光分插复用器是在光域实现支路信号的分插和复用的一种设备，是全光通信网的核心设备，对全光网的传输能力、组网方式、关键性能都具有重要影响，主要实现技术有WDM、O-CDMA、OTDM。

光分插复用器，即OADM，是在光域实现支路信号的分插和复用的一种设备，主要实现技术有WDM、O-CDMA、OTDM。

为实现从传输设备中上下路某个波长信号，需要光分插复用器，它在光波长领域内具有传统SDH分插复用器在时域内的功能。光分插复用器具有选择性，可以传输设备中选择下路信号或上路信号，或仅仅通过某个波长信号，但不影响其他波长信道的传输。OADM的作用是下载通道中的通往本地的信号,同时上载本地用户发往另一节点用户的信号。它使光纤通信网具有灵活性、选择性和透明性等优越功能。利用OADM还能提高网络的可靠性,降低节点成本,提高网络运行效率,因此是组建全光网的关键技术之一。

分插复用器的发展经历了电分插复用器阶段和OADM阶段。

要进行光-电-光转换的分插复用器称电分插复用器。对于通常的SDH传输设备构成的WDM网络,可以用SDH电分插复用器进行分插复用,它将同步复用和数字交叉连接功能于一体,可灵活方便地对任意支路的信号进行上下话路,且在网络设计上也具有极大的灵活性。

（OADM）

为了克服光-电-光转换的电子瓶颈,必须采用OADM技术对光信号进行上下话路复用。OADM的优劣将直接影响光通信网络的性能。而由SDH构成的WDM网络也可使用OADM,并能进一步增加网络传输容量。

可用阵列波导、光纤光栅等多种滤波器件构造出不同结构的OADM，也可全部用光纤技术构造出全光纤结构的OADM，但OADM无论采用何种结构，其基本要求是相同的（插入损耗要小,信道之间的隔离度要高，对环境温度变化和偏振不敏感，能容忍信号源的波长在一定范围内漂移和抖动）。另外在上下话路过程中要能够保证传输的各信道间的功率基本保持一致。最后，OADM的操作应力求做到简单、方便，能实现较高的性能价格比。

阵列波导光模型 OADM

用二氧化硅波导在硅基底上制成的阵列波导光栅(AWG)是一种新型的OADM,它具有高稳定性和可靠性、较好的性能价格比等优点。有望在构建密集波分复用(DWDM)网中作为首选对象。

（1）反馈回路型 AWG-OADM

传统的 N× 1复用器(MUX)和 AWG 构建的 OADM 。由于 AWG 的对称性，复用 /解复用的光谱响应可自动实现良好的匹配,不存在失配问题。传统的 1× N和 N× 1构造没有单个 N× NAWG能同时实现复用 / 解复用的明显优点。以32× 32 AWG为基础构建的31个上下载信道的反馈回路型 AWG-OADM，它选用第16个通道为主通道（传输通道），其余通道为加载 /下载通道,用 2× 2 光开关接入每一反馈光路，加载或下载所要的WDM信号。例如，若开关12从开通状态切换到断开状态,波长为λ12的信号就会取出,同时有和λ12相同波长的不同信号可以上载。对于传输信号,相应的开关仍保持开通状态。

另外，反馈回路型 AWG-OADM 可构造一个 2× 2波长选择开关，能与传输线上 N个波长复用信号中的任意1个或多个互换；若引入1个半导体光开关，还可得到更高速度的波长选择开关。

（2）集成光学型 AWG-OADM

器件以PLC技术为基础，构成OADM的2个不同光学器件是单片集成的。信道间隔为 0.8 nm的16信道的集成光学型 AWG-OADM，OADM由4个相同的AWG和1个双门热光开关(T-O)阵列集成在共同的硅基片上，通过改变相应开关的状态，任意波长的信号可从主通道取出，加到下载通道；同时，与取出信号具有相同波长的任意信号耦合到上载信道时,可加到主通道传输。

AWG-OADM具有低色散性和可集成性,最大缺点是偏振敏感性，与光纤相比，插入损耗较大。

采用声光可调谐滤波器的OADM

声光可调谐滤波器(AOTF)具有连续宽调谐（1.2～ 1.6μm）、窄滤波带宽(FW HM<1 nm)、低驱动功率等优点，可作为路由器、声光开关使用。由于声波的传输，导致波导的折射率周期性变化而形成布拉格光栅。设其周期为Λ。假设输入光是完全TE偏振的，在输出端置一偏振器只允许TM模式通过，只有满足布拉格条件的TE光才能转换成TM模式，从而实现滤波功能。声光可调谐OADM能从总线上选择所要的波长，同时由于器件的对称性，也可向总线注入某一波长。此种OADM可作为携带WDM信号的光纤总线的用户终端。考虑到器件必须有极低的损耗，以期有更多接口，因此用于OADM的AOTF最好是光纤型的。尽管声光可调谐OADM迄今尚未实用化，其中一个原因是串话率高；另一个原因是现有的AOTF带宽相当大(1 nm或更大)，而制造具有较大的声光干涉长度的AOTF又比较困难。不过令人鼓舞的是这些问题在理论上有了进展，特别是串话问题是可以解决的。

波导-光栅型OADM

随着硅基底的平面波导环路技术(PLC)的发展,光栅与波导相结合构造的OADM有了较大发展。它具有小型化、机械完整性、可级联性和能够与具有相同基底的器件混合集成的优点。但限制PLC技术在OADM中应用是偏振敏感性。J Albert等用Mach-Zehnder干涉仪原理,把两块长3.8 nm的布拉格光栅置于干涉仪两臂,并用紫外微调均衡技术制作OADM,整个装置长25 mm,插入损耗仅1 dB,隔离度达36 dB,可用于无光放大器的局域网。

日本的 M Horita 等报道的可调谐OADM，它利用垂直与相反方向耦合的半导体波导(VECCS),由MOVPE工艺制成的上、下两层In-GaAsP/InP波导及光栅,采用热调谐技术。滤波区的结构是:上层脊状波导和下层条形波导竖直堆放,中间用InP隔离层分开,块状薄膜加热器和光栅分别置于上、下波导顶部。在输入端口加波长为λ1… λk… λn的信号,在传输过程中,只有等于布拉格波长λk的入射光被光栅折射,从下载端口输出,其余波长的信号发送到输出端口;由于对称性,波长等于λk的光λ’k从上载端口加载,折射到输出端口与其他波长的光一起传输。VECCS-OADM具有窄带波长选择性、可调谐性和小型化的优点。实验表明:在调谐范围11 nm内,插入损耗变化小于1 dB,滤波稳定性也较好,用 5Gbit/s信号测得误码率。VECCS-OADM在未来的DWDM网中作为可调谐的OADM是很吸引人的。

光纤光栅型OADM

光纤光栅具有良好的波长选择性、低插入损耗和偏振不敏感的优点;光纤光栅可构成全光纤器件,通过调节光栅的反射谱,可以改变插入损耗、串话等性能指标。因此,用光纤光栅构成的OADM成为研究热点。实验室已成功地对8× 2.5 Gbit/s的WDM传输系统的某一信道进行分插复用,如图册中图8所示。在传输系统中,信道间隔为0.8 nm,中继距离75 km,总传输长度为6 000 km。光纤光栅OADM(布拉格波长为λ5)置于传输线上,将信道5下载,信号在支路无中继传输150 km后到达市内终端,终端发射机将波长为λ5的信号加载到总线上。

（1）光环行器光纤光栅OADM

光环行器光纤光栅OADM由2个3端口的光环行器和1个窄带布拉格反射光纤光栅(FBG)构成。光纤光栅从传输的信号中反射要下载或加载的话路的信号,光环行器让光纤光栅反射的信道的信号改变传输方向。如果对WDM各个信道的信号分插复用,简单的方法是对单路分插复用器级联,级联的各个分插复用器所用光栅的中心波长要与WDM各信道中心波长相同,同时各个光纤光栅的反射带宽应足够窄,防止信道间信号串扰。可以看到,若要对N路信号进行上、下话路,需要2N个环行器,势必对传输信号有较大的损耗,影响下一级对信号的分插,而且对非下载的信号传输也有劣化。

为克服上述缺点,Se Yoon Kim等构造了新型结构的OADM。它是在一段光纤上刻有4个完全相同的可调谐光纤光栅和2个环行器构成,调节压电转换器的电压来改变光纤光栅的布拉格波长。在1根光纤上刻有多个特定反射谱的光纤光栅,工艺复杂,技术要求高。为简化工艺,可把几个不同中心波长的光纤光栅连接在一起,效果是一样的。C.R.Giles等用该原理研制的OADM,插入损耗<3 dB,隔离度>50 dB。用于4个信道,波长间隔为0.8 nm,传输100 km的WDM网络传输实验,效果很好。若通过光放大器,可传输更远距离。

优点：插入损耗小,选择性较高,结构简单。

缺点：不够稳定,造价偏高。

（2）偏振分光器-光纤光栅OADM

偏振分光器-光纤光栅OADM,造价低,稳定性高,对环境温度不敏感,不需要特殊的技术。具体结构可见图册中图12，原理为:任意偏振态的多信道WDM信号从端口1输入,被偏振分光器分成两正交的线偏振光,每一臂上的光通过λ/4偏振控制器后成圆偏振光;和光栅中心波长相同的光被反射,再次经过λ/4偏振控制器,又变成线偏振光,但与原始入的线偏振光是正交的,于是等于布拉格波长的信号从端口2下载,其他信道通过端口4传输;由于器件的对称结构,具有相同布拉格波长的信号可以从端口3加载到传输线上去。

（3）全光纤型OADM

典型的全光纤型OADM，据图参看图册中图13，采用光纤光栅与光纤型Mach-Zehnder干涉仪结合的全光纤OADM,由全光纤Mach-Zehnder干涉仪与完全相同的2个FBG组成。对于理想的Mach-Zehnder干涉仪型OADM,要求干涉仪两臂的长度必须相同,2个耦合器的分光比应是11,2个FBG必须有相同的反射光谱。但实际上干涉仪两臂的长度总有差别,为解决这一问题,引入了紫外微调均衡器,当有紫外光照射时,均衡器改变纤芯的折射率,使干涉仪两臂的长度满足OADM的工作条件。

工作原理为:具有不同波长的信号从端口1输入,假定光纤光栅的谐振波长等于λ4,则λ4将从端口2输出,其余光从端口4输出;若干涉仪达到理想平衡状态,端口3无光出现;由于器件的对称性,从端口3加载波长等于λ4的信号,就会在端口2输出。若用不同谐振波长的光栅对,就可以一次加载或下载几个不同波长的信道。

优点：偏振不敏感性;由于干涉仪两臂随温度变化相同,温度变化时,干涉仪两仍会保持平衡。

缺点：温度变化时将导致光纤光栅中心波长移动。基于Mach-Zehnder干涉仪和FBG的分立型OADM的优点是全光纤器件组成,插入损耗小,体积较小,结构简单且易于集成。但由于它是干涉型的,实验结果显示它对外界环境非常敏感,因此性能不稳定,干涉臂差很小的变化可以导致相位差很大的变化,从而引起输出端口光功率的波动,有人提出可以加压电陶瓷环,通过调节臂差来控制工作点,但是增大了其体积而且使其原本简单的结构复杂化。也有人提出可以通过紫外补偿来对其进行调节,通过照射非光栅区域来调节折射率以补偿由于制作过程中引入的相位差,但操作起来十分复杂。

完全由无源光纤器件组成的3波长OADM已有报道。它由4个3 dB耦合器,1个光纤布拉格反射滤波器(FBR)和4个光纤双锥型滤波器(BTF)组成。器件最大的优点是引入了双锥型滤波器,双锥型滤波器透射谱由交替出现的峰值和零值组成,工作原理与非等臂的Mach-Zehnder干涉仪相近。但由于BTF由1根光纤组成,是偏振不敏感的,另外插入损耗小(0.8～ 1.3 dB),后向反射低( <-55dB),在透射带内色散较低,具有良好的热稳定性和机械稳定性。

这种OADM不需要大的体光学器件和平面波导器件,容易实现增加需要分插的波长信道数。

目前,可重构OADM已成为发展方向。除了利用光开关动态选择上下波长外,利用可调谐滤波器也是一个热点。意大利报道了一种利用SiO2/Si声波导制成的可调谐分插滤波器,用于4路WDM系统波长间隔3.2nm,分插各路间的串扰小于 -18dB；日本报道利用垂直与相反方向耦合的半导体波导构成的OADM,在可调谐范围11nm内，损耗变化小于1dB；加拿大报道的可调谐OADM是利用FBG制成 ,在1.55Lm窗口有8路可调谐滤波器 ,各路波长间隔0.8NM,采用热调谐使FBG的光栅周期发生线性变动 ,使波带放宽。国内也有学者研究了基于声光可调滤光器的OADM,器件消光比达到32dB,插入损耗为3dB。