采用光波分復(fù)用技術(shù)，可以將原一根光纖只傳輸一個(gè)波長(zhǎng)光源所攜帶信息的狀態(tài)，改變成在一根光纖中能夠傳輸由不同波長(zhǎng)的光源所攜帶的多波長(zhǎng)信息的狀態(tài)，因此其中的完成光復(fù)用／解復(fù)用技術(shù)的核心器件——光波復(fù)用器的性能尤為關(guān)鍵，因而在此將就光波復(fù)用器的工作原理、結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行簡(jiǎn)要分析．
1．光波分復(fù)用器的工作原理
光波分復(fù)用器是對(duì)光波波長(zhǎng)進(jìn)行分離與合成的光器件，其原理如圖8-3所示，其中的一個(gè)端口作為器件的輸出／輸入端，而n個(gè)端口作為器件的輸入／輸出端．
圖8-3 wdm光傳輸原理圖
當(dāng)作為對(duì)光波波長(zhǎng)起合成作用的器件時(shí)，從n個(gè)端口各自注入不同波長(zhǎng)的光信號(hào)，在一個(gè)端口處將獲得按一定光波波長(zhǎng)順序分開(kāi)的光波信號(hào)；當(dāng)器件作為解復(fù)用器時(shí)，注入到入射端的各種光波信號(hào)，將分別根據(jù)其波長(zhǎng)的不同，傳輸?shù)綄?duì)應(yīng)的不同出射端口（n個(gè)端口之一）．由以上分析可以知道，各端口可以作為輸入端口，也可以作為輸出端口．
2．光波分復(fù)用器的光學(xué)特性
為了保證器件的正常工作，則在作為解復(fù)用器時(shí)，要求器件具有最低的插入損耗，同時(shí)該光信號(hào)應(yīng)被其他輸出端口所隔離，同理，當(dāng)作為復(fù)用器時(shí)，則要求給定工作波長(zhǎng)的光信號(hào)從對(duì)應(yīng)輸入端口（n個(gè)端口之一）被傳輸?shù)絾味丝跁r(shí)，具有最低的插入損耗，同時(shí)又被其他輸入端口所隔離。根據(jù)上述特性，可以分別畫(huà)出復(fù)用器和解復(fù)用器的光學(xué)特性曲線．
(l)復(fù)用器
復(fù)用器的光學(xué)特性可以用給定的輸入端口的插入損耗一波長(zhǎng)關(guān)系曲線表示，例如，由n個(gè)端口之一的2#輸入端注入的光信號(hào)傳輸?shù)絾味丝跁r(shí)，其插入損耗一波長(zhǎng)關(guān)系如圖8-4所示．從圖中可以看出，在λ2處插入損耗最小，這樣2#端口注入的光信號(hào)可以很好地傳送到單端口．
圖8-4 復(fù)用器插入損耗一波長(zhǎng)關(guān)系曲線
(2)解復(fù)用
解復(fù)用的光學(xué)特性，可以用輸入端到n個(gè)輸出端的各信道的波長(zhǎng)-插入損耗關(guān)系曲線來(lái)表達(dá),如圖8—5所示．從圖中曲線可以看出，每一個(gè)從輸入端到輸出端的工作通道都有一個(gè)最小損耗分布，其具有的光學(xué)特性參數(shù)如下所述。
圖8-5 解復(fù)用器波長(zhǎng)—插入損耗關(guān)系曲線
①中心波長(zhǎng)λ和中心波長(zhǎng)的工作范圍△λ
不同工作通道的中心波長(zhǎng)的選取是由設(shè)計(jì)者根據(jù)相應(yīng)的國(guó)際、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)以及實(shí)際應(yīng)用要求而確定．在itu-t規(guī)定中，對(duì)于密集型波分復(fù)用器做出了具體的規(guī)定．例如對(duì)于l 550 nm區(qū)域，1552.52nm作為標(biāo)準(zhǔn)波長(zhǎng)，其他復(fù)用波長(zhǎng)的規(guī)定間隔為100 ghz(0.8 nm)，或其整數(shù)倍（n×0.8nm），中心波長(zhǎng)的工作范圍是以1.0nm表示，或者以平均信道之間間隔的10%表示．
②中心波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的最小插入損耗l1, l2
插入損耗是指由于系統(tǒng)中使用了光波分復(fù)用／解復(fù)用器件，給系統(tǒng)引入的附加損耗．系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)一般容許幾個(gè)分貝的插入損耗，但一般較好的商用產(chǎn)品均低于0.5 db．
③相鄰信道之間串音耦合器最大值l12, l23
串音是指其他信道的信號(hào)被耦合進(jìn)某一信道，從而引起傳輸質(zhì)量的下降，在數(shù)字通信系統(tǒng)中，一般用信道隔離度表示，并應(yīng)大于30 db；在模擬通信中則應(yīng)大于50 db．表8-1給出了某公司的光波分復(fù)用器的技術(shù)性能．
3．單模光纖熔錐型耦合器
由于單模光纖熔錐型耦合器是由全光纖構(gòu)成的，因此用做光波長(zhǎng)復(fù)用器時(shí)，非常便于與光纖通信系統(tǒng)耦合連接，而且具有連接損耗小、體積小、結(jié)構(gòu)緊湊的特點(diǎn)．
(l)結(jié)構(gòu)
如圖8-6所示，它是將兩根光纖扭絞在一起，并且通過(guò)對(duì)扭絞部分一邊加熱，一邊加上拉力緩慢拉伸，從而使兩光纖熔接在一起。
(2)工作原理
從圖中可以看出，單模光纖熔錐型耦合器共有四個(gè)端口，其中1，3端口屬于同一根光纖，2，4端口屬于另一根光纖，那么如果把兩不同波長(zhǎng)（λ1 +λ2）的光射線由端口1輸入，則其中λ1波長(zhǎng)的光射線由端口3輸出，而另一個(gè)波長(zhǎng)為λ2的光射線，則耦合到輸出端口4輸出，從而實(shí)現(xiàn)解復(fù)用的作用．同理，由2，4輸入的兩個(gè)不同波長(zhǎng)的光，則由1端口共同輸出，從而實(shí)現(xiàn)復(fù)用的作用．
(3)耦合原理
在波分復(fù)用和解復(fù)用過(guò)程中，單模光纖熔錐型耦合器的作用是互逆的，這里首先以解復(fù)用過(guò)程為例來(lái)說(shuō)明其耦合原理．
如果工作波長(zhǎng)為λ1 +λ2，輸入功率為p1的光射線從1端口輸入，則根據(jù)光波導(dǎo)理論可知，3，4端口的輸出功率分別為
其中，l為光纖耦合長(zhǎng)度；
k為兩光纖之間的耦合系數(shù)．該系數(shù)與光射線的工作波長(zhǎng)，熔錐截面的纖芯折射率以及外包層介質(zhì)折射率有關(guān)．
由此可知，當(dāng)
顯然'輸出功率p3和p4是隨著所傳輸光射線的波長(zhǎng)和耦合長(zhǎng)度的變化而呈現(xiàn)周期性變化的規(guī)律,因而可以根據(jù)需要選擇適當(dāng)?shù)牟ㄩL(zhǎng)和熔拉技術(shù)來(lái)調(diào)節(jié)兩光纖的纖芯距，精確控制功率的轉(zhuǎn)移，使不同波長(zhǎng)的光射線得到不同的耦合比γ，即
例如,現(xiàn)有波分復(fù)用系統(tǒng)中，兩信道的中心波長(zhǎng)分別為λ1 ,λ2，那么可以通過(guò)控制耦合比，使對(duì)λ1的γ（λ1）≈o（實(shí)際上可做到小于0. 01%），而對(duì)γ（λ2）≈l 00%，這就意味著，含λ1和λ2的光信號(hào)在經(jīng)過(guò)該耦合器之后，λ1和λ2的光波分別由3，4端口輸出，從而達(dá)到將兩個(gè)波長(zhǎng)的光射線分開(kāi)的目的；當(dāng)然，相反的使用也可將兩波長(zhǎng)的光射線達(dá)到合成的目的，如圖8—7所示。
(4)4λ-wdm(4×4星型耦合器)
一個(gè)4λ-wdm器件可以由5個(gè)二波分熔錐型單模光纖耦合器，通過(guò)串聯(lián)而構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)如圖8-8所示．
此處四個(gè)信道的波長(zhǎng)λl，λ2，λ3，λ4分別為l 200 nm,1 240 nm,1 280 nm，和l 320 nm．這樣從圖中可以清楚地看出，右端（p）點(diǎn)為4λ-wdm與單模光纖的連接點(diǎn)，通過(guò)此點(diǎn)四個(gè)信道分別完成λl，λ3與λ2，λ4的雙向傳輸，由于選擇器件(a)的波長(zhǎng)選擇度為40 nm，而(b)和(c)的波長(zhǎng)選擇度為80 nm，因此器件(a)可以把不同方向傳輸?shù)摩薼，λ3和λ2，λ4分在兩個(gè)信道，而(b)把λl，λ3分開(kāi)，再分別經(jīng)過(guò)(d)，(e)分成兩個(gè)信道，表面上看起來(lái)此舉似乎有些多余，但實(shí)際上它們起到一個(gè)帶通濾液器的作用，從而大大減小了λ1，λ3兩信道間的串?dāng)_，下面再來(lái)看一下輸入到(c)的λ2，λ3兩個(gè)信道，可見(jiàn)，經(jīng)(c)合波并送人(a)，由于λ2與λ4的波長(zhǎng)間隔為80 nm，而(a)的波長(zhǎng)選擇度為40 nm，故λ2和λ4共同由(a)的p點(diǎn)輸出，并被耦合進(jìn)光纖中．
(5)n×n星型耦合器
由于技術(shù)上的復(fù)雜性，直接拉制的商用星型耦合器件還僅限于低端口數(shù)（n= 3,4等）．對(duì)于高端口數(shù)的星型耦合器，則通常采用基本單元拼接法來(lái)獲得．一般n小于16時(shí)，則可以采用4×4或8×8等器件作為基本單元，經(jīng)過(guò)如圖8-9給出的拼接法獲得．