反射式MEMS VOA在光通信系統(tǒng)中的應(yīng)用

3.2 VMUX模塊

VMUX是信道光功率預(yù)均衡合波模塊，具有合波和各信道光功率預(yù)均衡的功能，即可對DWDM系統(tǒng)的每個通道光功率進(jìn)行均衡，實(shí)現(xiàn)光信號的長距離無誤碼傳輸。VMUX模塊提供多路光信道可調(diào)光衰減及合波，可在電路控制下調(diào)節(jié)輸入與輸出之間的光衰減量。在光通信線路中，經(jīng)過EDFA之前的各波長通道的光，都必須用VUMX模塊進(jìn)行功率均衡，以保證各通道的光信號功率控制在可允許的范圍內(nèi)，避免非均衡增益經(jīng)EDFA放大而導(dǎo)致比較嚴(yán)重的非線性效應(yīng)。

圖5 VMUX模塊結(jié)構(gòu)示意圖

如圖5，VMUX模塊由均衡功率的VOA組和合波的MUX構(gòu)成，其常見結(jié)構(gòu)有兩種：一種是用可靠的MEMS VOA陣列與基于成熟的介質(zhì)膜濾光器(TFF)技術(shù)構(gòu)建的MUX實(shí)現(xiàn)，另一種是用新興的PLC VOA陣列與基于波導(dǎo)陣列光柵(AWG)技術(shù)構(gòu)建的MUX實(shí)現(xiàn)。兩者應(yīng)用的場合各不相同，前者常用在信道數(shù)較少(n≤16)的系統(tǒng)中，此時的性價比高，MEMS VOA組無需配備制冷器與溫控電路，無需進(jìn)行散熱設(shè)計，且整個模塊具有更小的PDL與偏振膜色散(PMD)，更高的隔離度和更低的功耗。

3.3 增益可調(diào)EDFA模塊

作為光通信網(wǎng)絡(luò)中不可或缺的光器件，EDFA固有的增益曲線并不平坦，導(dǎo)致經(jīng)過分波后各信道的增益互不相同，使EDFA各信道的輸出信號功率和光信噪比(OSNR)存在一定的差異。這種功率和OSNR的不均衡性在級聯(lián)EDFA中的積累，可能會導(dǎo)致不良的后果——接收功率的不均衡程度超過接收機(jī)允許的動態(tài)范圍，造成信號丟失;累積的信噪比不均衡，造成某信道的誤碼率超出系統(tǒng)的要求;增益壓縮不充分，造成接收信號功率低于接收機(jī)靈敏度(在給定比特率下)，產(chǎn)生失真。

采用可變光衰減器實(shí)時調(diào)節(jié)增益斜率，使EDFA放大后的信號光在整個波段內(nèi)比較平坦。由增益曲線的抖動(Ripple)可知，需要調(diào)節(jié)的衰減范圍一般只有幾個dB，反射式MEMS VOA是一個很好的選擇。它不僅具備成本低、快速響應(yīng)、體積小、衰減精度高、低色散等顯著優(yōu)點(diǎn)外，還有較低的WDL、TDL和PDL，能極好地滿足系統(tǒng)的使用要求。

圖6 增益平坦EDFA結(jié)構(gòu)示意圖

如圖6，是控制EDFA動態(tài)增益斜率的有源增益斜率均衡器(AGSC)，在應(yīng)用上要優(yōu)于靜態(tài)增益平坦技術(shù)。當(dāng)輸入信號光功率發(fā)生變化時，經(jīng)過MEMS VOA到達(dá)EDFA的輸入光功率隨之變化，通過TAP PD的監(jiān)測功率反饋電路，來調(diào)節(jié)泵浦源的光功率和MEMS VOA的衰減量，對所產(chǎn)生的增益傾斜進(jìn)行補(bǔ)償，以確保EDFA輸出光功率的增益平坦。

4 總結(jié)與討論

隨著DWDM技術(shù)的飛躍發(fā)展，VOA也得到了越來越廣泛地應(yīng)用，主要用于DWDM系統(tǒng)中各信道的功率均衡、實(shí)現(xiàn)增益平坦、動態(tài)增益平衡和功率過載保護(hù)。在各種不同制造技術(shù)的VOA中，基于MEMS的VOA具備顯著的優(yōu)勢，也吸引了全球光通信廠商的目光。MEMS VOA常與DWDM、EDFA和TAP PD等一起組合成模塊使用，在光通信系統(tǒng)小型化與集成化的前行之路上，已做出了巨大的貢獻(xiàn)。

當(dāng)MEMS技術(shù)更趨成熟時，芯片的制造成本也會急劇下降，將不再是器件的主要成本因素。由于MEMS器件的封裝需要在凈化的防靜電環(huán)境下進(jìn)行，且封裝工藝精密復(fù)雜，因此設(shè)法降低MEMS VOA的封裝成本將是各器件制造商應(yīng)該考慮的關(guān)鍵問題。