5G技术中的无源光器件(二)

5G技术的兴起和5G基站的大规模建设,使无线通信逐步呈现高速大容量的特点。5G技术背后的基础是庞大的光纤通信网络。可以预见,现有的光纤通信网络将在未来的一段时间内陷入速度与流量的瓶颈,随之而来的是对光通信器件要求的提高。另外,DWDM、ROADM和相干接收等技术逐步从广域网下沉至城域网,对光通信器件提出了新的要求,也极大地扩充了该领域的市场份额。


4. 相干接收机中的可调滤波器(TOF)

在DWDM光网络中,可调光学滤波器(TOF)作为重要的动态光学器件之一,被用于在波长域实现诸如信道选择、光性能监控、光信道监控等功能。光网络对TOF的要求包括低损耗、窄带宽、足够的调谐范围和良好的滤波特性。

由于相干接收机自带波长选择性,为了提高光信噪比,通常前置一个线宽稍宽的TOF,以滤除带外噪声。如图6所示,TOF通常采用相位光栅+MEMS微镜的极简方案。


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图6.采用相位光栅+MEMS微镜的TOF结构


5. 光性能监控模块(OPM)

ROADM和DWDM技术下沉至城域网,同时也带来了光纤链路的复杂化,如图7所示,必须对光纤链路的光信噪比OSNR进行监控,以保证光纤网络的正常运行。


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图7.基于ROADM光网络的DWDM信道示意图

 

光性能监测(OPM)技术是对光网络物理状态和光信号传输质量的物理检测。在光纤通信中,为降低运营成本,提高资源利用率保证动态光网络的管理,必须大量应用OPM技术。

目前主流的OPM结构,是基于MEMS微镜的自由空间光学结构的可调光学滤波器(TOF),如图8所示。

降低OPM成本的关键在于降低TOF成本。使用国产的MEMS微镜替代国外产品,或者寻找到新的TOF解决方案,是降低TOF成本的关键所在。


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图8.基于MEMS微镜的可调光学滤波器TOF

 

应用于OPM中的TOF,要求具有极窄的通带宽度,以便分析光纤链路中的光信噪比OSNR。理论分析表明,TOF的通带宽度取决于入射在光栅上的光斑尺寸。TOF的3dB带宽与光束尺寸之间的关系,仿真结果如图9所示,实验结果与理论分析吻合度很好[1]。如果要获得<0.2nm的3dB线宽,要求光斑直径2ω>2.8mm。这么大的光斑,在入射MEMS微镜之前,需要进行压缩。


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图9.TOF的3dB带宽与入射光栅的光束尺寸之间的关系[1]


6. 光信道监控模块(OCM)

针对复杂的DWDM信道,OCM可监控每个信道的功率水平,为光纤链路的信道均衡提供反馈信号。

目前主流的OCM解决方案,如下图10所示,仍然采用自由空间光学结构,不利于降低成本[2]。


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图10.一种三端口光学滤波器模块[2]

 

参考文献

[1]      Bingcheng Mo, RuiZhong, and Zhujun Wan, Line Width Analysis of a Tunable Optical Filter Based on Free-Space Optics, Optik, 125(21): 6488-6490, 2014

[2]      Wen Liu, Kan Yu, and Jin Chang, et. al., Thin film tunable optical filter, United States Patent 20080043311.A1, Accelink Technologies Co., Ltd., 2008


更多内容可阅读此前发布的《 5G技术中的无源光器件(一)

 


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