信道是信號傳輸的通道。按照所用的傳輸介質(zhì)不同，信道可以分為有線(xiàn)信道和無(wú)線(xiàn)信道。有線(xiàn)信道需要利用具體的傳輸介質(zhì)，無(wú)雙絞線(xiàn)、同軸電纜、光纖等傳輸信號，無(wú)線(xiàn)信道則是直接利用電磁波在空氣中傳播信號的方式。通信質(zhì)量的好壞，主要取決于信道的特性。目前最好的通信方式是光纖，受制于光纖的材料色散、損耗等因素，光纖主要有三個(gè)低損耗的波長(cháng)區間，分別為860nm,1310nm和1550nm波段，因此這三個(gè)波段通常稱(chēng)之為光纖通信的三個(gè)窗口。由于光纖傳輸的光波長(cháng)不是任意的，因此實(shí)現光通信就要充分利用這幾個(gè)為數不多的窗口，目前常采用信號復用技術(shù)實(shí)現大容量的光通信。
▲圖1 光纖通信的3個(gè)窗口
信號復用是指將若干路彼此獨立的信號在同一信道中傳輸的技術(shù)，復用的目的是將多個(gè)用戶(hù)公用一個(gè)信道傳輸信息，以提高信道的傳輸效率，進(jìn)而降低通信系統的成本。在光纖通信中常用的技術(shù)是波分復用技術(shù)。
波分復用技術(shù)（Wavelength Division Multiplexing）是把工作在不同載波波長(cháng)上的多路光信號復用進(jìn)一根光纖中傳輸，并能夠在接收端實(shí)現各信道分離的光通信系統。它通過(guò)將一系列載有信息、但波長(cháng)不同的光信號合成一束，沿著(zhù)單根光纖傳輸，這種技術(shù)可以同時(shí)在一根光纖上傳輸多路信號，每一路信號都由某種特定波長(cháng)的光來(lái)傳送。因此波分復用技術(shù)是釋放光纖帶寬潛能的鑰匙。
▲圖2 波分復用原理
波分復用中相鄰光復用通道的頻率間隔可以是均勻的也可以是非均勻的，目前大都采用均勻的通道間隔，間隔一般是100GHz（即0.8nm）。
常用的波分復用器有棱鏡色散型波分復用器、熔錐光纖型波分復用器、衍射光柵型波分復用器、介質(zhì)薄膜型波分復用器等。
1、棱鏡色散型波分復用器
棱鏡色散型波分復用器主要器件是三棱鏡，我們知道三棱鏡具有分光作用，如圖3所示，當一束白光通過(guò)三棱鏡后，分為7中顏色，而這里三棱鏡的分光實(shí)際上是分波長(cháng)。
▲圖3 一束白光通過(guò)上棱鏡后分為7種顏色
如圖4所示，是棱鏡色散型解波分復用器的結構圖，混合光通過(guò)三棱鏡后，其折射角不同，最終分別耦合到對應的光纖中，實(shí)現不同波長(cháng)的分離。對于波分復用器是解波分復用器反過(guò)來(lái)用。
▲圖4 棱鏡色散型光波分復用器結構示意圖
2、熔錐光纖型波分復用器
熔錐光纖型波分復用器的制作是將兩根或多根光纖靠貼在一起，通過(guò)適度熔融而形成的一種表面交互式器件, 可以通過(guò)控制融合段的長(cháng)度和不同光纖之間的互相靠近程度實(shí)現不同波長(cháng)的復用或解復用。如圖5所示，1×2型是熔錐光纖型波分復用器的結構圖，混合光從公共臂攝入，最終分別在直通臂和耦合臂輸出不同波長(cháng)的光束。
▲圖5 熔錐光纖型波分復用器結構
在熔融光纖型波分復用器各參數一定的情況下，兩輸出端光功率與波長(cháng)的關(guān)系如圖6所示，其中橫軸是不同的波長(cháng)，縱軸為輸出功率大小。熔錐光纖型波分復用器對于特定波長(cháng)的輸出功率與光纖纖芯半徑，熔錐區光纖間距，光纖纖芯折射率以及熔錐區的耦合長(cháng)度（拉伸長(cháng)度）有關(guān)，也就是說(shuō)對于特定波段范圍內波分復用器可以達到的最小信道間隔是受以上參數影響的，可以通過(guò)控制上述參數可以制作出不同波長(cháng)的波分復用器。
▲圖6 輸出端光功率隨波長(cháng)的變化
3、衍射光柵型波分復用器
衍射光柵，通常簡(jiǎn)稱(chēng)為“光柵”，是一種由密集﹑等間距平行刻線(xiàn)構成一種光學(xué)器件。它主要利用多縫衍射和干涉作用﹐將射到光柵上的光束按波長(cháng)的不同進(jìn)行色散﹐因此它可以用來(lái)分波長(cháng)。衍射光柵主要有兩類(lèi)：透射式和反射式，圖7是反射式衍射光柵的工作原理，不同波長(cháng)的光束照射到光柵將在空間上分離開(kāi)來(lái)。
▲圖7 衍射光柵工作原理
圖8是衍射光柵型波分復用器的結構圖，其主要器件由凸透鏡和衍射光柵組成。其工作原理如下：攜帶有不同信息的多波長(cháng)光束平行照射到凸透鏡上，衍射光柵放置于透鏡后焦面上，此時(shí)多光束放生衍射，不同波長(cháng)的光束衍射角不同，最終各波長(cháng)光束通過(guò)透鏡平行射出，然后耦合到不同的光纖中，實(shí)現波長(cháng)的分離。
▲圖8 衍射光柵波分復用器結構示意圖
由于自聚焦透鏡也具有類(lèi)似于凸透鏡的效果，目前也有利用自聚焦透鏡代替凸透鏡的衍射型光柵波分復用器，如圖9所示，其工作原理類(lèi)似于用凸透鏡的衍射光柵波分復用器。
▲圖9 采用自聚焦透鏡的衍射型光柵波分復用器結構示意圖
4、介質(zhì)薄膜型波分復用器
如圖10所示，介質(zhì)薄膜是是由不同材料，不同折射率的幾十層介質(zhì)薄膜材料組合在一起，每層薄膜的厚度為λ/4，每層折射率高低交替組合。當光在高折射率層反射時(shí)沒(méi)有相移，而當光在低折射率層反射式經(jīng)歷π相移，層厚λ/4，低折射率層反射的光總共經(jīng)歷2π的相移，這與高折射率層的光相干疊加，因此在反射中心波長(cháng)處，每層反射的光相干疊加，而在反射中心波長(cháng)外的光，透射介質(zhì)薄膜，形成濾波器特性。
▲圖10 介質(zhì)薄膜干涉濾波器結構
圖11是采用自聚焦透鏡的薄膜干涉型波分復用器器件結構示意圖，它可以實(shí)現兩個(gè)波長(cháng)的調制解調。
▲圖11采用自聚焦透鏡的薄膜干涉型波分復用器器件結構
要實(shí)現更多波長(cháng)的調制解調可以采用圖12所示的結構。
▲圖12采用自聚焦透鏡的薄膜干涉型多波長(cháng)波分復用器器件結構
本文投稿作者：Conrad
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