信道是信號(hào)傳輸?shù)耐ǖ?。按照所用的傳輸介質(zhì)不同，信道可以分為有線信道和無(wú)線信道。有線信道需要利用具體的傳輸介質(zhì)，無(wú)雙絞線、同軸電纜、光纖等傳輸信號(hào)，無(wú)線信道則是直接利用電磁波在空氣中傳播信號(hào)的方式。通信質(zhì)量的好壞，主要取決于信道的特性。目前最好的通信方式是光纖，受制于光纖的材料色散、損耗等因素，光纖主要有三個(gè)低損耗的波長(zhǎng)區(qū)間，分別為860nm,1310nm和1550nm波段，因此這三個(gè)波段通常稱(chēng)之為光纖通信的三個(gè)窗口。由于光纖傳輸?shù)墓獠ㄩL(zhǎng)不是任意的，因此實(shí)現(xiàn)光通信就要充分利用這幾個(gè)為數(shù)不多的窗口，目前常采用信號(hào)復(fù)用技術(shù)實(shí)現(xiàn)大容量的光通信。

▲圖1 光纖通信的3個(gè)窗口

信號(hào)復(fù)用是指將若干路彼此獨(dú)立的信號(hào)在同一信道中傳輸?shù)募夹g(shù)，復(fù)用的目的是將多個(gè)用戶公用一個(gè)信道傳輸信息，以提高信道的傳輸效率，進(jìn)而降低通信系統(tǒng)的成本。在光纖通信中常用的技術(shù)是波分復(fù)用技術(shù)。

波分復(fù)用技術(shù)（Wavelength Division Multiplexing）是把工作在不同載波波長(zhǎng)上的多路光信號(hào)復(fù)用進(jìn)一根光纖中傳輸，并能夠在接收端實(shí)現(xiàn)各信道分離的光通信系統(tǒng)。它通過(guò)將一系列載有信息、但波長(zhǎng)不同的光信號(hào)合成一束，沿著單根光纖傳輸，這種技術(shù)可以同時(shí)在一根光纖上傳輸多路信號(hào)，每一路信號(hào)都由某種特定波長(zhǎng)的光來(lái)傳送。因此波分復(fù)用技術(shù)是釋放光纖帶寬潛能的鑰匙。

▲圖2 波分復(fù)用原理

波分復(fù)用中相鄰光復(fù)用通道的頻率間隔可以是均勻的也可以是非均勻的，目前大都采用均勻的通道間隔，間隔一般是100GHz（即0.8nm）。

常用的波分復(fù)用器有棱鏡色散型波分復(fù)用器、熔錐光纖型波分復(fù)用器、衍射光柵型波分復(fù)用器、介質(zhì)薄膜型波分復(fù)用器等。

1、棱鏡色散型波分復(fù)用器

棱鏡色散型波分復(fù)用器主要器件是三棱鏡，我們知道三棱鏡具有分光作用，如圖3所示，當(dāng)一束白光通過(guò)三棱鏡后，分為7中顏色，而這里三棱鏡的分光實(shí)際上是分波長(zhǎng)。

▲圖3 一束白光通過(guò)上棱鏡后分為7種顏色

如圖4所示，是棱鏡色散型解波分復(fù)用器的結(jié)構(gòu)圖，混合光通過(guò)三棱鏡后，其折射角不同，最終分別耦合到對(duì)應(yīng)的光纖中，實(shí)現(xiàn)不同波長(zhǎng)的分離。對(duì)于波分復(fù)用器是解波分復(fù)用器反過(guò)來(lái)用。

▲圖4 棱鏡色散型光波分復(fù)用器結(jié)構(gòu)示意圖

2、熔錐光纖型波分復(fù)用器

熔錐光纖型波分復(fù)用器的制作是將兩根或多根光纖靠貼在一起，通過(guò)適度熔融而形成的一種表面交互式器件, 可以通過(guò)控制融合段的長(zhǎng)度和不同光纖之間的互相靠近程度實(shí)現(xiàn)不同波長(zhǎng)的復(fù)用或解復(fù)用。如圖5所示，1×2型是熔錐光纖型波分復(fù)用器的結(jié)構(gòu)圖，混合光從公共臂攝入，最終分別在直通臂和耦合臂輸出不同波長(zhǎng)的光束。

▲圖5 熔錐光纖型波分復(fù)用器結(jié)構(gòu)

在熔融光纖型波分復(fù)用器各參數(shù)一定的情況下，兩輸出端光功率與波長(zhǎng)的關(guān)系如圖6所示，其中橫軸是不同的波長(zhǎng)，縱軸為輸出功率大小。熔錐光纖型波分復(fù)用器對(duì)于特定波長(zhǎng)的輸出功率與光纖纖芯半徑，熔錐區(qū)光纖間距，光纖纖芯折射率以及熔錐區(qū)的耦合長(zhǎng)度（拉伸長(zhǎng)度）有關(guān)，也就是說(shuō)對(duì)于特定波段范圍內(nèi)波分復(fù)用器可以達(dá)到的最小信道間隔是受以上參數(shù)影響的，可以通過(guò)控制上述參數(shù)可以制作出不同波長(zhǎng)的波分復(fù)用器。

▲圖6 輸出端光功率隨波長(zhǎng)的變化

3、衍射光柵型波分復(fù)用器

衍射光柵，通常簡(jiǎn)稱(chēng)為“光柵”，是一種由密集﹑等間距平行刻線構(gòu)成一種光學(xué)器件。它主要利用多縫衍射和干涉作用﹐將射到光柵上的光束按波長(zhǎng)的不同進(jìn)行色散﹐因此它可以用來(lái)分波長(zhǎng)。衍射光柵主要有兩類(lèi)：透射式和反射式，圖7是反射式衍射光柵的工作原理，不同波長(zhǎng)的光束照射到光柵將在空間上分離開(kāi)來(lái)。

▲圖7 衍射光柵工作原理

圖8是衍射光柵型波分復(fù)用器的結(jié)構(gòu)圖，其主要器件由凸透鏡和衍射光柵組成。其工作原理如下：攜帶有不同信息的多波長(zhǎng)光束平行照射到凸透鏡上，衍射光柵放置于透鏡后焦面上，此時(shí)多光束放生衍射，不同波長(zhǎng)的光束衍射角不同，最終各波長(zhǎng)光束通過(guò)透鏡平行射出，然后耦合到不同的光纖中，實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)的分離。

▲圖8 衍射光柵波分復(fù)用器結(jié)構(gòu)示意圖

由于自聚焦透鏡也具有類(lèi)似于凸透鏡的效果，目前也有利用自聚焦透鏡代替凸透鏡的衍射型光柵波分復(fù)用器，如圖9所示，其工作原理類(lèi)似于用凸透鏡的衍射光柵波分復(fù)用器。

▲圖9 采用自聚焦透鏡的衍射型光柵波分復(fù)用器結(jié)構(gòu)示意圖

4、介質(zhì)薄膜型波分復(fù)用器

如圖10所示，介質(zhì)薄膜是是由不同材料，不同折射率的幾十層介質(zhì)薄膜材料組合在一起，每層薄膜的厚度為λ/4，每層折射率高低交替組合。當(dāng)光在高折射率層反射時(shí)沒(méi)有相移，而當(dāng)光在低折射率層反射式經(jīng)歷π相移，層厚λ/4，低折射率層反射的光總共經(jīng)歷2π的相移，這與高折射率層的光相干疊加，因此在反射中心波長(zhǎng)處，每層反射的光相干疊加，而在反射中心波長(zhǎng)外的光，透射介質(zhì)薄膜，形成濾波器特性。

▲圖10 介質(zhì)薄膜干涉濾波器結(jié)構(gòu)

圖11是采用自聚焦透鏡的薄膜干涉型波分復(fù)用器器件結(jié)構(gòu)示意圖，它可以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)波長(zhǎng)的調(diào)制解調(diào)。

▲圖11采用自聚焦透鏡的薄膜干涉型波分復(fù)用器器件結(jié)構(gòu)

要實(shí)現(xiàn)更多波長(zhǎng)的調(diào)制解調(diào)可以采用圖12所示的結(jié)構(gòu)。

▲圖12采用自聚焦透鏡的薄膜干涉型多波長(zhǎng)波分復(fù)用器器件結(jié)構(gòu)