【正文】 3. 若不同網(wǎng)絡由不同的組織管理 ， 可在網(wǎng)絡間使用波長變換器 ， 協(xié)調(diào)波長分配 。如果使用損耗為 dB/km光纖 ， 無中繼傳輸距離達250 km。 相干檢測的解調(diào)方式有兩種： 同步解調(diào)和異步解調(diào) 。 圖 40 ASK、 PSK和 FSK調(diào)制方式比較 1 0 01 10( a )( b )( c )( d )電二進制信號A S KPSKFSK? ASK相干通信系統(tǒng)用外調(diào)制器實現(xiàn) ， 輸出光信號幅度隨基帶信號變化 ， 相位保持不變 。 中頻信號功率分量帶有信號光的幅度 、 頻率或相位信息 ， 在發(fā)射端 ， 無論采取什么調(diào)制方式 ， 都可從中頻功率分量反映出來 。 圖 371 光孤子通信系統(tǒng)構成方框圖； 孤子源 調(diào)制脈沖源E D F A隔離器探測光纖傳輸系統(tǒng)E D F A E D F A E D F A( a )E D F A光纖E D F A光纖E D F A光纖→光隔離器調(diào)制器→鎖模激光器E D F A光隔離器1 d B耦合器微波頻譜分析儀( b )2 5 k m 2 5 k m 2 5 k m孤子源 調(diào)制脈沖源E D F A隔離器探測光纖傳輸系統(tǒng)E D F A E D F A E D F A( a )E D F A光纖E D F A光纖E D F A光纖→光隔離器調(diào)制器→鎖模激光器E D F A光隔離器1 d B耦合器微波頻譜分析儀( b )2 5 k m 2 5 k m 2 5 k m圖 372 循環(huán)光纖間接光孤子實驗系統(tǒng)圖 光孤子源提供脈沖寬度為 ps數(shù)量級 ， 有規(guī)定的形狀和峰值 。圖 35 單模光纖的色散特性 － 20－ 10010201 . 1 1 . 2 1 . 4 1 . 5 1 . 6 1 . 7－ 20－ 1001020色散位移光纖普通光纖?0 / (ps2光纖中電102206222210)/(10,)/(10???????EnnnnmVVmn( ) 2( ) [ ( ) ] ( 21 )tLt n ttt????? ? ?? ? ? ? ? ???使脈沖不同部位產(chǎn)生不同相移的特性， 稱自相位調(diào)制 (SPM)。 每條光纖承載 W個波長的光信號 。 )/(20 nl ??? ??AOTF的功率傳遞函數(shù)為 22si n [ 1 ( 2 / )2( ) ( 18 )1 2 /T? ??? ????? ??圖 29 AOTF的功率傳遞函數(shù) － 4 － 2 0 2 4－ 40－ 30－ 20－ 100△ ? / ?功率傳遞函數(shù) / dB與偏振無關的 AOTF可用作 2 2波長路由器 ， 滿足布喇格條件的波長被交換 ， 若同時發(fā)射幾個聲波 ， 有幾個光波長同時滿足布喇格條件 ， 在單個器件上可同時完成幾個波長的交換 。 2. MZI是 AWG在 n=m=2情形的特例 。 級聯(lián)幾個 MZI后 ， 由于波長隨溫度和時間變化漂移 ，串擾性能不如理想情況 ， 級聯(lián)后的窄帶 MZI的通帶不平坦 。 設纖芯中模的傳輸常數(shù) (單模光纖 )為 β， p階包層模的傳輸常數(shù)為 ， 相位匹配條件為 pc?已知傳輸光波長和纖芯 、 包層模的有效折射率 ， 可設計合適 Λ值的長周期光柵滿足需要 。 圖 15 布喇格光柵的反射譜 (a) 均勻折射率情形； (b) 變跡折射率情形 0 2 4－ 2－ 4－ 40－ 30－ 20－ 100( a )( b )△ ? / △△ ? / △0 2 4－ 2－ 4－ 40－ 30－ 20－ 100反射功率譜 / dB反射功率譜 / dB如圖：具有幾個波長的光同時傳輸?shù)焦饫w布喇格光柵上 ， 只有波長等于布喇格波長的光才反射 ， 其它的光全部透射 。 路由器交換波長 λ1和 λ4 ：在輸入端口 1上的波長中 ， 若λ12和 λ13由輸出端口 1輸出 ， λ11和 λ14由輸出端口 2輸出；在輸入端口 2上的波長中 ， 若 λ22和 λ23由輸出端口 2輸出 ，則 λ21和 λ24由輸出端口 1輸出 。 OTU輸出端滿足 ， 即標準的光波長和滿足長距離傳輸要求的光源；利用合波器合成多路光信號； 通過光功率放大器 (BA)放大輸出多路光信號 。 WDM系統(tǒng)的基本構成： 1. 雙纖單向傳輸：在發(fā)送端將載有信息的 、 不同波長已調(diào)光信號 λ1,λ2,…,λn通過光復用器組合 ， 在一根光纖中單向傳輸 。 “ 波分復用 +光纖放大器 ” 可充分利用光纖帶寬增加傳輸容量 。 5. 為提高放大器增益， 應提高對泵浦光的吸收，使基態(tài) Er3+盡可能躍遷到激發(fā)態(tài)。 光放大器有半導體光放大器和光纖放大器兩種類型。 隔離器作用是防止光反射 ， 保證系統(tǒng)穩(wěn)定工作和減小噪聲 ， 要求插入損耗小 ， 反射損耗大 。km－1)…在光纖兩個低損耗傳輸窗口：波長為 (～)的窗口 ， 相應的帶寬 為中心波長和相應的波段寬度 ， c 為真空中光速 ) 為17700GHz；波長為 (～ )的窗口 ，相應帶寬為 12500GHz。 設置光分插復用器 (OADM)或光交叉連接器 (OXC)， 使各波長光信號進行合流與分流 ， 實現(xiàn)波長的上下路(Add/Drop)和路由分配 ， 合理插入或分出信號 。 接收端 ， 光前置放大器 (PA)放大經(jīng)傳輸而衰減的主信道光信號 ， 分波器從主信道光信號中分出特定波長的光信號 。 2. 濾波器的通帶對溫度的變化不敏感 。 d：位相版寫入光柵：當用光束照射位相版時 ， 光束分離成各個不同的衍射級 ， 衍射級相互干涉可將光柵寫入光纖 。 功率傳遞函數(shù) TFP(f)是頻率 f的周期函數(shù)， f滿足 fτ=k/2， k為正整數(shù)時，傳遞函數(shù) TFP(f)的值處在波峰 (通帶 )上。在第二個定向耦合器的輸出 1處，來自下臂的信號比來自上臂的信號延遲 π/2，在輸出 1處，兩信號總相位差為 π/2+βΔL+ π/2 。 假設輸入光是 TE模 ， 只能選擇 TM模的偏振器放在波導輸出端 。 空分光交換的核心器件是光開關 。 波長變換法 是用同一個 NW NW空分交換器處理 NW路信號的交叉連接 ， 空分交換器輸出須加波長變換器 ， 后進行波分復接 。 β是折射率和光功率的函數(shù)。 光脈沖在反常色散光纖中傳輸時， 由于非線性效應產(chǎn)生啁啾被壓縮或展寬。 相干光是兩個激光器產(chǎn)生的光場具有空間疊加 、 相互干涉性質(zhì)的激光 。 2 ( 32)P S LI P P??? 考慮本振光相位鎖定在信號光相位上 ， 即 φL=φS， ? PL PS， 零差檢測接收光功率可放大幾個數(shù)量級 。 ? ?( ) c os ( ) ( 35 )s s sE t A t t????? PSK的光場表達式為 ? PSK中 ， AS保持不變 ， 只對相位進行調(diào)制 。異步解調(diào)要求信噪比 (SNR) 高，但異步解調(diào)接收機設計簡單，對信號光源和本振光源的譜線要求適中。 相干光系統(tǒng)關鍵技術是： 2. 匹配技術。 2. 全光方法： 主要有基于半導體光放大器 (SOA)中的交叉增益調(diào)制 (XGM)和交叉相位調(diào)制 (XPM)以及基于半導體光放大器或光纖中的四波混頻 (FWM)和不同頻率產(chǎn)生 (DFG)。 光時分復用原理： 圖 45 光時分復用系統(tǒng)框圖 M o d 1M o d 2…M o d n……合路器光分路器T( n － 1) T超短脈沖發(fā)生器幀同步時鐘E / O M U X接收機誤碼檢測光帶通濾波器全光開關D E M U X光波時鐘產(chǎn)生時鐘提取電路E D F A延時線陣列待傳數(shù)據(jù)輸入實現(xiàn) OTDM 需解決的關鍵技術： 1. 超短光脈沖光源； 2. 超短光脈沖的長距離傳輸和色散抑制技術； 3. 幀同步及路序確定技術； 4. 光時鐘提取技術； 5. 全光解復用技術 。 PN224( 47 )s Q hfBP ??3. 靈敏度： 為確定接收靈敏度，利用式 (40)和式 (45)得到 hf=hc/λ, h為普朗克常數(shù) ， c為光速 ， λ為光波長 。 3. 頻移鍵控 (FSK)： 基帶數(shù)字信號只控制光載波的頻率，稱頻移鍵控 (FSK)。 ? 零差檢測技術復雜，相位變化靈敏， 必須控制相位， 使 φSφL保持不變， ωL和 ωS相等。 圖 38 相干檢測原理方框圖 光檢測器電信號處理基帶信號本地光振蕩器混頻器信號光?S?L式中 , AL、 ωL和 φL分別為本振光的幅度 、 頻率和相位 。 在傳播過程中 ， “ 紫 ”尾逐漸接近 “ 紅 ” 頭 ， 脈沖被壓縮 。表示非線性效應對光脈稱為非線性長度。 利用光孤子作載體的通信稱光孤子通信 。 時隙互換：把時分復用幀中各個時隙的信號互換位置 。 若 nTEnTM=Δn ( 17 )n? ? ? ? ?適當選擇聲波波長 Λ， 經(jīng)模式轉換又位于 AOTF通帶內(nèi)的波長被選擇 。 (前 4個為每單個 MZI的傳遞函數(shù)， 最后一個為級聯(lián)后 4級 MZI的傳遞函數(shù) 圖 24 MZI的傳遞函數(shù) 第一級第二級第三級第四級所有級的級聯(lián)?0 / ? 7. 陣列波導光柵 陣列波導光柵 (AWG)是 MZI的推廣和一般形式 ， 由兩個多端口耦合器和連接它們的陣列波導構成 。 濾波器特點：通帶頂部平坦 ， 邊緣尖銳 ， 溫度變化時性能穩(wěn)定 ， 插入損耗低 ， 對光的偏振不敏感 ， 濾波器多個級聯(lián)可做波分復用器 。 在光分器基礎上加一個耦合器 ，可實現(xiàn)光的分插功能 。 其中 m為整數(shù) ， 當 a和 θi一定時 ， 不同 θd對應不同的波長 λ， 像面上不同點對應不同的波長 。 2. WDM技術使用各波長的信道相互獨立，可傳輸特性和速率完全不同的信號。 其中 Pj為發(fā)送進輸入端口的光功率 ， Pr為從同一個輸入端口接收到的返回光功率 。 在光層中 ， 相鄰光纖鏈路中的波長通道連接形成跨越多個 OXC和 OADM的光通路 ， 完成端到端的信息傳送 ， 光通路可根據(jù)需要靈活 、 動態(tài)地建立和釋放 ， 即為 WDM全光網(wǎng)絡 。 增益特性與光偏振狀態(tài)無關。 3. 若輸入信號光的光子能量等于能級 2和能級 1的能量差，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。但激發(fā)態(tài)不穩(wěn)定， Er3+很快返回到能級 2。 飽和輸出光功率大， 約為 10～ 16 dBm。 1310/1550 nm復用超出 EDFA的增益范圍 ， 用 WDM來代替 DWDM。 10 l g ( ) ( 2)ijijipC dBp??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 。 WDM技術的主要特點 1. 充分利用光纖巨大的帶寬資源 (低損耗波段 ) 。 波長選擇技術及其在 WDM系統(tǒng)中的應用： 1. 光柵： CDAB ?b：光柵基本原理：設兩個相鄰縫隙間距即柵距為 a, 光源離光柵平面足夠遠 (相對于 a而言 )， 入射角為 θi，衍射角為 θd， 通過兩相鄰縫隙對應光線的光程差由( )決定 ， ( sin sin ) ( 5 )idA B CD a ??? ? ? 圖 13 光柵 (a) 透射光柵； (b) 反射光柵 光柵平面 影像平面?2?1?d 1?d 2?i?1＋ ?2光柵平面影像平面?2?1?d 1?d 2?i?1＋ ?2( a ) ( b )圖 14 透射光柵的工作原理 ?i?daDCBA光柵平面去影像平面來自光源a：傳輸媒質(zhì)的周期性微擾可看作布喇格光柵；微擾常引起媒質(zhì)折射率周期性的變化 。 光分器由三端口光環(huán)行器和光纖布喇格光柵構成 ，光柵反射回來的波長 λ2從環(huán)行器的端口 3取出 ， 余下的波長繼續(xù)前行 。 用作帶通濾波器時 ，只允許特定波長