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，密集波分復用（DWDM）得到越來越廣泛的應用。在DWDM傳輸系統(tǒng)的光層面上有幾個問題必須面對和解決，這就是：

合波與分波技術(shù)

波長間隔的穩(wěn)定性

光信號的路徑管理

各波長的光功率管理

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、陣列波導器件(Arrayed Waveguide Gratings)、色散棱鏡、反射光柵等。波長間隔的鎖定(wavelength lock) 則依賴于一些專用精密器件，比如法珀標準具，用以產(chǎn)生一系列的標準波長( Wavelength Reference)。光信號的路徑管理則涉及光分插復用器(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DWDM系統(tǒng)的重要性可從如下幾個方面體現(xiàn)出來:

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

2、到達接收機的光信號功率差別很大，在接收功率過大時接收機就會產(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，因而造成各波長之間的功率差別較大。在多級光放大器級聯(lián)時這一問題會更加惡化，此時必須采用光功率管理系統(tǒng)進行波長間的功率均衡，而VOA正是功率管理與均衡系統(tǒng)的核心器件。

4、當有信號上下路時，由于光放大器的增益的重新分配，其他波長的信號功率通常會有較大的波動起伏，因而必須采用以VOA為核心的光功率管理系統(tǒng)進行動態(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械式或微機電式（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，它應用磁光晶體的法拉第磁致旋光效應和晶體雙折射效應,實現(xiàn)對光的連續(xù)衰減。

磁光晶體在磁場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，兩個偏振方向的光在接收準直器處完全合成，此時光的衰減最小。外磁場撤消，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，兩個偏振方向的光無法在接收準直器處合成，此時光的衰減最大。當磁光晶體的旋光角度為介于0°到90°之間的任意角度 q 時，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

從理論上講，磁光VOA可以實現(xiàn)任意取值的衰減。它通過驅(qū)動電流來控制外加磁場，因而只要精密控制驅(qū)動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、動態(tài)范圍大、分辨精度高、無運動部件、響應速度快、無調(diào)節(jié)振蕩、可靠性高等優(yōu)點。

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，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
響應速度: <0.5ms

磁光可變衰減器的應用

根據(jù)控制精度的要求，VOA的應用一般有開環(huán)和閉環(huán)兩種應用。所謂“開環(huán)”就是利用廠家提供的或?qū)崪y的VOA的衰減控制曲線，確定一定衰減對應的控制電壓或電流的值，在應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)"就是通過探測光信號功率來反饋控制VOA的衰減量，從而達到更精確的光功率實時控制。在精度要求較高的場合，比如放大器的增益均衡，通常使用閉環(huán)控制VOA的衰減量。

在密集型波分復用（DWDM）系統(tǒng)中，有數(shù)十個波長的光信號在光纖中同時傳播，對各通道的光功率進行有效地監(jiān)測和控制是系統(tǒng)獲得工作性能的前提。該監(jiān)控系統(tǒng)能動態(tài)監(jiān)測DWDM光通信系統(tǒng)中的各通道的光功率狀態(tài)，并提供自動調(diào)節(jié)和報警功能，從而保證整個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EDFA的增益進行均衡。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)與均衡的一個應用。第一級光放大器通常選用低噪聲高增益的前置放大器，而第二級則選用高輸出功率的放大器。VOA在兩級放大器之間進行動態(tài)調(diào)節(jié)，保證第二級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用，磁光式可變光衰減器因為其分辨精度高、無運動部件、響應速度快、無調(diào)節(jié)振蕩、可靠性高等優(yōu)點將在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的青睞。