【正文】 信道 第 7章 光纖通信新技術(shù) 二、光時分復(fù)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(fù)用后在同一根光纖傳輸。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(fù)用；在接收端，用與發(fā)端相同的地址碼進行光正交解碼。 。 第 7章 光纖通信新技術(shù) 第二節(jié)、波分復(fù)用原理 波分復(fù)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(fù)用的分類 按信道間的間隔分： 寬波分復(fù)用（ WWDM）：信道間隔 ≧ 100nm(已淘汰 ) 粗波分復(fù)用（ CWDM）：信道間隔在 20nm10nm之間，復(fù)用窗口 1310/1550nm. (尚未發(fā)展起來 ) 密集波分復(fù)用（ DWDM） :信道間隔在 110nm，復(fù)用窗口在 1550nm. (廣泛使用，因此可用 WDM代指密集波分復(fù)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。 光解復(fù)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。 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(fù)用器密切相關(guān)， 有時也用做波分復(fù)用器 第 7章 光纖通信新技術(shù) （二）波長的復(fù)用和解復(fù)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(yīng)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(yīng) 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。 不利于波分復(fù)用。 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(dǎo)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(dǎo)體光放大器 一、 工作原理： 在電泵浦源的作用下，半導(dǎo)體材料發(fā)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，當(dāng)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 。 對光的偏振特性敏感。 λ λ 二、放大波段 1270nm1670nm 三、 優(yōu)點 輸出光功率 大，工作穩(wěn)定 噪聲特性好，耦合容易 四、 缺點 光纖長度過大，于偏振態(tài)有關(guān) 第 7章 光纖通信新技術(shù) 三、結(jié)構(gòu)圖與能帶圖 光波長耦合器 泵浦光 λ1 信號光 λ2 λ 1 λ 2 + 濾波器 放大信號光 λ 2 λ 1 λ 2 hν 1 hν 2 泵浦光 信號光 振動態(tài) 光聲子 第 7章 光纖通信新技術(shù) 一、什么是摻鉺光纖放大器 工作波長： １５３０ nm～１５６０ nm 第四節(jié) 、 摻鉺光纖放大器 ＥＤＦＡ是在石英光纖中摻入 Er元素，在泵浦光的激勵下， 對特定波長的信號光進行放大。 （ 5） 增益高、噪聲小，輸出功率大。 第 7章 光纖通信新技術(shù) 四、工作原理 Ｅ１ Ｅ２ Ｅ３ 能量 基態(tài) 泵浦光 亞穩(wěn)態(tài) 激發(fā)態(tài) 受激吸收 無輻射躍遷 輸入光信號 受激輻射 輸出光放大信號 光聲子 在泵浦光源的激勵下，摻鉺光纖基級上的電子產(chǎn)生 受激吸收 被激發(fā)到到高的激發(fā) 能級上，繼而馬上下降到稍低的亞穩(wěn)態(tài)級，與基級形成 粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布 ， 當(dāng)信號 光滿足 hν =Eg時，將產(chǎn)生 受激輻射 激發(fā)同頻同偏振方向的光子，從而對光產(chǎn)生放大。 輸出飽和光功率 定義 3dB的飽和光功率為最大輸出光功率， 表明 EDFA正常工作的 最大輸出功率 。 在氟化物光纖中摻入 Pr離子，使之在泵浦光的激勵 下對特定波長的信號光進行放大。 第 7章 光纖通信新技術(shù) 要點 ４、ＥＤＦＡ的性能指標(biāo) 功率增益 輸出飽和功率 噪聲系數(shù) 第 7章 光纖通信新技術(shù) 要點 ５、ＥＦＤＡ在光纖通信中的應(yīng)用 前置放大器 功率放大器 中繼器 第 7章 光纖通信新技術(shù) 作業(yè) １、光放大器的種類，畫出各自的工作波段 ２、ＥＤＦＡ的結(jié)構(gòu)及功能 ３、簡述ＥＤＦＡ的工作原理，并從量子學(xué)的角度解釋 ４、ＥＤＦＡ的幾種應(yīng)用形式 第 7章 光纖通信新技術(shù) 光放大器 通用光放大器結(jié)構(gòu) 第 7章 光纖通信新技術(shù) Characteristics of Optical Amplifiers Signal Gain Pout: light power measured at output of amplifier Pin: measured at the input end Gs: single pass gain Positive feedback Note: the amplifier gain is not so large that selfsustaining oscillations will be excited SSFGGG?? 1???????ino utS PPG lo g10第 7章 光纖通信新技術(shù) Characteristics of Optical Amplifiers Noise Figure – Noise process: spontaneous emission (random events and phases of emitted photons are also random) Pout = GPin + PN GPin: Amplified signal output PN: Amplified spontaneous emissions (ASE) Performance index: outinNSNSNF?????????????第 7章 光纖通信新技術(shù) 第 7章 光纖通信新技術(shù) 光放大器的種類 摻鉺光纖放大器 (Erbiumdoped Fiber Amplifier, EDFA) EDFA GSEDFA 摻碲的 EDFA(Telluridebased EDFA, C+L波帶 ) 喇曼光纖放大器 (Raman), Raman+EDFA 半導(dǎo)體光放大 (SOA) 摻銩光纖放大器 (TDFA,GSTDFA) 第 7章 光纖通信新技術(shù) 摻鉺光纖放大器（ EDFA） 輸入信號 耦合器 980/1550nm WDM 泵浦光 摻鉺光纖 輸出信號 光隔離器 第 7章 光纖通信新技術(shù) DWDM系統(tǒng)對光放大的基本要求 光放大器應(yīng)滿足 ITUT建議 、 。 具有放大器自動增益均衡 （ 控制 ） 功能 。 增益大 ， 泵浦效率高 ， 噪聲小 （ 可低至 3dB） , 是目前光纖放大器的首選泵浦波長 。 第 7章 光纖通信新技術(shù) EDFA的特性 工作波長于光纖最小損耗窗口一致，在光纖通信中獲得很好的應(yīng)用。 第 7章 光纖通信新技術(shù) EDFA的不足 波長固定：鉺離子能級間的能級差決定了EDFA的工作波長是固定的，只能放大 波長的光波。解決的辦法由三種： 1。（四波混頻影響） 3。研究發(fā)現(xiàn)，石英光纖具有很寬的受激拉曼散射（ SRS）增益譜，并在 13THz附近有一較寬的主峰。但實際上在非保偏光纖中由于模式混擾的原因表現(xiàn)為增益偏振無關(guān)。并聯(lián) 第 7章 光纖通信新技術(shù) 第 7章 光纖通信新技術(shù) 涉及問題 1。泵浦偏振 4。與光纖長度和增益成正比，因此會限制最大增益（ 1015dB)。提高泵浦質(zhì)量 2。當(dāng)溫度高與室溫時，光纖中的光子在泵浦作用下會產(chǎn)生自發(fā)放大，尤其是泵浦波長接近信號波長時更加明顯，因此在寬帶放大器設(shè)計中不可忽視 . 噪聲 第 7章 光纖通信新技術(shù) 主要工作 1。 3。 合理 選擇 不符合 符合 信號波長，新到個數(shù) n 泵浦波長范圍 m 個泵浦 給定泵浦功率范圍 ????pipVpVpVpAgPPadzdP????1 ????pisVsVsVpAgPPadzdP?????12 條件 第 7章 光纖通信新技術(shù) 合理簡化的模型 ????pipVpVpVpAgPPadzdP????1 ?????????????????????????????????????????????????????????1])(e x p[114)(1])(e x p[11)(2)(kThAgPhPPAgPkThPPAghPPAgPPPadzdPVVVVvV??????????? ???????? ???????? ??????? ???第 7章 光纖通信新技術(shù) 光放大器 通用光放大器結(jié)構(gòu) 第 7章 光纖通信新技術(shù) 波分復(fù)用技術(shù) 一、 WDM系統(tǒng)的概況 二、 WDM復(fù)用器件 角色散型（光刪型） 干涉型 單模光纖耦合器型 第 7章 光纖通信新技術(shù) 一、 WDM系統(tǒng)的概況 WDM是有效的擴大傳輸容量的方法 第 7章 光纖通信新技術(shù) WDM使單纖傳輸容量產(chǎn)生飛躍 480 Gb/s C + L Band 200 ch. ~2 Tb/s ~1 Tb/s ~4 Tb/s 50 GHz spacing 100 ch. 25 GHz spacing 40Gb channels ~12 Tb/s Spectrally Efficient Modulation ~8 Tb/s GHz spacing C + L + S Band 2022 ~16 Tb/s 80Gb channels 2022 ~4 Tb/s ~8 Tb/s 第 7章 光纖通信新技術(shù) 波分復(fù)用頻帶 1） WDM， DWDM和 FDM 2） DWDM的復(fù)用頻帶 (15351560) nm region called Cband, (15701610) nm region called Lband , (14801520) nm region called Sband 1530 nm 1540 nm 1550 nm 1560 nm 1570 nm 1580 nm 1590 nm 1600 n