磁光可變光衰減器

磁光可變光衰減器存在的問題

隨著全光通信網(wǎng)絡(luò)（AON）的蓬勃發(fā)展，密集波分復(fù)用（DWDM）得到越來越廣泛的應(yīng)用。在DWDM傳輸系統(tǒng)的光層面上有幾個(gè)問題必須面對(duì)和解決，這就是：

合波與分波技術(shù)

波長(zhǎng)間隔的穩(wěn)定性

光信號(hào)的路徑管理

各波長(zhǎng)的光功率管理

以上問題的解決必須依賴于各種具有特殊功能的光器件。比如合波與分波目前主要包括的器件類型有: 薄膜濾波(Thin Film Filter)器件、陣列波導(dǎo)器件(Arrayed Waveguide Gratings)、色散棱鏡、反射光柵等。波長(zhǎng)間隔的鎖定(wavelength lock) 則依賴于一些專用精密器件，比如法珀標(biāo)準(zhǔn)具，用以產(chǎn)生一系列的標(biāo)準(zhǔn)波長(zhǎng)( Wavelength Reference)。光信號(hào)的路徑管理則涉及光分插復(fù)用器(OADM)、布拉格光纖光柵 (Fiber Bragg Gratings) 和光開關(guān)等器件。光功率管理則是相對(duì)較新的領(lǐng)域，可變光衰減器(VOA)便是光功率管理的核心器件。VOA對(duì)DWDM系統(tǒng)的重要性可從如下幾個(gè)方面體現(xiàn)出來:

1、在DWDM系統(tǒng)中對(duì)光源直接進(jìn)行功率控制往往會(huì)帶來負(fù)作用，一般不傾向采用，比如會(huì)引起波長(zhǎng)的變化，器件的老化等，因而使用VOA進(jìn)行功率控制就成為必要。

2、到達(dá)接收機(jī)的光信號(hào)功率差別很大，在接收功率過大時(shí)接收機(jī)就會(huì)產(chǎn)生飽和，因而必須使用VOA將接收光功率衰減到合適的范圍。

3、光放大器的增益不平坦，因而造成各波長(zhǎng)之間的功率差別較大。在多級(jí)光放大器級(jí)聯(lián)時(shí)這一問題會(huì)更加惡化，此時(shí)必須采用光功率管理系統(tǒng)進(jìn)行波長(zhǎng)間的功率均衡，而VOA正是功率管理與均衡系統(tǒng)的核心器件。

4、當(dāng)有信號(hào)上下路時(shí)，由于光放大器的增益的重新分配，其他波長(zhǎng)的信號(hào)功率通常會(huì)有較大的波動(dòng)起伏，因而必須采用以VOA為核心的光功率管理系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)管理。

磁光可變光衰減器的原理

目前絕大多數(shù)的可變光衰減器都是采用機(jī)械式或微機(jī)電式（MEMS）的，也有少量的采用各種固態(tài)光衰減技術(shù)，比如電光、磁光、熱光、液晶等。磁光可變光衰減器是最具吸引力的固態(tài)光衰減技術(shù)之一，它應(yīng)用磁光晶體的法拉第磁致旋光效應(yīng)和晶體雙折射效應(yīng),實(shí)現(xiàn)對(duì)光的連續(xù)衰減。

磁光晶體在磁場(chǎng)B的作用下將光的偏振平面旋轉(zhuǎn)90°，通過雙折射晶體之后，兩個(gè)偏振方向的光在接收準(zhǔn)直器處完全合成，此時(shí)光的衰減最小。外磁場(chǎng)撤消，光通過磁光晶體后偏振平面的方向維持不變，再通過雙折射晶體之后，兩個(gè)偏振方向的光無法在接收準(zhǔn)直器處合成，此時(shí)光的衰減最大。當(dāng)磁光晶體的旋光角度為介于0°到90°之間的任意角度 q 時(shí)，輸出光與輸入光功率之比可表示為：
Pout /Pin= sin2(θ)

磁光可變光衰減器的性能特點(diǎn)

從理論上講，磁光VOA可以實(shí)現(xiàn)任意取值的衰減。它通過驅(qū)動(dòng)電流來控制外加磁場(chǎng)，因而只要精密控制驅(qū)動(dòng)電流就能精密控制光衰減。相比其它技術(shù)而言，磁光VOA具有功耗低、動(dòng)態(tài)范圍大、分辨精度高、無運(yùn)動(dòng)部件、響應(yīng)速度快、無調(diào)節(jié)振蕩、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。

招金光電子科技有限公司生產(chǎn)的一種磁光VOA外形，它采用了反射式光路設(shè)計(jì)，因而結(jié)構(gòu)更緊湊，是目前世界上外形最小的VOA之一。

該VOA的主要性能指標(biāo)如下：
衰減范圍：0.7dB 到 25dB
分辨精度：連續(xù)
控制電壓: 0-2.5V
控制電流: <20mA
偏振依賴性: 0.1dB at <10dB,0.2dB at <25dB
響應(yīng)速度: <0.5ms

磁光可變衰減器的應(yīng)用

根據(jù)控制精度的要求，VOA的應(yīng)用一般有開環(huán)和閉環(huán)兩種應(yīng)用。所謂“開環(huán)”就是利用廠家提供的或?qū)崪y(cè)的VOA的衰減控制曲線，確定一定衰減對(duì)應(yīng)的控制電壓或電流的值，在應(yīng)用中直接施加電壓或電流而獲得所需的衰減量。所謂"閉環(huán)"就是通過探測(cè)光信號(hào)功率來反饋控制VOA的衰減量，從而達(dá)到更精確的光功率實(shí)時(shí)控制。在精度要求較高的場(chǎng)合，比如放大器的增益均衡，通常使用閉環(huán)控制VOA的衰減量。

在密集型波分復(fù)用（DWDM）系統(tǒng)中，有數(shù)十個(gè)波長(zhǎng)的光信號(hào)在光纖中同時(shí)傳播，對(duì)各通道的光功率進(jìn)行有效地監(jiān)測(cè)和控制是系統(tǒng)獲得工作性能的前提。該監(jiān)控系統(tǒng)能動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)DWDM光通信系統(tǒng)中的各通道的光功率狀態(tài)，并提供自動(dòng)調(diào)節(jié)和報(bào)警功能，從而保證整個(gè)DWDM光通信系統(tǒng)更加穩(wěn)定可靠地工作。

由于EDFA自身增益的不平坦性,在DWDM系統(tǒng)中都要對(duì)EDFA的增益進(jìn)行均衡。圖4顯示磁光VOA在摻鉺光纖放大器（EDFA）中作為增益調(diào)節(jié)與均衡的一個(gè)應(yīng)用。第一級(jí)光放大器通常選用低噪聲高增益的前置放大器，而第二級(jí)則選用高輸出功率的放大器。VOA在兩級(jí)放大器之間進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，保證第二級(jí)光放大器的輸入功率在要求的范圍。

結(jié)論

可變光衰減器在全光網(wǎng)絡(luò)中將獲得越來越廣泛的應(yīng)用，磁光式可變光衰減器因?yàn)槠浞直婢雀?、無運(yùn)動(dòng)部件、響應(yīng)速度快、無調(diào)節(jié)振蕩、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)將在DWDM系統(tǒng)的功率管理、放大器的增益調(diào)節(jié)與均衡方面得到市場(chǎng)的青睞。