自上世紀80年代開(kāi)始，光纖通信技術(shù)得到了蓬勃發(fā)展，為了更好的利用光纖中的帶寬資源，基于薄膜濾光片(Thin Film Filter)技術(shù)的波分復用(WDM)系統在自1996年第一個(gè)WDM濾波器被正式應用于通信系統后得到了廣泛的應用。雖然在世紀交替的幾年里，光通信產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)業(yè)因為泡沫經(jīng)濟的破裂遭受了沉重的打擊，光網(wǎng)絡(luò )市場(chǎng)發(fā)生了嚴重的衰退，運營(yíng)商的盲目追求大容量和高帶寬而造成的眼球效應的方式被逐漸摒棄，取而代之的是更為注重資金、運營(yíng)支出以及投資回報等財務(wù)指標的經(jīng)濟運營(yíng)方式、和更為看重系統設備的性能價(jià)格比，更為重視多業(yè)務(wù)解決方案，更為關(guān)注能夠節省人工費用的智能化配置和調度功能的運作模式。經(jīng)過(guò)幾年的震蕩和用戶(hù)群體培養造成的消耗，自2005年開(kāi)始，光網(wǎng)絡(luò )市場(chǎng)開(kāi)始出現復蘇的跡象，對光器件和網(wǎng)絡(luò )系統的需求逐漸增多。

但是這種技術(shù)在這幾年里經(jīng)過(guò)時(shí)間使用的考驗后，仍然是人們在組建高帶寬光網(wǎng)絡(luò )的首選技術(shù)。由于長(cháng)途干線(xiàn)容量需求較大，同時(shí)由于光纖放大器EDFA和WDM相結合使得WDM在干線(xiàn)中使用非常經(jīng)濟，造成了目前WDM技術(shù)依然主要應用于長(cháng)途干線(xiàn)中。同時(shí)隨著(zhù)人們通信需求的不斷增長(cháng)，為了緩解通信網(wǎng)絡(luò )的擁擠狀況、增加網(wǎng)絡(luò )的靈活性及適應數據業(yè)務(wù)的需要，美國和歐洲已經(jīng)開(kāi)始考慮在城域網(wǎng)中采用密集波分復(Dense Wavelength Division Multiplexing，DWDM)技術(shù)，可以預見(jiàn)，DWDM技術(shù)將逐漸從骨干網(wǎng)滲透到城域網(wǎng)和接入網(wǎng)絡(luò )中。

隨著(zhù)通信信息需求的迅猛增長(cháng)，終端用戶(hù)對服務(wù)的帶寬要求越來(lái)越高，而對服務(wù)的價(jià)格則希望越來(lái)越低。這就要求電信服務(wù)提供商要在不斷壓縮自己成本的基礎上不斷的提高帶寬。作為目前主要的通信信息傳輸載體，光網(wǎng)路承擔的傳輸任務(wù)越來(lái)越重，提高通信帶寬的方法——增加通信通路，而要想增加通信的通路的數量的方法不外乎兩種：

1、 增加鋪設的光纖的根數。通過(guò)大量的鋪設光纖芯數增加通信的通路數量。

2、 增加現有光線(xiàn)通路里面的通信載波的數量，就是增加單根光纖里的通信信道---光纖上增加多通道復用。

光纜的鋪設需要耗用大量的人力物力的成本，占用相當多的空間資源。尤其是在主干網(wǎng)絡(luò )中，由于傳輸的距離遠，再次鋪設和維護都非常困難。雖然現在的光纜的價(jià)格已經(jīng)降的很低，但是現在的價(jià)格已經(jīng)接近了各個(gè)光纜生產(chǎn)廠(chǎng)家的成本的價(jià)格，電信服務(wù)商很難從這個(gè)方面再有更高的成本的節省空間，在現有已經(jīng)鋪設好的光纖上增加更多通信的通道數仍然是電信提供商的首選。如何在同一根光纖上更好的實(shí)現更多的通道、更少干擾、更高效率的傳輸，是電信提供商提出來(lái)的要求。要解決這樣的問(wèn)題，DWDM薄膜濾波片的改進(jìn)是一項不可延誤的任務(wù)。

在主干網(wǎng)絡(luò )中，隨著(zhù)通道使用數量的增加，光纖通信傳輸網(wǎng)絡(luò )對通道帶寬、信噪比、不同通道信號之間的隔離能力等關(guān)鍵指標的要求越來(lái)越高，造成組成網(wǎng)絡(luò )的DWDM光無(wú)源器件的相關(guān)組件的性能也是隨之不斷提升，由此對基于窄帶干涉濾光片技術(shù)的產(chǎn)品的指標要求也是水漲船高，在需求動(dòng)力的推動(dòng)下，DWDM器件組裝相關(guān)的各個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的產(chǎn)品的性能提高也就成了必然要求。越來(lái)越高的技術(shù)參數的要求，對生產(chǎn)工藝的改建提出了挑戰，需要有更有力的工藝的支持來(lái)完成進(jìn)一步的改善.

一、 無(wú)源光網(wǎng)絡(luò )中的主要波分復用技術(shù)

有了需求就有相應的多種技術(shù)為之服務(wù)，人們對通信跨地域效率的需求促使服務(wù)提供商不斷的擴充他們的通信容量。而在光通信領(lǐng)域波分復用系統是不容置疑的低成本提高通信容量的方式。

目前市場(chǎng)上使用的波分復用技術(shù)有基于薄膜濾波片的薄膜濾波技術(shù);光纖光柵技術(shù);基于平面PLC的平面光波導(AWG)技術(shù);基于光纖耦合器的級聯(lián)M-Z干涉法;基于空間衍射光柵的體介質(zhì)法等多種方法。本文就近就目前應用最多的前三種技術(shù)進(jìn)行對比分析。

二、 目前主要的波分復用技術(shù)

1、 AWG技術(shù)

陣列波導光柵(AWG)是第一個(gè)將平面波導線(xiàn)路(Planar Lightwave Circuit)技術(shù)應用于商品化的元件。其做法為特殊的晶圓上沉積光導膜層，再利用微影制程及反應式離子蝕刻法等微觀(guān)加工工藝定義出陣列波導及分光元件等，然后在最上層覆以保護層。其主要結構如下圖所示：

圖中A、B兩個(gè)部分為兩個(gè)星型耦合波導(輸入、輸出平面波導)通過(guò)按照羅蘭圓原理構造排列的陣列波導(此處陣列波導同時(shí)組成了一組透射光柵)連接在一起，透射光柵在羅蘭圓原理(A、B)的作用下，產(chǎn)生了如下圖所示的分(合)波效應。精確的波導膜層沉積技術(shù)和達到亞微米量級的光刻技術(shù)的出現，使得基于這種原理的分(合)波技術(shù)可以通過(guò)精準可控的方法達成。并且AWG在晶圓上的實(shí)現過(guò)程使用與一般半導體類(lèi)似的制程，在多通道數的制作成本與低通道數相差不多，但更適合量產(chǎn)，而且整合度較高。

正是由于這種高的整合度的優(yōu)勢的存在，使得AWG技術(shù)迎合了上世紀90年代末的電信泡沫時(shí)期通信容量暴漲的思路;AWG技術(shù)把半導體工業(yè)的生產(chǎn)模式帶入了光器件產(chǎn)業(yè)，他使用的PLC技術(shù)采用制造集成電路的設備和工具，可以大規模地生產(chǎn)集成光路，同時(shí)得到更多的信道數量和更大的容量。因而使得這種技術(shù)在這一時(shí)期得到了很好的應用，使這一技術(shù)在光通信無(wú)源器件的應用領(lǐng)域占到了應有的地位。就像集成電路取代三極管分立器件電路一樣，在這一時(shí)期這一技術(shù)希望用它能夠高度集成化的優(yōu)勢來(lái)占領(lǐng)以分立的TFF器件為主的市場(chǎng)，不過(guò)要讓這一切變成現實(shí)，每種集成模塊的功能和分立器件相比，必須具有競爭力。正當懷揣這種技術(shù)的廠(chǎng)家躊躇滿(mǎn)志，準備大舉提高競爭力占領(lǐng)市場(chǎng)的時(shí)候，從上世紀末本世紀初開(kāi)始的泡沫經(jīng)濟的破滅和電信業(yè)的滑坡戲劇性地改變了光器件市場(chǎng)的環(huán)境，市場(chǎng)低迷沉重打擊了人們對40、80甚至160信道技術(shù)的熱情。也使得這一技術(shù)沒(méi)有完全達到獨占市場(chǎng)的地位。

2、 TFF技術(shù)的應用

薄膜濾波器(TFF)技術(shù)是在波分復用商用以來(lái)最早得到應用的波分復用技術(shù)。這一技術(shù)的核心就是F-P腔薄膜濾光片。超過(guò)150層高低折射率材料交替組成的F-P腔結果薄膜濾光片在高能粒子技術(shù)和射頻技術(shù)的支持下得到很好的實(shí)現，這種濾光片在準直器的配合下形成一個(gè)個(gè)波分復用器件(如圖)，包含多波長(cháng)的光通過(guò)入射端口光纖進(jìn)入器件，濾光片允許通過(guò)的波長(cháng)通過(guò)透 射端口光纖輸出，反射光信號通過(guò)反射端口輸出;在將反射光信號引入另外一個(gè)波分復用器件進(jìn)行分光，使另外一路透射光信號輸出;如此反復(如圖：TFF器件——多通道)就可以將不同波長(cháng)的光信號進(jìn)行分離。在這樣的結構下，隨著(zhù)通道數的增加，越是后面的通道的光信號的損耗就越大;為了減少通道數增加帶來(lái)的額外損耗，技術(shù)人員采用了多通道分選技術(shù)(優(yōu)化多通道TFF器件)和低插入損耗的濾光片，這樣就大大降低了最后一個(gè)通道的插入損耗，如上面兩個(gè)圖中的結構里優(yōu)化的16通道結構的最大插損與非優(yōu)化的8通道最大插損相近，這樣就大大增加了TFF器件的競爭優(yōu)勢。

在戰略性資源銅以及銅纜價(jià)格不斷提高，光纖和光纜價(jià)格的持續降低的狀況下，“光進(jìn)銅退”的理念逐漸深入人心，光通信網(wǎng)絡(luò )不斷向用戶(hù)端擴展，同時(shí)也帶動(dòng)WDM市場(chǎng)不斷向用戶(hù)端挺進(jìn)。這就給在低通道領(lǐng)域占有絕對優(yōu)勢的TFF技術(shù)帶來(lái)了更大的發(fā)展契機，特別是帶有升級端口的相關(guān)WDM系統得到了應用商的青睞。隨著(zhù)寬帶和視頻接入政策松動(dòng)，IPTV的前景更加明朗，寬帶業(yè)務(wù)特別是P2P(點(diǎn)對點(diǎn))技術(shù)的發(fā)展和視頻播客的興起導致帶寬需求的不斷增加，帶來(lái)的上述因素帶來(lái)市場(chǎng)需求迅速增加。而在接入網(wǎng)中，絕大部分的分光器件僅僅是使用幾個(gè)通道的分光器件，實(shí)現信號的上行下行或者是實(shí)現不同信號之間的分離，使得TFF技術(shù)在新的要求下得到了更大的發(fā)展空間。

3、 FBG技術(shù)的應用

光纖布拉格光柵(FBG)利用光纖纖心折射率的周期性變化滿(mǎn)足特定的干涉條件時(shí)，相應的波長(cháng)產(chǎn)生全反射，而其余波長(cháng)會(huì )則順利通過(guò)。這個(gè)濾波結果相當于一個(gè)負濾光片(Notch filter)。而目前采用紫外光源寫(xiě)入，誘導纖心產(chǎn)生折射率產(chǎn)生周期性變化的辦法可以使反射光的反射率達到接近100%，并且有著(zhù)很好的通道隔離能力。

要想使濾波技術(shù)能夠應用于通信系統，必須要使這一技術(shù)應用于多通道中，而FBG應用于多通道時(shí)就產(chǎn)生了一定的困難，如果簡(jiǎn)單的使用光纖布拉格光柵結構的級聯(lián)形成合波、分波就需要大量的FBG級聯(lián)在一起(如實(shí)現N個(gè)通道的分波就需要N*(N-1)個(gè)FBG)。即使使用類(lèi)似于TFF器件優(yōu)化結構的方案可以使FBG的用量減少將近一半，其用量也是相當可觀(guān)的。隨著(zhù)紫外寫(xiě)入技術(shù)的成熟和高度自動(dòng)化使得寫(xiě)入成本降低和合格率得到大為提升的情況下這一技術(shù)的應用前景也是很樂(lè )觀(guān)的。而另外一種配合環(huán)形器的組裝模式可以大大減少FBG的用量，N個(gè)通道的模組只需要N個(gè)FBG和(N-1)個(gè)環(huán)形器，環(huán)形器的引入使FBG的用量大大減少，但是需要引入費用比較高的環(huán)形器來(lái)配合使用。

三、 3種技術(shù)的對比

四、 結論

2001年初，AWG在其自身優(yōu)勢的引導下勢頭強勁，似乎要完全占據整個(gè)濾波器市場(chǎng)。但是隨之而來(lái)的市場(chǎng)低迷沉重打擊了人們對40、80甚至160信道技術(shù)的熱情。Lipscomb介紹說(shuō)，經(jīng)歷了市場(chǎng)低迷后，控制成本就成為人們關(guān)注的首要問(wèn)題。大部分系統制造商在系統設計時(shí)都采取了按需搭配的方法，這就給了TFF技術(shù)新的發(fā)展機會(huì )。例如一個(gè)新系統設計之初只有四個(gè)信道，在以后如果有新的需求，可以再增加一個(gè)4信道模塊。這種部署方案的總成本遠比一開(kāi)始就采用AWG的成本要高，Lipscomb說(shuō)甚至會(huì )高達4到5倍。在市場(chǎng)低迷時(shí)期，運營(yíng)商只會(huì )在通信容量確實(shí)有需求，利潤確實(shí)可以保證的時(shí)候才會(huì )部署新的信道。雖然逐步部署新信道的成本比一次部署要高，但是他們可以將這部分成本轉嫁給用戶(hù)。

在密集波分復用器市場(chǎng)中，薄膜濾波器型(TFF)波分復用器的技術(shù)較為成熟，適合大部分DWDM器件的要求，且目前成本較低，性能和可靠性較好，應用較廣，約占整個(gè)市場(chǎng)的45%;陣列波導光柵型(AWG)波分復用器集成度高，體積小，波長(cháng)數愈多，其制造成本優(yōu)勢愈明顯，約占40%;光纖布拉格光柵型(FBG)波分復用器比較適用于制造50GHz的DWDM器件，約占15%。

TFF技術(shù)以其獨特的優(yōu)勢還將在光網(wǎng)絡(luò )里繼續進(jìn)一步體現它的應用價(jià)值。在由美國金融海嘯的影響下，金融業(yè)為了降低其成本對通信流量的巨大需求有了很大的萎縮;而在由金融海嘯引發(fā)的經(jīng)濟危機得影響下，很多其他的行業(yè)和個(gè)人也在為降低運營(yíng)和生活成本不斷壓縮其對通信流量的需求;同時(shí)網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)商出于對短期運營(yíng)成本的考慮，會(huì )更多的考慮在原有的系統基礎上升級，或采用較少的通道(價(jià)格)的產(chǎn)品來(lái)滿(mǎn)足目前的運營(yíng)需求，這同樣也給TFF系列產(chǎn)品的發(fā)展留下了空間，因此在3~5年之內TFF技術(shù)將仍然是無(wú)源光網(wǎng)絡(luò )里的主要應用技術(shù)之一。

在未來(lái)的發(fā)展中，筆者介紹的這三種波分復用技術(shù)的整合利用將會(huì )成為發(fā)展的主流，每一種技術(shù)再無(wú)源光網(wǎng)絡(luò )里發(fā)揮著(zhù)他們獨有的技術(shù)優(yōu)勢使光通信的技術(shù)、質(zhì)量提高到一個(gè)新的體系之中!