技術(shù)進(jìn)步為AWG贏得商機(jī)(精)

1、技術(shù)進(jìn)步為AWG贏得商機(jī)陣列波導(dǎo)光柵（AWG ）技術(shù)的新發(fā)展不僅為 AWG贏回了大容量應(yīng)用市場(chǎng)的主導(dǎo)地位，并且使AWG在小容量應(yīng)用市場(chǎng)上獲得了相當(dāng)?shù)姆蓊~。AWG在DWDM系統(tǒng)中提供復(fù)用和解復(fù)用功能，它可以把40到80個(gè)不同的DWDM波長(zhǎng)信道復(fù)用到一根光纖當(dāng)中，并在網(wǎng)絡(luò)的另一端把這些波長(zhǎng)信道分離開(kāi)來(lái)。也就是說(shuō)一 個(gè)40信道的AWG可以代替40個(gè)不同的薄膜濾波器（TFF ）。更重要的是，AWG的關(guān)鍵技術(shù)一一平面光路技術(shù)（PLC）可以實(shí)現(xiàn)的功能遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止復(fù)用和解復(fù)用， 它還可以實(shí)現(xiàn)功率分配、交換、監(jiān)測(cè)和光強(qiáng)可變衰減等功能。目前，能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)100多項(xiàng)功能的PLC芯片已經(jīng)問(wèn)世。就像集成電路取代三極管分立

2、器件電路一樣，未來(lái)的光通信系統(tǒng)將會(huì)在這種集成的單片光系統(tǒng)的基礎(chǔ)上 構(gòu)建起來(lái)。不過(guò)要讓這一切變成現(xiàn)實(shí)，每種集成模塊的功能和分立器件相比，必須具有競(jìng)爭(zhēng)力。隨著新型 集成模塊的推出，這個(gè)目標(biāo)正在逐步實(shí)現(xiàn)，對(duì)于AWG來(lái)說(shuō)，它在越來(lái)越大的市場(chǎng)范圍內(nèi)，正憑借著自己的成本和性能優(yōu)勢(shì)，從分立的 TFF器件手中贏得大量的市場(chǎng)份額。盛極而衰一一能否重現(xiàn)輝煌？<PLC首度商用化是在1990年代末的電信泡沫時(shí)期，它把半導(dǎo)體工業(yè)的生產(chǎn)模式帶入了光器件產(chǎn)業(yè)。當(dāng) 時(shí)，利用分立的光器件和各種光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以把單根光纖上的信息容量從每秒百兆比特提高到每秒太比特。 不過(guò)分立器件價(jià)格高， 而且體積和可靠性都達(dá)不到當(dāng)時(shí)要求的理想

3、水平。而PLC技術(shù)采用制造集成電路的設(shè)備和工具，大規(guī)模地生產(chǎn)集成光路，另外，PLC技術(shù)在降低成本的同時(shí)還能夠增強(qiáng)器件的功能。在通信系統(tǒng)中，第一個(gè) PLC的商用產(chǎn)品就是 AWG。AWG迎合了泡沫時(shí)期通信容量暴漲的思路，追求 更多的信道數(shù)量和更大的容量。然而從2001年開(kāi)始，泡沫經(jīng)濟(jì)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。其實(shí)，直到現(xiàn)在為止，AWG都是大容量DWDM系統(tǒng)最好的復(fù)用和解復(fù)用技術(shù)，它的單信道平均成本低、損耗小，而且一致性強(qiáng)。另外，由于AWG是集成系統(tǒng)，它的成本和性能幾乎和信道數(shù)無(wú)關(guān)。而對(duì)于分立TFF來(lái)說(shuō)，每增加一個(gè)信道就意味著增加一個(gè)分立的濾波器，所以它的成本將隨著信道 數(shù)

4、的增加而線性增加，而性能卻反而降低。在泡沫時(shí)期，大家都認(rèn)為數(shù)據(jù)量的爆炸性增長(zhǎng)會(huì)讓系統(tǒng)中的所有信道迅速派上用場(chǎng)，所以AWG的上述特點(diǎn)是它的絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。而在泡沫破滅之后，大家清楚地認(rèn)識(shí)到業(yè)務(wù)量將會(huì)相對(duì)平穩(wěn)地增長(zhǎng)。所以運(yùn)營(yíng)商在 部署系統(tǒng)的時(shí)候，考慮的最重要的因素變成了 “初裝成本”，換句話說(shuō)：運(yùn)營(yíng)商希望用最低的成本建立起第一條信道，而以后添加信道所用的成本顯得并不是那么重要了，因?yàn)橹挥挟?dāng)數(shù)據(jù)量需求足夠大，證明確實(shí) 有必要支付這筆費(fèi)用的時(shí)候，才會(huì)真正添加信道。運(yùn)營(yíng)商這種思路的變化對(duì) AWG是很不利的。原因主要有兩個(gè)：首先，因?yàn)锳WG是集成的，所有通道必須一次性安裝，這樣就增加了 “初裝成本”。當(dāng)然，沒(méi)有

5、必要把所有的收發(fā)器一次性都裝上，所以，這里計(jì)算的成本只是為了激活一條信道的基本成本，實(shí)際上它只是一次性建立所有信道成本的一小部分，不過(guò) 這似乎還是有些貴。其次，AWG需要?jiǎng)討B(tài)溫度控制來(lái)保證它的輸出波長(zhǎng)與ITU標(biāo)準(zhǔn)波長(zhǎng)一致。雖然機(jī)架的供電成本如果由40個(gè)信道來(lái)分擔(dān)會(huì)比較劃算， 不過(guò)初裝成本還是很可觀的。 綜上所述，盡管從整個(gè)壽命 期內(nèi)的總成本的角度考慮，AWG仍然是最佳的方案，TFF還是憑借 “初裝成本低”的優(yōu)勢(shì)被業(yè)界人士再度看好。不過(guò)，PLC的生產(chǎn)商并沒(méi)有因?yàn)殡娦艠I(yè)的寒冬而一蹶不振，他們對(duì) AWG技術(shù)做了很多改進(jìn)，使 AWG 得以在新的環(huán)境中繼續(xù)保持競(jìng)爭(zhēng)力并在競(jìng)爭(zhēng)中獲勝。首先，AWG是一個(gè)相對(duì)

6、較新的技術(shù)，近幾年它的光學(xué)性能有了很大的提高。例如，插入損耗已經(jīng)降低到原來(lái)的一半，通帶寬度也增加了50%多，這些性能的提高使AWG在小容量應(yīng)用方面競(jìng)爭(zhēng)力顯著增強(qiáng)。其次，AWG成品率的顯著提高使得成本迅速下降，40通道AWG的成本已經(jīng)降得非常低。由于上述原因，很多設(shè)備商，尤其是亞洲的設(shè)備商已經(jīng)把AWG作為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)器件，從其低廉的壽命期內(nèi)總成本中獲益良多。不僅如此，AWG的兩項(xiàng)技術(shù)突破還讓它走進(jìn)了原來(lái)被TFF占領(lǐng)的市場(chǎng)。第一項(xiàng)技術(shù)突破是研制成功了全波段AWG，或者稱作“波長(zhǎng)無(wú)關(guān)” AWG。這種AWG可以工作在任何波段，它用一種器件代替了12種不同的器件。第二項(xiàng)技術(shù)突破是“抗溫漂”AWG的研制成功。

7、抗溫漂 AWG不需要耗費(fèi)電能來(lái)控制溫度。這兩種新型 AWG不僅具備了 TFF的所有優(yōu)勢(shì)，并且使 AWG擁有了 TFF所不能比擬的新優(yōu)勢(shì)，從而使 AWG能在更廣泛的市場(chǎng)范圍內(nèi)迅速地獲得認(rèn)可。全波段AWG現(xiàn)在，在鋪設(shè)長(zhǎng)途光纖網(wǎng)絡(luò)的時(shí)候，運(yùn)營(yíng)商希望初裝成本最低，也就是說(shuō)運(yùn)營(yíng)商希望開(kāi)始的時(shí)候只安裝 幾條信道。不過(guò)為了在未來(lái)網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容時(shí)不會(huì)捉襟見(jiàn)肘，他們也要求系統(tǒng)可以擴(kuò)容至整個(gè) C波段的8096個(gè)信道（以50GHz為間隔）。如果采用TFF技術(shù)，這兩個(gè)互相矛盾的要求造成的后果就是：器件生產(chǎn)商要生 產(chǎn)出96種不同的濾波器，而設(shè)備商處境更狼狽， 雖然客戶開(kāi)始時(shí)只使用幾個(gè)濾波器，但是他們還是要把這些器件都儲(chǔ)備起來(lái)

8、，以備網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容時(shí)使用。另外，為了平衡衰減，這些濾波器通常成組采用，即相鄰八個(gè)信道的段內(nèi)濾波器構(gòu)成一組。這樣96個(gè)信道的系統(tǒng)就需要12組不同波段的8信道模塊。很多運(yùn)營(yíng)商開(kāi)始組網(wǎng)時(shí)只安裝一個(gè)波段，等到業(yè)務(wù)量增 加，要求擴(kuò)容時(shí)，再加入新的波段。然而所有的器件都必須生產(chǎn)岀來(lái)，器件數(shù)量達(dá)到12組，這無(wú)疑增加了生產(chǎn)和庫(kù)存管理的成本。對(duì)這個(gè)問(wèn)題，AWG提供了一個(gè)簡(jiǎn)單和高性價(jià)比的解決方案。顧名思義，AWG是一種光柵，當(dāng)光程差等于波長(zhǎng)整數(shù)倍的時(shí)候（也就是 =n入，n稱為光柵的階數(shù)）光柵就會(huì)發(fā)生干涉現(xiàn)象。而且這種干涉現(xiàn)象在光 程差為波長(zhǎng)的n+1或者n-1倍的時(shí)候也會(huì)發(fā)生。所以完全可以設(shè)計(jì)一個(gè)光柵，它的n階匹配第一

9、波段，而它的n+1階匹配第二波段，n+2階匹配第三波段，依此類推。而且，它的自由頻譜范圍 FSR和波段間隔剛 好一致。這樣的AWG被稱作全波段AWG。圖1所示的就是這樣一個(gè) AWG，這里為了消除所有信道的插入損耗， 一個(gè)輸入端口用于奇數(shù)波段，另一個(gè)輸入端口用于偶數(shù)波段。£ FIILIlr|二！1 Aw« 丄 4-rSl全波段陣列波導(dǎo)光柵采用兩個(gè)輸入端以消除各個(gè)信道的插入損耗，這兩個(gè)輸入端分別負(fù)責(zé)奇數(shù)波段和偶數(shù)波段。圖2是全波段AWG的復(fù)合輸出頻譜，信道間隔為50GHz，每個(gè)循環(huán)跨度為8個(gè)信道。圖中紅色的信道 是奇數(shù)波段的信道，藍(lán)色的是偶數(shù)波段的信道。作為解復(fù)用器時(shí)，第一個(gè)波

10、段的第1到第8信道分別從1號(hào)到8號(hào)光纖輸岀，第二個(gè)波段的第9到第16信道分別從1號(hào)到8號(hào)光纖輸岀，第三個(gè)波段的第17到第 24信道分別從1號(hào)到8號(hào)光纖輸岀，依此類推。這樣，同一個(gè)器件可以在任何波段使用，需要生產(chǎn)和庫(kù)存 的器件的數(shù)量降低了，從 12個(gè)變成了 1個(gè)。&0GHZi4H的仝迪踐-!ft 1 ® z11j l"'lif LlJlli,i，b| 'I 11,1 L-20h I 1 i f lII',1.',:III J15X153IMO1550全波段陣列波導(dǎo)光柵的獨(dú)特結(jié)構(gòu)使它能夠用于任何波段，和薄膜濾波器相比，使用全波段陣列波導(dǎo)光

11、柵 極大地降低了對(duì)庫(kù)存的要求。因?yàn)橹恍枰环N器件就可以完成多種器件的功能，所以無(wú)論運(yùn)營(yíng)商采用哪個(gè)波段，或者希望升級(jí)加入哪 一個(gè)波段，庫(kù)存管理和備貨的費(fèi)用都可以降低50%，同時(shí)AWG和TFF或者布拉格光纖光柵相比，還有一個(gè)優(yōu)勢(shì)：它在50GHz間隔的系統(tǒng)中色散要小得多，也平滑得多。抗溫漂AWG由于玻璃材料反射系數(shù)的原因，AWG的中心波長(zhǎng)會(huì)隨著溫度的不同有所變化，溫度每變化1攝氏度，AWG的信道將會(huì)漂移11pm。標(biāo)準(zhǔn)的AWG中，這種溫漂是由有源溫度控制器來(lái)抑制的，以保證AWG的信道與ITU標(biāo)準(zhǔn)相符。為了不影響系統(tǒng)的性能，AWG芯片的溫度變化必須保持在土 C之內(nèi)。曾經(jīng)開(kāi)發(fā)出一些無(wú)源溫漂補(bǔ)償技術(shù)，但是這

12、些技術(shù)大多都會(huì)使系統(tǒng)的性能有所下降。在電信泡沫時(shí)期，性能是要考慮 的首要問(wèn)題，系統(tǒng)設(shè)計(jì)者寧愿消耗電能控制溫度，也不愿容忍AWG影響系統(tǒng)的性能。但是，現(xiàn)在成本是最重要的。新開(kāi)發(fā)出來(lái)了一種實(shí)用且耐用的抗溫漂AWG ,它使用機(jī)械方法補(bǔ)償溫漂，其性能和標(biāo)準(zhǔn)的AWG相當(dāng)。AWG實(shí)際上是一個(gè)波前準(zhǔn)確度優(yōu)于 入/200的超高質(zhì)量的干涉儀， 也就是說(shuō)，AWG的所有零部件都必須非 常完美，不能有一點(diǎn)兒的缺陷或者不規(guī)范，所有部件的光學(xué)相位誤差必須小于兩度。和以往的抗溫漂方法 不同，這種新方法不是把光從玻璃中分離出來(lái)，因?yàn)檫@樣會(huì)干擾波前，而是機(jī)械地來(lái)移動(dòng)波導(dǎo)“捕捉”合 適的波長(zhǎng)信道。圖3顯示了這種新型抗溫漂 AWG

13、的信道中心波長(zhǎng)與ITU標(biāo)準(zhǔn)波長(zhǎng)的偏差隨溫度的變化。 從0 C到-60 C， 此偏差只相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn) AWG的溫度變化土 1C時(shí)波長(zhǎng)的變化，從-30 C到+70 C,此偏差也只相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn) AWG 溫度變化土 1.5 C時(shí)波長(zhǎng)的變化。由此可見(jiàn)，抗溫漂 AWG把低成本優(yōu)勢(shì)和標(biāo)準(zhǔn) AWG的高性能優(yōu)勢(shì)結(jié)合了 起來(lái)，而且它是無(wú)源的。中心 at 妊siiru標(biāo)準(zhǔn)波養(yǎng)的書(shū)差0074,01-»-20 -1002 加 30 40 50 燉 7Q耳須甘年売*抗溫漂AWG在機(jī)械補(bǔ)償溫漂的同時(shí)還表現(xiàn)出了優(yōu)良的性能。抗溫漂技術(shù)為AWG開(kāi)辟了兩個(gè)新的市場(chǎng)。一個(gè)是，在機(jī)架不能提供電功率或者不方便提供額外電源進(jìn)行溫度控制

14、的時(shí)候，AWG可以代替TFF用于DWDM系統(tǒng)的復(fù)用器/解復(fù)用器模塊。這種 DWDM系統(tǒng)一 般用在長(zhǎng)途網(wǎng)絡(luò)和城域網(wǎng)當(dāng)中， AWG的高性能和低成本的優(yōu)勢(shì)對(duì)這些網(wǎng)絡(luò)尤其有益。 這個(gè)市場(chǎng)即使不會(huì)迅 速擴(kuò)張，也會(huì)有相當(dāng)?shù)脑鲩L(zhǎng)。另一個(gè)更富有潛力的市場(chǎng)是新興的WDM-PON系統(tǒng)，最近韓國(guó)電信宣稱已開(kāi)始招標(biāo)建設(shè)這個(gè)系統(tǒng)。因?yàn)閃DM-PON系統(tǒng)要求在室外-30 'C到70 C的溫度范圍內(nèi)都可以正常運(yùn)行，而TFF的溫漂大，不符合室外WDM-PON系統(tǒng)的應(yīng)用要求，所以系統(tǒng)可能會(huì)使用大量的抗溫漂AWG以提供超過(guò)百兆的光纖到戶業(yè)務(wù)。再現(xiàn)輝煌由于AWG性能獲得了極大的提高， 成本顯著降低，加上全波段AWG的開(kāi)發(fā)成功，AWG已經(jīng)逐漸地從 TFF手中贏回不少的市場(chǎng)份額，準(zhǔn)備再現(xiàn)電信泡沫時(shí)期的輝煌。不僅如此，AWG只是采用PLC技術(shù)的眾多產(chǎn)品中的一種。使用可變光衰