【正文】 第 7章 光纖通信新技術(shù) 第 7章 光纖通信新技術(shù) 光放大技術(shù) 光波分復用和時分復用技術(shù) 光交換技術(shù) 光孤子通信技術(shù) 相干光通信技術(shù) 波長變換技術(shù) 第 7章 光纖通信新技術(shù) WDM技術(shù) 第 7章 光纖通信新技術(shù) 第一節(jié)、多信道復用技術(shù) 光纖通信最大的特點是高的帶寬，可以通過 以下幾種方式實現(xiàn)光信號的復用： 光時分復用（ OTDM） 光波分復用（ WDM） 光空分復用（ OSDM） 光碼分復用（ OCDMA） 副載波復用（ SCM） 光頻分復用（ OFDM） 第 7章 光纖通信新技術(shù) 一、光空分復用（ OSDM） 多條光纖的復用：利用現(xiàn)有的光纖管道，加縛更多的光纖。 方法簡單， 成本高。 在一根光纖中實現(xiàn)空分復用，即對于光纖的 纖芯區(qū)域光束的空間分割。 一條光纖的復用： 技術(shù)難度大。 地下管道 單根光纖 空間光信道 第 7章 光纖通信新技術(shù) 二、光時分復用（ OTDM） 用多個電信道信號調(diào)制具有同一個光頻的不同光時隙， 經(jīng)復用后在同一根光纖傳輸。 超窄光脈沖 發(fā)生器 光分 路器 外調(diào)制器 10G電 TDM信號 光 合 路 器 解 復 用 器 10G 克服了電子瓶徑對電 TDM中 SDH的速率限制。但對光器件的要求太高。 第 7章 光纖通信新技術(shù) 三、光碼分復用（ OCDMA） 系統(tǒng)給每個用戶分配一個唯一的光正交碼的碼字作為該用戶的地址碼。在發(fā)送端，對要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)該地址碼進行光正交編碼，然后實現(xiàn)信道復用；在接收端，用與發(fā)端相同的地址碼進行光正交解碼。 編碼器 正交碼 1 數(shù)據(jù)信號 1 編碼器 正交碼 2 數(shù)據(jù)信號 2 編碼器 正交碼 3 數(shù)據(jù)信號 3 光方向耦合器 光方向耦合器 解碼器 解碼器 解碼器 正交碼 1 數(shù)據(jù)信號 1 數(shù)據(jù)信號 2 正交碼 2 數(shù)據(jù)信號 3 在 OTDM和 WDM的基礎上進一步提高光纖通信的帶寬，但仍處于實驗階段。 第 7章 光纖通信新技術(shù) 四、波分復用（ WDM） 在同一個光纖同時傳輸多個波長的光信號的復用方式。 合 波 器 λ 1 λ 2 λ 3 分 波 器 λ 1 λ 2 λ 3 技術(shù)成熟 ，實用化 第 7章 光纖通信新技術(shù) 五、光頻分復用技術(shù)（ OFDM） 本質(zhì)上與波分復用無分別， 只是 波長的間隔要更小， 我們把 波長間隔小于 1nm 的分 波技術(shù)叫做 OFMD，反之叫做 WDM 。 。 復用路數(shù)更多，但對器件的要求更高。 第 7章 光纖通信新技術(shù) 六、 副載波復用（ SCM—subcarrier multiplexing） 將多個低頻的模擬基帶信號用不同射頻信號去調(diào)制， 然后混頻后再驅(qū)動光源，以光的形式發(fā)送出去。 放 大 放 大 放 大 頻道 1 頻道 2 頻道 3 調(diào)制 調(diào)制 調(diào)制 Rf1 Rf2 Rf3 BPF BPF BPF 微 波 合 成 電 路 寬 放 光 源 發(fā)送框圖 驅(qū) 動 電 路 fs1 fs2 fs3 第 7章 光纖通信新技術(shù) 光 檢 測 器 寬 放 微 波 分 離 電 路 解調(diào)器 解調(diào)器 解調(diào)器 LPF LPF LPF fs1 fs2 fs3 頻道 1 頻道 2 頻道 3 接收框圖 技術(shù)成熟，應用于光纖 CATV系統(tǒng)。 第 7章 光纖通信新技術(shù) 第二節(jié)、波分復用原理 波分復用的理論依據(jù) 常用 窗口 1310nm附近：通信帶寬 17700GHz 1550nm附近 :通信帶寬 12500GHz 30THz的帶寬 信道間隔 10GHz 3000個信道 第 7章 光纖通信新技術(shù) 波分復用的分類 按信道間的間隔分： 寬波分復用（ WWDM）：信道間隔 ≧ 100nm(已淘汰 ) 粗波分復用（ CWDM）：信道間隔在 20nm10nm之間，復用窗口 1310/1550nm. (尚未發(fā)展起來 ) 密集波分復用（ DWDM） :信道間隔在 110nm，復用窗口在 1550nm. (廣泛使用，因此可用 WDM代指密集波分復用 ) 第 7章 光纖通信新技術(shù) WDM 的實現(xiàn)方式 國際上高速光纖通信的發(fā)展趨勢是： EDFA+DWDM+NZDSF+PIC EDFA：對光信號進行放大，工作頻段在 1550nm的窗口附近， 與 DWDM的工作窗口相匹配。 NZDSF：非零色散位移光纖，可以克服 DWDM中由于復用信道 數(shù)目多帶來的四波混頻效應。 PIC：將功能不同的若干光器件通過波導互聯(lián)和材料生長技術(shù)， 優(yōu)化集成在一個芯片上。 第 7章 光纖通信新技術(shù) WDM系統(tǒng)的基本形式 WDM的關(guān)鍵部件： 光波分復用器（合波器）：將不同波長的光信號混合在一 起送入同一根光纖中傳輸。 光解復用器（分波器）：將一根光纖中傳來的多波長信號 按波長進行分離。 WDM應用的幾種形式：（ 1）雙纖單向傳輸：兩套設備，兩根光纖 光發(fā)射機 光發(fā)射機 復 用 器 解 復 用 器 光接收機 光接收機 光接收機 光接收機 解 復 用 器 復 用 器 光發(fā)送機 光發(fā)送機 λ 1 λ n λ 1 λ n λ n λ 1 λ n λ 1 λ n λ 1 EDFA EFDA 第 7章 光纖通信新技術(shù) (2)單纖雙向傳輸：只需一根光纖，大大降低成本。 光發(fā)送機 光發(fā)送機 光接收機 光接收機 復 用 器 / 解 復 用 器 EDFA 復 用 器 / 解 復 用 器 光接收機 光接收機 光發(fā)送機 光發(fā)送機 λ 1 λ n λ 1 λ n λ 1+n λ n+n λ 1+n λ n+n 第 7章 光纖通信新技術(shù) 第三節(jié)、 WDM系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與特點 一、 WDM系統(tǒng)組成圖 光轉(zhuǎn)發(fā)器 光轉(zhuǎn)發(fā)器 合 波 器 BA 光監(jiān)控信 道發(fā)送器 LA 光監(jiān)控信道的接收與發(fā)送 光監(jiān)控信 道接收器 PA 分 波 器 光轉(zhuǎn)發(fā)器 光轉(zhuǎn)發(fā)器 網(wǎng) 管 第 7章 光纖通信新技術(shù) 二、 WDM設備的分類 集成式 WDM系統(tǒng) 光接口與其他設備必須一致，不能兼容其他設備。 開放式 WDM設備 能兼容其他廠家的設備 第 7章 光纖通信新技術(shù) 三、 WDM的特點 充分利用光纖的帶寬 對信號透明 經(jīng)濟、靈活、方便 降低對器件的要求 第 7章 光纖通信新技術(shù) 第四節(jié)、光濾波器和光波分復用器 一、光濾波器的應用 （一）單純的濾波作用： 只允許一路特定波長的光通過。 λ 1 λ 4 λ 2 λ 3 λ 1 λ 2 λ 3 λ 4 光濾波器與光波分復用器密切相關(guān)， 有時也用做波分復用器 第 7章 光纖通信新技術(shù) （二）波長的復用和解復用中 λ 2 λ 3 λ 4 λ 1 λ 1 λ 4 λ 2 λ 3 合波作用 λ 1 λ 4 λ 2 λ 3 λ 2 λ 3 λ 4 λ 1 分波作用 第 7章 光纖通信新技術(shù) （三）在波長路由中的應用 λ 1 λ 2 λ 4 λ 3 λ 1 λ 3 λ 2 λ 4 第 7章 光纖通信新技術(shù) 二、 常用光濾波器的原理 （一）光纖布拉格光柵（ FBG） 原理： 基于光的干涉效應 制造原理：在光纖的二氧化硅中加入具有光敏特性的鍺，用紫外 線照射使之折射濾呈現(xiàn)周期分布的光柵。（見板書） 濾波原理： （見板書） 第 7章 光纖通信新技術(shù) 光纖布拉格光柵的作用： （ 1）濾波 λ 1 λ 2 λ 3 λ 4 λ 3 λ 1 λ 2 λ 4 第 7章 光纖通信新技術(shù) （ 2）作光分插復用 (OADM) λ 1 λ 2 λ 3 λ 4 λ 3 λ 1 λ 2 λ 4 λ 3 λ 1 λ 2 λ 3 λ 4 第 7章 光纖通信新技術(shù) (3) 色散補償作用 啁啾光纖： 使光纖結(jié)距呈線形變化的光纖 短波長 長波長 長波長 短波長 第 7章 光纖通信新技術(shù) （二）法布里 珀羅濾波器（ FP） M1 M2 滿足一定的相位條件的光發(fā)生光的加強干涉其他波長的光發(fā)生相消干涉 第 7章 光纖通信新技術(shù) （三） MZ干涉儀 λ 1 λ 2 L L+△ L λ 1 λ 2 MZ干涉儀可以通過改變通道折射率實現(xiàn)濾波的可調(diào)性。 MZ級聯(lián)實現(xiàn)多級濾波： λ 1 λ 8 λ 1 λ 3 λ 7 λ 5 λ 8 λ 6 λ 4 λ 2 λ 1 λ 3 λ 5 λ 7 λ 2 λ 4 λ 6 λ 8 λ 1 λ 3 λ 5 λ 7 λ 2 λ 4 λ 6 λ 8 第 7章 光纖通信新技術(shù) 三、常用光波分復用器 （ 1）棱鏡型波分復用器 可以完成分光和合光作用 λ 1 λ 2 第 7章 光纖通信新技術(shù) （二）衍射光柵型波分復用器 λ 2 λ 1 λ 3 λ 1 λ 2 λ 3 + + 第 7章 光纖通信新技術(shù) （三）陣列波導光柵型波分復用器（ AWG） 第 7章 光纖通信新技術(shù) （四）光纖熔錐型波分復用器 第 7章 光纖通信新技術(shù) 四、波分復用的主要參數(shù) （ 1）插入損耗 a = 10Lg(Pout/Pin)(dB) (2)串擾抑制度 Cij=10Lg(Pij/Pi)(dB) (3)回波損耗 RL=10LPr/Pj)(dB) (4)工作波長 當前 DWDM系統(tǒng)的工作波長在 15301565nm 第 7章 光纖通信新技術(shù) 第 7章 光纖通信新技術(shù) 第一節(jié)、概述 一、傳統(tǒng)放大技術(shù)的缺陷 放大 整形 判決再生 O/E E/O 缺點： 設備復雜。 穩(wěn)定性可靠性不夠。 不利于波分復用。 光電轉(zhuǎn)換限制通信的容量。 未來全光網(wǎng)絡（ AON）的發(fā)展趨勢：光復用、光交換、光路由， 所以必須在光傳輸上實現(xiàn)全光化。 光放大器：直接在光域進行放大。 第 7章 光纖通信新技術(shù) 二、常用光放大器及其工作波段 摻鉺光纖放大器（ EDFA） 摻鐠光纖放大器（ PDFA） 光纖拉曼放大器（ FRA） 半導體放大器（ SOA） 損耗 1310nm 1550nm 波長 SOA FRA EDFA PDFA 第 7章 光纖通信新技術(shù) 三、常用光放大器的結(jié)構(gòu)圖 耦合 器件 激活物質(zhì) 耦合 器件 泵浦源 光輸入 信號 放大光 信號 第 7章 光纖通信新技術(shù) 第二節(jié) 半導體光放大器 一、 工作原理： 在電泵浦源的作用下，半導體材料發(fā)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，當遇到 外來光子激勵時，產(chǎn)生受激輻射，對光的能量進行放大 。 二、放大波段： 130