[经验]

5G技术中的无源光器件（二）

2020-11-24 09:50:30

1327 5G技术

`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，同时也对光通信器件的需求提出了更高要求。在上一篇5G技术中的无源光器件(一)中我们介绍了基于MCS的CDC ROADM，MCS模块中的1×N端口光开关，以及分支光分路器，本章节我们将继续介绍应用于DWDM光网络中的重要无源器件。

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1所示，TOF通常采用相位光栅+MEMS微镜的极简方案。

图1. 采用相位光栅+MEMS微镜的TOF结构

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2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。

图2. 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3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。

图3. 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4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。

图4. TOF的3dB带宽与入射光栅的光束尺寸之间的关系

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5所示，仍然采用自由空间光学结构，不利于降低成本。

图5. 一种三端口光学滤波器模块

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