【正文】 和纖芯 、 包層模的有效折射率 ， 就可以設計合適 Λ值的長周期光柵來滿足各種需要 。 反射率 R越大 ， 相鄰信道的隔離就越好 。 這種濾波器多個級聯后 ， 就可以做成波分復用器 ， 如圖 所示 。 圖 馬赫 曾德爾干涉儀 (MZI) (a) 結構圖； (b) 方框圖； (c) 四級 MZI 輸入 1輸入 2路程差， ? L輸出 1輸出 2( a )M Z I( ? L )輸入 1輸入 2輸出 1輸出 2( b )M Z I( ? L )M Z I(2 ? L )M Z I(3 ? L )M Z I(4 ? L )輸入 1輸入 2輸出 1輸出 2( c ) MZI可用來作濾波器和波分復用器 。 在第二個定向耦合器的輸出 1處 ， 來自下臂的信號又比來自上臂的信號延遲了π/2， 因此 ， 在輸出 1處 ， 兩信號總的相位差為 +βΔL+ 。 7. 陣列波導光柵 (AWG: Arrayed Waveguide Grating)是 MZI的推廣和一般形式 。 輸入耦合器將某個輸入端口的輸入信號分成 m部分 ，它們之間的相對相位由從輸入波導到陣列波導在輸入耦合器中傳輸的距離來決定 ， 輸入波導 i和陣列波導 k之間的距離用dinik表示 ， 陣列波導 k的長度比陣列波導 (k1)的長度長 ΔL， 同樣 ， 陣列波導 k和輸出波導 j之間的距離用 doutkj表示 。 假設輸入光完全是 TE模 ， 一個只能選擇 TM模的偏振器放在波導的輸出端 。 滿足布喇格條件在波長 λ附近的窄譜范圍內的光將從 TE模轉換為 TM模 ， 如果這種器件的輸入光只是 TE模 ，輸出只選擇 TM模 ， 那么就可以作為一個窄帶濾波器使用 。 圖 AOTF， 其實現方式和與偏振無關的隔離器相類似 ， 將輸入光信號分解為 TE和 TM兩個分量 ， 分別通過 AOTF后再在輸出端組合在一起 。 如今 ， AOTF還沒有完全實用化的原因主要有兩個：一是存在較大串擾 ， 二是通帶相對較寬 。 光交換主要有三種方式： 空分光交換、 時分光交換和波分光交換。 圖 (c)是由 16個 1 2光開關器件或 4個 2 2光交換單元組成的 4 4光交換單元 。 圖 (a)和 (b)分別示出波長選擇法交換和波長變換法交換的原理框圖 。 波長變換法與波長選擇法的主要區(qū)別是用同一個 NW NW空分交換器處理 NW路信號的交叉連接 ， 在空分交換器的輸出必須加上波長變換器 ， 然后進行波分復接 。 光纖放大器投入應用后 ， 克服了損耗的限制 ， 增加了傳輸距離 。 但是如果適當選擇相關參。 光孤子通信的傳輸距離可達上萬公里 ， 甚至幾萬公里 ， 目前還處于試驗階段 。 這種交換機當前已經成熟 ， 可應用于采用波長選路的全光網絡中 。 圖 (c)示出時分光交換的空分等效 。 1 2 光開關器件就是 Ti: LiNbO3定向耦合器型光開關 ， 只是少用了一個輸入端而已 。 雖然采用異步轉移模式 (ATM)可提供 155 Mb/s或更高的速率 ， 能緩解這種矛盾 ， 但電子線路的極限速率約為 20 Gb/s。 如果同時發(fā)射幾個聲波 ， 就有幾個光波長同時滿足布喇格條件 ， 那么在單個器件上就可同時完成幾個波長的交換 ， 如圖 (b)所示 ， 這里交換的波長是 λ1和 λ4。 由于產生該聲波的射頻頻率容易調諧 ，所以這種濾波器也很容易調諧 。 聲波傳播引起媒質的密度周期性變化 ， 其變化周期等于聲波波長 ， 這相當于形成了一個布喇格光柵 。 AOTF的基本原理是聲與光的相互作用 ， 圖 AOTF的集成光波導形式 。 設 AWG的輸入端口數和輸出端口數均為 n， 輸入耦合器為 n m形式 ， 輸出耦合器為 m n形式 ， 輸入和輸出耦合器之間由 m個波導連接 ， 每相鄰波導的長度差均為 ΔL。 圖 (c)示出 4級馬赫 曾德爾干涉儀 ， 其中每個 MZI以及級聯后整個 4級 MZI的傳遞函數曲線如圖 。 這時只有一個輸入 ， 假設從輸入端口 1輸入 ， 經過第一個定向耦合器后 ， 功率平均分配到兩臂上 ， 但是在兩臂上的信號有了 π/2的相差 ， 下臂上的信號比上臂滯后 π/2。 雖然多層介質薄膜濾波器在窄帶濾波方面性能較好 ， 但在寬帶濾波方面 MZI非常有用 ， 例如用來分開 μm和 μm兩個波長的光信號 。 薄膜諧振多腔濾波器 (Thin Film Resonant Multicavity Filter)的結構如圖 ， 由反射介質薄膜隔開的兩個或多個腔構成 。 FＰ濾波器的功率傳遞函數 TFP(f)與光的頻率 f有關： TFP(f)= 22)]2sin (12[1)11(?? fRRRA???? 圖 FP濾波器 輸入信號F P 濾波器反射 若用自由空間波長 λ表示 ， 則 TFP(λ)= 22)]2sin (12[1)11(?? nlRRRA???? 這里 A表示每個鏡面的吸收損耗 ， R為每個鏡面的反射率(假設兩個鏡相同 )， 光在腔內單程傳播的時延為 τ， 腔內介質的折射率為 n， 腔長為 l, 因此 τ=nl/c， c為真空中光速 。 一般情況下 ， 兩個正向傳輸模的傳輸常數相差很小 ， 為了發(fā)生耦合 ， 通常要求 Λ是一個相當大值 ， 一般為幾百微米以上 (光纖布喇格光柵大約為 )。 由于光纖長度隨溫度變化稍微有些變化 ， 光纖布喇格光柵的溫度系數的典型值為 102nm/℃ 。 形成光柵所要求的折射率變化是極低的 ， 大約為 104。如果具有幾個波長的光同時傳輸到光纖布喇格光柵上 ， 則只有波長等于布喇格波長的光才反射 ， 而其它的光全部透射 。 2. 布喇格光柵 (Bragg Grating)廣泛用于光纖通信之中 。 為了確保在級聯的末端還有一個相當寬的通帶 ， 單個濾波器的通帶傳輸特性應該是平直的 ， 以便能夠容納激光器波長的微小變化 。 靜態(tài)路由器可以用波分復用器來構成 ， 如圖 。 光濾波器在 WDM系統(tǒng)中是一種重要元器件 ， 與波分復用有著密切關系 ， 常常用來構成各種各樣的波分復用器和解復用器 。 2. 由于 WDM技術使用的各波長的信道相互獨立 ， 因而可以傳輸特性和速率完全不同的信號 ， 完成各種電信業(yè)務信號的綜合傳輸 ， 如 PDH信號和 SDH信號 ， 數字信號和模擬信號 ， 多種業(yè)務 (音頻 、 視頻 、 數據等 )的混合傳輸等 。 OFC2023(Optical Fiber Communication Conference) ① Bell Labs: 82路 40 Gb/s= Tb/s在 3 100 km=300 km的 True Wave(商標 )光纖 (即 )上 ， 利用 C和 L兩個波 ② 日本 NEC: 160 20 Gb/s= Tb/s， 利用歸零信號沿色散平坦光纖 ， 經過增益寬度為 64 nm的光纖放大器 ， 傳輸距離達 1500 km。 與此同時 ， 還要考慮到不同數量的光信道同時工作的各種情況 ， 保證光信道的增益競爭不影響傳輸性能 。 (7) 偏振相關損耗 。 對于解復用器 )(lg10 dBppCiijij ?? 其中 Pi是波長為 λi的光信號的輸入光功率 ， Pij是波長為 λi的光信號串入到波長為 λj信道的光功率 。 圖 雙纖單向 WDM傳輸 光發(fā)射機?光發(fā)射機復用器 光纖放大器 解復用器光接收機光接收機?1n?1?n?1… ?n1n光接收機?光接收機解復用器 光纖放大器 復用器光發(fā)射機光發(fā)射機?1′n ′?1… ?n?1?n1′n ′ 圖 單纖雙向 WDM傳輸 光發(fā)射機?光發(fā)射機光接收機光接收機?1n?1?n?1… ?n1n光接收機?光接收機復用/ 解復用器光纖放大器光發(fā)射機光發(fā)射機?1 ′n ′?n ＋ 1… ?2 n1 ′n ′復用/ 解復用器?n ＋ 1?2 n 雙向 WDM系統(tǒng)在設計和應用時必須要考慮幾個關鍵的系統(tǒng)因素 ， 如為了抑制多通道干擾 (MPI)， 必須注意到光反射的影響 、 雙向通路之間的隔離 、 串擾的類型和數值 、 兩個方向傳輸的功率電平值和相互間的依賴性 、 光監(jiān)控信道 (OSC)傳輸和自動功率關斷等問題 ， 同時要使用雙向光纖放大器 。 單向 WDM傳輸是指所有光通路同時在一根光纖上沿同一方向傳送 。 目前 ， “ 摻鉺光纖放大器(EDFA)+密集波分復用 (WDM)+非零色散光纖 (NZDSF， 即 )+光子集成 (PIC)” 正成為國際上長途高速光纖通信線路的主要技術方向 。 如果信道頻率間隔為 10 GHz， 在理想情況下 ， 一根光纖可以容納 3000個信道 。 在光纖通信系統(tǒng)中除了大家熟知的時分復用 (TDM)技術外 ， 還出現了其他的復用技術 ， 例如光時分復用 (OTDM)、 光波分復用 (WDM)、 光頻分復用 (OFDM)以及副載波復用 (SCM)技術 。 如果加上 1310 nm摻鐠光纖放大器 (PDFA)， 頻帶可以增加一倍 。 表 EDFA有許多優(yōu)點 ， 并已得到廣泛應用 。 波長為 1480 μm的 InGaAsP多量子阱 (MQW)激光器 ， 輸出光功率高達 100 mW, 泵浦光轉換為信號光效率在 6 dB/mW以上 。 由此可見 ， 這種放大是由于泵浦光的能量轉換為信號光的結果 。 圖 (EDFA)的工作原理 ， 說明了光信號為什么會放大的原因 。 光纖放大器 光波分復用技術 光交換技術 光孤子通信 相干光通信技術 光時分復用技術 波長變換技術 第 7 章 光纖通信新技術 返回主目錄 第 7章 光纖通信新技術 光纖通信發(fā)展的目標是提高通信能力和通信質量 ， 降低價格 ， 滿足社會需要 。 20世紀 80年代末期 ， 波長為 μm的摻鉺 (Er)光纖放大器 (EDFA： Erbium Doped Fiber Amplifier)研制成功并投入實用 ， 把光纖通信技術水平推向一個新高度 ， 成為光纖通信發(fā)展史上一個重要的里程碑 。 如果輸入的信號光的光子能量等于能級 2和能級 1的能量差 ， 則處于能級2的 Er3+將躍遷到基態(tài) (2→ 1)， 產生受激輻射光 ， 因而信號光得到放大 。 對泵浦光源的基本要求是大功率和長壽命 。 圖 摻鉺光纖放大器增益 、 噪聲指數和輸出光功率與輸 入光功率的關系曲線 － 1 0 . 0－ 40－ 5 . 00 . 05 . 01 0 . 01 5 . 02 0 . 02 5 . 03 0 . 03 5 . 0－ 35 － 30 － 25 － 20 － 15 － 10 － 5 0IIIII I I噪聲指數 / d B輸出光功率 / d B m增益 / d B輸入光功率 / d B m增益 / dB 表 EDFA商品的技術參數 。 (4) 頻帶寬 ， 在 1550 nm窗口 ， 頻帶寬度為 20～ 40 nm， 可進行多信道傳輸 ， 有利于增加傳輸容量 。 為了適應通信網傳輸容量的不斷增長和滿足網絡交互性 、 靈活性的要求 ， 產生了各種復用技術 。 兩個窗口合在一起 ， 總帶寬超過 30 THz。 WDM技術對網絡升級 、 發(fā)展寬帶業(yè)務 (如 CATV， HDTV 和 IP over WDM等 )、 充分挖掘光纖帶寬潛力 、 實現超高速光纖通信等具有十分重要意義 ， 尤其是 WDM加上 EDFA更是對現代信息網絡具有強大的吸引力 。 WDM (1) 雙纖單向傳輸 。 如圖 ， 所用波長相互分開 ， 以實現雙