反射式MEMS VOA在光通信系统中的应用

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。

当MEMS技术更趋成熟时，芯片的制造成本也会急剧下降，将不再是器件的主要成本因素。由于MEMS器件的封装需要在净化的防静电环境下进行，且封装工艺精密复杂，因此设法降低MEMS VOA的封装成本将是各器件制造商应该考虑的关键问题。