反射式MEMS VOA在光通信系统中的应用

灵活的扩展升级功能，上下路波长较少时成本低，具备通道功率均衡能力，可对上下路功率进行实时监测。

模块的外形尺寸为：138×130×17.8mm，适用于100GHz系统，同时上下8路固定的波长，并预留上下其它波长的升级口。模块由DWDM(100GHz)、TAP-PD和MEMS VOA集成，其光路如下图4所示。

图4 光迅科技OADM模块原理图

DWDM和TAP-PD的制作技术已非常成熟且相对固定，采用MEMS VOA，使得低成本OADM模块具备优越的指标：所有下路IL都小于4.6dB，所有上路IL都小于5.6dB，另两个通路的IL均小于4.2dB，回损大于40dB。偏振模色散(PMD)小于0.1ps，响应时间小于5ms，驱动电压统一为5VDC，整个模块的功耗不超过100mW。

不论是OADM还是ROADM结构，由于每个波长来自不同的网络，因此接受功率各不相同，必须借助小型化封装的MEMS VOA和TAP PD，以确保各信道功率的均衡。

3.2 VMUX模块

VMUX是信道光功率预均衡合波模块，具有合波和各信道光功率预均衡的功能，即可对DWDM系统的每个通道光功率进行均衡，实现光信号的长距离无误码传输。VMUX模块提供多路光信道可调光衰减及合波，可在电路控制下调节输入与输出之间的光衰减量。在光通信线路中，经过EDFA之前的各波长通道的光，都必须用VUMX模块进行功率均衡，以保证各通道的光信号功率控制在可允许的范围内，避免非均衡增益经EDFA放大而导致比较严重的非线性效应。

图5 VMUX模块结构示意图

如图5，VMUX模块由均衡功率的VOA组和合波的MUX构成，其常见结构有两种：一种是用可靠的MEMS VOA阵列与基于成熟的介质膜滤光器(TFF)技术构建的MUX实现，另一种是用新兴的PLC VOA阵列与基于波导阵列光栅(AWG)技术构建的MUX实现。两者应用的场合各不相同，前者常用在信道数较少(n≤16)的系统中，此时的性价比高，MEMS VOA组无需配备制冷器与温控电路，无需进行散热设计，且整个模块具有更小的PDL与偏振膜色散(PMD)，更高的隔离度和更低的功耗。

3.3 增益可调EDFA模块

作为光通信网络中不可或缺的光器件，EDFA固有的增益曲线并不平坦，导致经过分波后各信道的增益互不相同，使EDFA各信道的输出信号功率和光信噪比(OSNR)存在一定的差异。这种功率和OSNR的不均衡性在级联EDFA中的积累，可能会导致不良的后果——接收功率的不均衡程度超过接收机允许的动态范围，造成信号丢失;累积的信噪比不均衡，造成某信道的误码率超出系统的要求;增益压缩不充分，造成接收信号功率低于接收机灵敏度(在给定比特率下)，产生失真。

采用可变光衰减器实时调节增益斜率，使EDFA放大后的信号光在整个波段内比较平坦。由增益曲线的抖动(Ripple)可知，需要调节的衰减范围一般只有几个dB，反射式MEMS VOA是一个很好的选择。它不仅具备成本低、快速响应、体积小、衰减精度高、低色散等显著优点外，还有较低的WDL、TDL和PDL，能极好地满足系统的使用要求。

图6 增益平坦EDFA结构示意图

如图6，是控制EDFA动态增益斜率的有源增益斜率均衡器(AGSC)，在应用上要优于静态增益平坦技术。当输入信号光功率发生变化时，经过MEMS VOA到达EDFA的输入光功率随之变化，通过TAP PD的监测功率反馈电路，来调节泵浦源的光功率和MEMS VOA的衰减量，对所产生的增益倾斜进行补偿，以确保EDFA输出光功率的增益平坦。

4 总结与讨论

随着DWDM技术的飞跃发展，VOA也得到了越来越广泛地应用，主要用于DWDM系统中各信道的功率均衡、实现增益平坦、动态增益平衡和功率过载保护。在各种不同制造技术的VOA中，基于MEMS的VOA具备显著的优势，也吸引了全球光通信厂商的目光。MEMS VOA常与DWDM、EDFA和TAP PD等一起组合成模块使用，在光通信系统小型化与集成化的前行之路上，已做出了巨大的贡献。