【正文】 換單元 ， 它有兩個輸入端和兩個輸出端 ， 通過電壓控制 ， 可實現(xiàn)平行連接和交叉連接 。 從每條光纖輸入的光信號先通過分波器 (解復用器 )WDMX分為 W個波長不同的信號 。 在低功率條件下成立 ， 但在高功率條件下 ， 折射率 n隨光強變化 ， 稱非線性效應 。 頻移使脈沖頻率改變分布 ， 其前部 (頭 )頻率降低 ， 后部 (尾 )頻率升高 ， 稱脈沖已被線性調(diào)頻 ， 或稱啁啾 。為群速度，即脈沖包絡，式中,|1|0022039。km－1)″C(?) / (ps 具有正啁啾的光脈沖通過反常色散光纖時 ， 脈沖前部(頭 )頻率低 ， 傳播得慢 ， 而后部 (尾 )頻率高 ， 傳播得快 。 光孤子源有摻鉺光纖孤子激光器 、 鎖模半導體激光器等 。 由光檢測器輸出的光電流經(jīng)處理后 ， 以基帶信號的形式輸出 。 圖 39 干涉后的瞬時光功率變化 ( ?L－ ?S)PL＋ PStP1. 零差檢測 ：選擇 ωL=ωS， 即 ωIF=0， 稱零差檢測 。 中頻信號產(chǎn)生的光電流為 ? 外差檢測接收光功率放大 ， 提高了靈敏度 。 如采用直接光強調(diào)制 ， 幅度變化將引起相位變化 。 ? 設計 PSK只須選擇適當?shù)拿}沖電壓 ， 可使相位改變 δφ=π。 2. 外差檢測時 ， 不要求本振光和信號光頻率相同 ， 也不要求相位匹配 ， 可采用同步解調(diào) ， 也可采用異步解調(diào) 。 以 ASK零差檢測為例 ，設判決信號為 1 ( ) ( 43 )2a P cI I i??式中 ,Ip=2ρ(PsPL)1/2為信號光電流， ic為高斯隨機噪聲。 相干光系統(tǒng)受光纖損耗限制 ， 周期使用光纖放大器 ，可增加傳輸距離 ， 適合干線網(wǎng)使用 。 2. 由合路器將各支路光脈沖復接 ， 完成光時域上的間插復用 。 WDM光網(wǎng)絡中使用波長變換技術的原因： 1. 光 /電 /光方法： 將光信號經(jīng)光 /電轉換變成電信號 ，電信號調(diào)制所需波長的激光器 ， 實現(xiàn)波長變換 。 ? 波長變換技術的要求： 演講完畢，謝謝觀看！ 。 波長變換 (WC)是將信息從承載它的一個波長上轉到另一個波長 。 六、光時分復用技術 光時分復用 (OTDM)是在光域上進行時間分割復用 ，有兩種復用方式：比特間插和信元間插 。 相干接收時 ，借助增加本振光功率 ， 使散粒噪聲占支配地位 ， 表中的數(shù)值容易實現(xiàn) . PN圖 44 4Gb/s外差光波系統(tǒng)實驗原理圖 調(diào)幅或調(diào)相3 d B耦合器外調(diào)制器A S K 或 D P S K數(shù)據(jù)輸入光纖光隔離器D B R 或D F B激光器頻率鎖定光平衡接收機低通濾波數(shù)據(jù)輸出FSK數(shù)據(jù)輸入D B R 或 D F B 激光器偏振控制光隔離器可變延遲線 相干光系統(tǒng)的優(yōu)點和關鍵技術 1. 靈敏度提高 10～ 20 dB， 線路功率損耗可增到 50 dB。 2 2 2 42 ( ) ( 37 )n s TLkTi i i e I I d B BR? ? ? ? ?式中 , 和 分別為散粒噪聲功率和熱噪聲功率 ， e為電子電荷 ， Id為光檢測器暗電流 ， B為等效噪聲帶寬 ， kT為熱能量 ， RL為光檢測器負載電阻 ， I為光電流 ， 由式 (31)或式 (32)確定 。 1. 零差檢測時 ， 光信號直接被解調(diào)為基帶信號 ， 要求本振光的頻率和信號光頻率完全相同 ， 本振光相位鎖定在信號光相位上 ， 采用同步解調(diào) 。傳輸 “ 0”時 ， 光載波相位不變 ， 傳輸 “ 1”碼時 ，相位改變 180176。 數(shù)字信號有三種調(diào)制方式即幅移鍵控 (ASK)、頻移鍵控 (FSK)和相移鍵控 (PSK)。 ? ?( ) 2 ( ) c os ( ) ( 33 )ac S L I F s LI t P t P t? ? ? ?? ? ?2. 外差檢測： 選擇 ωL≠ωS ， 即 ωIF=ωSωL0， 稱外差檢測 。 2 ( 29)SLP K E E??光檢測器輸出光功率 P與光強 |ES+Ｅ L|2成比例， ? ?( ) 2 c os ( ) ( 30)S L S L I F s LP t P P P P t? ? ?? ? ? ? ?LSIFLLSs KAPKAP ?? ???? ，式中， 22由式 (26)～式 (29)， 根據(jù)模式理論和電磁理論計算的結果 ， 輸出光功率近似為 式 (30)右邊最后一項是中頻信號功率分量 ， 是疊加在 PS和PL上緩慢起伏的變化 。 相干光通信 ， 在發(fā)射端對光載波進行幅度 、 頻率或相位調(diào)制；在接收端 ， 采用零差檢測或外差檢測 ， 稱相干檢測 。在接收端 ， 通過光檢測器和解調(diào)裝置 ， 恢復光孤子承載的信息 。 對正常色散光纖，結論相反。 022( ) ( ) ( 25 )d d d cCd d dw? ? ????? ? ??? ? ? ?波長為 λ的光纖色散系數(shù) C(λ)的定義為 2 201 2 2ggd d V V f cc d d? ? ? ? ? ? ?? ? ?? ? ? ??式中 為群延時， 為群速，為光載波頻率， 為光速； ，比例于一階色散。處有峰值，頻譜較窄，）的頻譜在，（設已調(diào)波 0?? ?tzrE02( , ) ( ) ( 23 )e ffPp n n nc c A???? ? ? ?群速度和頻率的關系。很?。ǖ傉凵渎首兓?，場較大為稱克爾系數(shù)。 四、光 孤 子 通 信 光孤子的形成 光孤子是經(jīng)光纖長距離傳輸后 ， 其幅度和寬度都不變的超短光脈沖 (ps數(shù)量級 )。 圖 32 時分光交換 (a) 時分復用原理； (b) 時隙互換原理； (c) 等效的空分交換 1復接器2N…分接器1 2 N12…N1 2 3 4分接器時隙幀( a )1延遲1延遲22延遲33延遲4 4( b )復接器輸入 輸出4 1 3 212341234( c ) 波分光交換 1. 設波分交換機輸入和輸出與 N條光纖連接 ， N條光纖可組成一根光纜 。 典型光開關是用鈦擴散在鈮酸鋰 (Ti:LiNbO3)晶片上形成兩條相距很近的光波導構成 ， 通過對電壓的控制改變輸出通路 。 器件越長 (聲光相互作用長度越長 )，濾波器通帶就越窄；調(diào)諧速度與器件長度成反比，由聲波通過器件的時間決定。 圖 27 集成光波導 AOTF 輸入 1輸入 2輸出 1輸出 2TE ＋ TM TETMTM TE TE ＋ TM輸入偏振器聲傳感器聲波輸出偏振器圖 28 簡化的 AOTF 偏振器聲傳感器 聲波輸入 輸出TMTE濾波器可通過沿光波的傳播方向或逆著光波的傳播方向發(fā)射一列聲波完成 。 圖 25 陣列波導光柵 (AWG) 輸出耦合器輸入耦合器輸出波導陣列波導輸入波導圖 26 基于 AWG的靜態(tài)波長路由器 A W G?1, ?2, ?3, ?41 1 1 1?1, ?2, ?3, ?42 2 2 2?1, ?2, ?3, ?43 3 3 3?1, ?2, ?3, ?44 4 4 4?1, ?2, ?3, ?41 2 3 4?1, ?2, ?3, ?44 1 2 3?1, ?2, ?3, ?43 4 1 2?1, ?2, ?3, ?42 3 4 11. 設 AWG的輸入端口數(shù)和輸出端口數(shù)均為 n， 輸入耦合器為 n m形式 ， 輸出耦合器為 m n形式 ，輸入和輸出耦合器間由 m個波導連接 ， 每相鄰波導的長度差均為 ΔL。 通過適當設計可實現(xiàn)波的解復用 。 MZI以集成光波導形式出現(xiàn) ，用兩個 3dB定向耦合器連接兩條不同長度的光通路 。 FP濾波器兩個緊鄰通帶間的光譜范圍稱自由光譜范圍 (FSR)， 用 FWHM表示傳遞函數(shù)的半高寬 ， 比值FSR/FWHM稱作 FP濾波器的精細度 F, 則 ( 12)RF R??1. 改變腔的長度； 2. 改變腔內(nèi)介質(zhì)的折射率 。 一般情況 ， 兩個正向傳輸模的傳輸常數(shù)相差很小 ， 為發(fā)生耦合 ， 要求 Λ是一個相當大值 。 2. 光纖布喇格光柵 (FBG)是反射型光纖光柵，光柵使正向傳輸模同反向傳輸模之間發(fā)生耦合，光柵的波矢等于傳輸模波矢的 2倍，光柵的周期應等于傳輸光波在光纖內(nèi)部的波長的一半， 這種光纖光柵只對在布喇格波長及其附近很窄的波長范圍內(nèi)的光發(fā)生反射，不影響其它波長的光通過。 隨入射光波的波長偏離布喇格波長 ， 反射率降低 . 0 0 02( ) 2 ( 8 )?? ? ?? ? ? ??d：反射型濾波器中 ， 假設傳播常數(shù)為 β0的光波從左向右傳播 ， 如果滿足條件： 光能可耦合到沿它的反方向傳播的具有相同波長的反射光中。 平直程度常用 1 dB帶寬衡量 。 波長路由器用于波長選路網(wǎng)絡 ， 它有兩個輸入端口和兩個輸出端口 ， 每路輸入都載有一組 WDM信號 。 光監(jiān)控信道 (OSC)：監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)各信道的傳輸情況； 網(wǎng)絡管理系統(tǒng)：通過光監(jiān)控信道物理層傳送開銷字節(jié)到其他結點或接收來自其他結點的開銷字節(jié)對 WDM系統(tǒng)進行管理 ， 實現(xiàn)配置管理 、 故障管理 、 性能管理和安全管理等功能 ， 與上層管理系統(tǒng)相連 。 WDM系統(tǒng)的基本結構 WDM系統(tǒng)的組成：光發(fā)射機 、 光中繼放大 、 光接收機 、 光監(jiān)控信道和網(wǎng)絡管理系統(tǒng) 。 圖 7 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 8 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其中 Pi為發(fā)送進輸入端口的光功率； P0為從輸出端口接收到的光功率。 兩種器件互易 (雙向可逆 )， 即將解復用器的輸出端和輸入端反過來用 ， 為復用器 。 ???? ????? 和,/ 2Cf在同一窗口中信道間隔較小的波分復用稱密集波分復用 (DWDM)。 若加 1310nm摻鐠光纖放大器 (PDFA)， 頻帶可增加一倍 。 當信號光功率增加到一定值 (一般為 —20dBm)， 增益隨信號光功率增加而下降 ， 輸出信號光功率達到飽和 。泵浦光能量轉換為信號光。 20世紀 80年代末期 ， 推出摻鉺光纖放大器 。 光纖放大器是把工作物質(zhì)制作成光纖形狀的固體激光器 ， 稱光纖激光器 。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(chǎn)生受激輻射光，信號光得到放大。 輸入信號光隔離器波分復用器泵浦 摻鉺光纖光隔離器輸出信號( a )監(jiān)視和告警電路泵浦監(jiān)視和控制電路泵浦 LDP D 探測器 泵浦 LD輸入隔離器 輸入 W D M輸出耦合器 輸出隔離器 輸出 W D M摻鉺光纖熱 沉光輸入＋ 5 V0 V－ 5 V電源監(jiān)視激光器驅動輸入光輸出( b )圖 31 光纖放大器構成方框圖 圖 32 實用光纖放大器外形圖及其構成方框圖 輸入信號光隔離器波分復用器泵浦摻鉺光纖光隔離器輸出信號( a )監(jiān)視和告警電路泵浦監(jiān)視和控制電路泵浦 LDP D 探測器 泵浦 LD輸入隔離器 輸入 W D M輸出耦合器 輸出隔離器 輸出 W D M摻鉺光纖熱 沉光輸入＋ 5 V0 V－ 5 V電源監(jiān)視激光器驅動輸入光輸出