磁光可变光衰减器

磁光可变光衰减器存在的问题

随着全光通信网络（AON）的蓬勃发展，密集波分复用（DWDM）得到越来越广泛的应用。在DWDM传输系统的光层面上有几个问题必须面对和解决，这就是：

合波与分波技术

波长间隔的稳定性

光信号的路径管理

各波长的光功率管理

以上问题的解决必须依赖于各种具有特殊功能的光器件。比如合波与分波目前主要包括的器件类型有: 薄膜滤波(Thin Film Filter)器件、阵列波导器件(Arrayed Waveguide Gratings)、色散棱镜、反射光栅等。波长间隔的锁定(wavelength lock) 则依赖于一些专用精密器件，比如法珀标准具，用以产生一系列的标准波长( Wavelength Reference)。光信号的路径管理则涉及光分插复用器(OADM)、布拉格光纤光栅 (Fiber Bragg Gratings) 和光开关等器件。光功率管理则是相对较新的领域，可变光衰减器(VOA)便是光功率管理的核心器件。VOA对DWDM系统的重要性可从如下几个方面体现出来:

1、在DWDM系统中对光源直接进行功率控制往往会带来负作用，一般不倾向采用，比如会引起波长的变化，器件的老化等，因而使用VOA进行功率控制就成为必要。

2、到达接收机的光信号功率差别很大，在接收功率过大时接收机就会产生饱和，因而必须使用VOA将接收光功率衰减到合适的范围。

3、光放大器的增益不平坦，因而造成各波长之间的功率差别较大。在多级光放大器级联时这一问题会更加恶化，此时必须采用光功率管理系统进行波长间的功率均衡，而VOA正是功率管理与均衡系统的核心器件。

4、当有信号上下路时，由于光放大器的增益的重新分配，其他波长的信号功率通常会有较大的波动起伏，因而必须采用以VOA为核心的光功率管理系统进行动态管理。

磁光可变光衰减器的原理

目前绝大多数的可变光衰减器都是采用机械式或微机电式（MEMS）的，也有少量的采用各种固态光衰减技术，比如电光、磁光、热光、液晶等。磁光可变光衰减器是最具吸引力的固态光衰减技术之一，它应用磁光晶体的法拉第磁致旋光效应和晶体双折射效应,实现对光的连续衰减。

磁光晶体在磁场B的作用下将光的偏振平面旋转90°，通过双折射晶体之后，两个偏振方向的光在接收准直器处完全合成，此时光的衰减最小。外磁场撤消，光通过磁光晶体后偏振平面的方向维持不变，再通过双折射晶体之后，两个偏振方向的光无法在接收准直器处合成，此时光的衰减最大。当磁光晶体的旋光角度为介于0°到90°之间的任意角度 q 时，输出光与输入光功率之比可表示为：
Pout /Pin= sin2(θ)

磁光可变光衰减器的性能特点

从理论上讲，磁光VOA可以实现任意取值的衰减。它通过驱动电流来控制外加磁场，因而只要精密控制驱动电流就能精密控制光衰减。相比其它技术而言，磁光VOA具有功耗低、动态范围大、分辨精度高、无运动部件、响应速度快、无调节振荡、可靠性高等优点。

招金光电子科技有限公司生产的一种磁光VOA外形，它采用了反射式光路设计，因而结构更紧凑，是目前世界上外形最小的VOA之一。

该VOA的主要性能指标如下：
衰减范围：0.7dB 到 25dB
分辨精度：连续
控制电压: 0-2.5V
控制电流: <20mA
偏振依赖性: 0.1dB at <10dB,0.2dB at <25dB
响应速度: <0.5ms

磁光可变衰减器的应用

根据控制精度的要求，VOA的应用一般有开环和闭环两种应用。所谓“开环”就是利用厂家提供的或实测的VOA的衰减控制曲线，确定一定衰减对应的控制电压或电流的值，在应用中直接施加电压或电流而获得所需的衰减量。所谓"闭环"就是通过探测光信号功率来反馈控制VOA的衰减量，从而达到更精确的光功率实时控制。在精度要求较高的场合，比如放大器的增益均衡，通常使用闭环控制VOA的衰减量。

在密集型波分复用（DWDM）系统中，有数十个波长的光信号在光纤中同时传播，对各通道的光功率进行有效地监测和控制是系统获得工作性能的前提。该监控系统能动态监测DWDM光通信系统中的各通道的光功率状态，并提供自动调节和报警功能，从而保证整个DWDM光通信系统更加稳定可靠地工作。

由于EDFA自身增益的不平坦性,在DWDM系统中都要对EDFA的增益进行均衡。图4显示磁光VOA在掺铒光纤放大器（EDFA）中作为增益调节与均衡的一个应用。第一级光放大器通常选用低噪声高增益的前置放大器，而第二级则选用高输出功率的放大器。VOA在两级放大器之间进行动态调节，保证第二级光放大器的输入功率在要求的范围。

结论

可变光衰减器在全光网络中将获得越来越广泛的应用，磁光式可变光衰减器因为其分辨精度高、无运动部件、响应速度快、无调节振荡、可靠性高等优点将在DWDM系统的功率管理、放大器的增益调节与均衡方面得到市场的青睐。