器(GS-EDFA)；
 最近比较引人注目的是光纤喇曼放大器。石英光纤中的喇曼增益谱宽达40THz，
主峰在13THz附近。利用这一特性，光纤可以用作宽带放大器。但受激喇曼效应的泵浦阈
值较高，实现喇曼放大器的关键是高功率泵浦，如400mw。光纤喇曼放大器的优点是：只
要能得到所需的泵浦波长就可以在任何波长处提供增益；增益介质是光纤，可以制成分布
式的放大器；噪声低。将喇曼放大器与EDFA组合起来，可以得到带宽高于100nm的光放大
器。

第三、色散及色散斜率问题。色散问题本身并不是波分复用所独有的，而且目前已发展出
很多色散补偿技术试图解决色散问题。但在波分复用系统中，由于光纤的色散斜率不为0
，导致了色散特性与波长有关，不同的波长通道的色散大小是不一样的。这就给色散补偿
技术带来新的课题，好的色散补偿技术应同时补偿波分复用的所有波长通道的不同大小的
色散效应。

第四、放大器的监测与控制技术的进展。由于实际通信系统的各参数会随时间、环境等外
界因素的变动而发生改变，这就要求放大器的工作点也相应地改变，以达到最佳状态。这
在超大容量的系统中尤为重要。这些控制内容包括输出功率的控制和不同波长通道的增益
均衡。
第五、波分复用器和解复用器的进展。随着波分复用数的不断增加、波长通道间隔的不断
减小，WDM复用、解复用器的要求也越来越高。它要求高的中心波长的稳定性、平坦的带
通特性、对其他通道的高抑制能力，陡峭的滚降特性等。实现WDM复用、解复用的技术通
常有阵列波导光栅（AWG）、光纤光栅（FBG）和其他干涉型滤光器件。



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