信道是信號傳輸?shù)耐ǖ馈０凑账玫膫鬏斀橘|(zhì)不同，信道可以分為有線信道和無線信道。有線信道需要利用具體的傳輸介質(zhì)，無雙絞線、同軸電纜、光纖等傳輸信號，無線信道則是直接利用電磁波在空氣中傳播信號的方式。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，光纖主要有三個低損耗的波長區(qū)間，分別為860nm,1310nm和1550nm波段，因此這三個波段通常稱之為光纖通信的三個窗口。由于光纖傳輸?shù)墓獠ㄩL不是任意的，因此實現(xiàn)光通信就要充分利用這幾個為數(shù)不多的窗口，目前常采用信號復用技術(shù)實現(xiàn)大容量的光通信。

▲圖1 光纖通信的3個窗口

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

波分復用技術(shù)（Wavelength Division Multiplexing）是把工作在不同載波波長上的多路光信號復用進一根光纖中傳輸，并能夠在接收端實現(xiàn)各信道分離的光通信系統(tǒng)。它通過將一系列載有信息、但波長不同的光信號合成一束，沿著單根光纖傳輸，這種技術(shù)可以同時在一根光纖上傳輸多路信號，每一路信號都由某種特定波長的光來傳送。因此波分復用技術(shù)是釋放光纖帶寬潛能的鑰匙。

▲圖2 波分復用原理

波分復用中相鄰光復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）。

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

1、棱鏡色散型波分復用器

棱鏡色散型波分復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，當一束白光通過三棱鏡后，分為7中顏色，而這里三棱鏡的分光實際上是分波長。

▲圖3 一束白光通過上棱鏡后分為7種顏色

如圖4所示，是棱鏡色散型解波分復用器的結(jié)構(gòu)圖，混合光通過三棱鏡后，其折射角不同，最終分別耦合到對應(yīng)的光纖中，實現(xiàn)不同波長的分離。對于波分復用器是解波分復用器反過來用。

▲圖4 棱鏡色散型光波分復用器結(jié)構(gòu)示意圖

2、熔錐光纖型波分復用器

熔錐光纖型波分復用器的制作是將兩根或多根光纖靠貼在一起，通過適度熔融而形成的一種表面交互式器件, 可以通過控制融合段的長度和不同光纖之間的互相靠近程度實現(xiàn)不同波長的復用或解復用。如圖5所示，1×2型是熔錐光纖型波分復用器的結(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的光束。

▲圖5 熔錐光纖型波分復用器結(jié)構(gòu)

在熔融光纖型波分復用器各參數(shù)一定的情況下，兩輸出端光功率與波長的關(guān)系如圖6所示，其中橫軸是不同的波長，縱軸為輸出功率大小。熔錐光纖型波分復用器對于特定波長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)的耦合長度（拉伸長度）有關(guān)，也就是說對于特定波段范圍內(nèi)波分復用器可以達到的最小信道間隔是受以上參數(shù)影響的，可以通過控制上述參數(shù)可以制作出不同波長的波分復用器。

▲圖6 輸出端光功率隨波長的變化

3、衍射光柵型波分復用器

衍射光柵，通常簡稱為“光柵”，是一種由密集﹑等間距平行刻線構(gòu)成一種光學器件。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的不同進行色散﹐因此它可以用來分波長。衍射光柵主要有兩類：透射式和反射式，圖7是反射式衍射光柵的工作原理，不同波長的光束照射到光柵將在空間上分離開來。

▲圖7 衍射光柵工作原理

圖8是衍射光柵型波分復用器的結(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，此時多光束放生衍射，不同波長的光束衍射角不同，最終各波長光束通過透鏡平行射出，然后耦合到不同的光纖中，實現(xiàn)波長的分離。

▲圖8 衍射光柵波分復用器結(jié)構(gòu)示意圖

由于自聚焦透鏡也具有類似于凸透鏡的效果，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用器，如圖9所示，其工作原理類似于用凸透鏡的衍射光柵波分復用器。

▲圖9 采用自聚焦透鏡的衍射型光柵波分復用器結(jié)構(gòu)示意圖

4、介質(zhì)薄膜型波分復用器

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。當光在高折射率層反射時沒有相移，而當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處，每層反射的光相干疊加，而在反射中心波長外的光，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用器器件結(jié)構(gòu)示意圖，它可以實現(xiàn)兩個波長的調(diào)制解調(diào)。

▲圖11采用自聚焦透鏡的薄膜干涉型波分復用器器件結(jié)構(gòu)

要實現(xiàn)更多波長的調(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波分復用器器件結(jié)構(gòu)