【正文】 的光通過而其它所有波長(zhǎng)的光反射 ，腔長(zhǎng)決定通過的波長(zhǎng) 。 MZI是互易器件 ， 也可作 2 1 復(fù)用器 。 設(shè) TE和 TM模折射率為 nTE和 nTM， 當(dāng)滿足布喇格條件 滿足布喇格條件在波長(zhǎng) λ附近的窄譜范圍內(nèi)的光從 TE模轉(zhuǎn)換為 TM模 ， 如果輸入光只是 TE模 ， 輸出只選擇 TM模 ，可作窄帶濾波器使用 。 圖 31 空分光交換 (a) 2 2光交換單元； (b) 平行連接和交叉連接； (c) 4 4光交換單元 1 2 光交換器件平行聯(lián)接交叉聯(lián)接( a )( b )定向耦合器光波導(dǎo)光信號(hào)輸出光信號(hào)輸入( c ) 時(shí)分光交換 時(shí)分光交換以時(shí)分復(fù)用為基礎(chǔ) ， 用時(shí)隙互換原理實(shí)現(xiàn)交換 。 光孤子的形成是光纖的群速度色散和非線性效應(yīng)相互平衡的結(jié)果 。0wwggwwwvvw?????????????沖傳輸效應(yīng)的影響。 稱 “ 紅頭紫尾 ” 光脈沖 。 單模光纖的傳輸模式是基模 HE11模 ， 接收機(jī)接收的信號(hào)光其光場(chǎng)寫成 ? ?e xp ( ) ( 26 )S S s sE A i t??? ? ?式中 , AS、 ωS和 φS為光載波的幅度 、 頻率和相位 。 信噪比的改善比零差檢測(cè)低 3dB， 但接收機(jī)設(shè)計(jì)相對(duì)簡(jiǎn)單 ， 不需相位鎖定 。 但接收端光波相位必須非常穩(wěn)定 ， 對(duì)發(fā)射和本振激光器的譜寬要求苛刻 。 11 211 ( ) ( 45 )22IQ SNRN?? ,0101 NNIIQ ??? ）（式中， N0和 N1分別為 “ 0”碼和“ 1” 碼的等效噪聲功率 ， 設(shè) N0=N1， I0=0， 則得到 設(shè) “ 0”碼和 “ 1”碼時(shí) ， IP取 I0和 I1， 理想情況下誤碼率 1 ( ) ( 44)2 2QB E R e rf c?1 21 ( ) ( 46 )22PNB E R e rfc ??把式 (45)和式 (42)代入式 (44)， 得 在 “ 0”碼和 “ 1”碼概率相等條件下 ， ASK， NP= , NP為長(zhǎng)比特流情況下 ， 每比特平均光子數(shù) 。 接收端的光解復(fù)用器是一個(gè)光控高速開關(guān) ， 在時(shí)域上將各支路光信號(hào)分開 。 對(duì)比特率和信號(hào)格式具有透明性； 較寬的變換范圍 ， 能向長(zhǎng)波長(zhǎng)和短波長(zhǎng)變換； 適當(dāng)?shù)妮斎牍夤β剩? 對(duì)偏振不敏感 ， 低啁啾輸出 ， 高信噪比 ， 高消光比； 變換速率快 、 實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單 。相干光系統(tǒng)要求信號(hào)光和本振光混頻時(shí)滿足嚴(yán)格的匹配條件獲得高混頻效率，匹配包括空間匹配、波前匹配和偏振方向匹配。 圖 41 外差同步解調(diào)接收機(jī)方框圖 光檢測(cè)器帶通基帶信號(hào)本振光信號(hào)光?S?L低通載波恢復(fù)圖 42 外差異步解調(diào)接收機(jī)方框圖 光檢測(cè)器帶通基帶信號(hào)本振光信號(hào)光?S?L低通包絡(luò)檢波誤碼率和接收靈敏度 相干光通信系統(tǒng)光接收機(jī)性能可用信噪比 (SNR)定量描述 。 傳輸“ 0”碼和 “ 1”碼時(shí) ， 分別用兩個(gè)不同相位表示 。 噪聲增加 ， 但靈敏度大幅度提高 。 實(shí)現(xiàn)相干光通信 ， 要有頻率穩(wěn)定 、 相位和偏振方向可控制的窄線譜激光器 。 對(duì)反常色散光纖， 群速度與光載波頻率成正比，在脈沖中載頻高的部分傳播得快， 載頻低的部分傳播得慢。 輸常數(shù)寫成由非線性克爾效應(yīng)，傳可近似為單色平面波。 提供連接數(shù)為 N2W2， 內(nèi)部阻塞概率較小 。 它有電光型 、 聲光型和磁光型等 ， 電光型光開關(guān)速度快 、 串?dāng)_小 ,結(jié)構(gòu)緊湊 ， 有很好的應(yīng)用前景 。 如果在被選擇波長(zhǎng)附近的一個(gè)窄譜范圍內(nèi)光能量轉(zhuǎn)換為 TM模式 ， 其余光能量仍保持 TE模式 ， 可制成波長(zhǎng)選擇性濾波器 。 MZI工作原理： 3. 輸出 2處 ， 兩信號(hào)總相位差為 輸入 1的所有波長(zhǎng)中 ， 滿足 (k為奇數(shù) )條件的波長(zhǎng) ， 由輸出 1輸出 ,滿足 (k為偶數(shù) )條件的波長(zhǎng)由輸出 2輸出 。 圖 19 FP 濾波器的功率傳遞函數(shù) － 40－ 30－ 20－ 100－ 1 . 5 － 1 － 0 . 5 0 0 . 5 1 1 . 5R ＝ 0 . 9 9R ＝ 0 . 9 0R ＝ 0 . 7 5f / F S R功率傳遞函數(shù) / dB由圖可見：反射率 R越大，相鄰信道的隔離就越好。 1. 短周期光纖光柵稱光纖布喇格光柵 ， 其周期可和光波長(zhǎng)相比較 。 3. 單個(gè)濾波器的通帶傳輸特性平直 ， 以便能夠容納激光器波長(zhǎng)的微小變化 。 接收機(jī)要能承受有一定光噪聲的信號(hào) ， 有足夠電帶寬 。 雙向 WDM系統(tǒng)開發(fā)和應(yīng)用要求較高 ， 但可減少使用光纖和線路放大器的數(shù)量 。 兩個(gè)窗口合在一起 ， 總帶寬超過 30THz。 輸入信號(hào)光隔離器波分復(fù)用器泵浦 摻鉺光纖光隔離器輸出信號(hào)( 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(cè)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(qū)動(dòng)輸入光輸出( b )圖 31 光纖放大器構(gòu)成方框圖 圖 32 實(shí)用光纖放大器外形圖及其構(gòu)成方框圖 輸入信號(hào)光隔離器波分復(fù)用器泵浦摻鉺光纖光隔離器輸出信號(hào)( 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(cè)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(qū)動(dòng)輸入光輸出( b )EDFA特性： 在泵浦光功率一定的條件下 ， 輸入信號(hào)光功率較小時(shí) ， 放大器增益不隨輸入信號(hào)光功率變化 ， 基本保持不變 。 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 。泵浦光能量轉(zhuǎn)換為信號(hào)光。 若加 1310nm摻鐠光纖放大器 (PDFA)， 頻帶可增加一倍 。 兩種器件互易 (雙向可逆 )， 即將解復(fù)用器的輸出端和輸入端反過來用 ， 為復(fù)用器 。 WDM系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu) WDM系統(tǒng)的組成：光發(fā)射機(jī) 、 光中繼放大 、 光接收機(jī) 、 光監(jiān)控信道和網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng) 。 波長(zhǎng)路由器用于波長(zhǎng)選路網(wǎng)絡(luò) ， 它有兩個(gè)輸入端口和兩個(gè)輸出端口 ， 每路輸入都載有一組 WDM信號(hào) 。 隨入射光波的波長(zhǎng)偏離布喇格波長(zhǎng) ， 反射率降低 . 0 0 02( ) 2 ( 8 )?? ? ?? ? ? ??d：反射型濾波器中 ， 假設(shè)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(zhǎng)的反射光中。 一般情況 ， 兩個(gè)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(gè)相當(dāng)大值 。 MZI以集成光波導(dǎo)形式出現(xiàn) ，用兩個(gè) 3dB定向耦合器連接兩條不同長(zhǎng)度的光通路 。 圖 25 陣列波導(dǎo)光柵 (AWG) 輸出耦合器輸入耦合器輸出波導(dǎo)陣列波導(dǎo)輸入波導(dǎo)圖 26 基于 AWG的靜態(tài)波長(zhǎng)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(shè) 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(gè)波導(dǎo)連接 ， 每相鄰波導(dǎo)的長(zhǎng)度差均為 ΔL。 器件越長(zhǎng) (聲光相互作用長(zhǎng)度越長(zhǎng) )，濾波器通帶就越窄；調(diào)諧速度與器件長(zhǎng)度成反比，由聲波通過器件的時(shí)間決定。 圖 32 時(shí)分光交換 (a) 時(shí)分復(fù)用原理； (b) 時(shí)隙互換原理； (c) 等效的空分交換 1復(fù)接器2N…分接器1 2 N12…N1 2 3 4分接器時(shí)隙幀( a )1延遲1延遲22延遲33延遲4 4( b )復(fù)接器輸入 輸出4 1 3 212341234( c ) 波分光交換 1. 設(shè)波分交換機(jī)輸入和輸出與 N條光纖連接 ， N條光纖可組成一根光纜 。很?。ǖ傉凵渎首兓瑘?chǎng)較大為稱克爾系數(shù)。 022( ) ( ) ( 25 )d d d cCd d dw? ? ????? ? ??? ? ? ?波長(zhǎng)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(shí)， 為群速，為光載波頻率， 為光速； ，比例于一階色散。在接收端 ， 通過光檢測(cè)器和解調(diào)裝置 ， 恢復(fù)光孤子承載的信息 。 2 ( 29)SLP K E E??光檢測(cè)器輸出光功率 P與光強(qiáng) |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(jì)算的結(jié)果 ， 輸出光功率近似為 式 (30)右邊最后一項(xiàng)是中頻信號(hào)功率分量 ， 是疊加在 PS和PL上緩慢起伏的變化 。 數(shù)字信號(hào)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)。 1. 零差檢測(cè)時(shí) ， 光信號(hào)直接被解調(diào)為基帶信號(hào) ， 要求本振光的頻率和信號(hào)光頻率完全相同 ， 本振光相位鎖定在信號(hào)光相位上 ， 采用同步解調(diào) 。 相干接收時(shí) ，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(shí)現(xiàn) . PN圖 44 4Gb/s外差光波系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)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(jī)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(diǎn)和關(guān)鍵技術(shù) 1. 靈敏度提高 10～ 20 dB， 線路功率損耗可增到 50 dB。 波長(zhǎng)變換 (WC)是將信息從承載它的一個(gè)波長(zhǎng)上轉(zhuǎn)到另一個(gè)波長(zhǎng) 。 WDM光網(wǎng)絡(luò)中使用波長(zhǎng)變換技術(shù)的原因： 1. 光 /電 /光方法： 將光信號(hào)經(jīng)光 /電轉(zhuǎn)換變成電信號(hào) ，電信號(hào)調(diào)制所需波長(zhǎng)的激光器 ， 實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)變換 。 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. 外差檢測(cè)時(shí) ， 不要求本振光和信號(hào)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) 。 如采用直接光強(qiáng)調(diào)制 ， 幅度變化將引起相位變化 。 圖 39 干涉后的瞬時(shí)光功率變化 ( ?L－ ?S)PL＋ PStP1. 零差檢測(cè) ：選擇 ωL=ωS， 即 ωIF=0， 稱零差檢測(cè) 。 光孤子源有摻鉺光纖孤子激光器 、 鎖模半導(dǎo)體激光器等 。km－1)″C(?) / (ps 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 。 從每條光纖輸入的光信號(hào)先通過分波器 (解復(fù)用器 )WDMX分為 W個(gè)波長(zhǎng)不同的信號(hào) 。 通過改變聲波頻率可作動(dòng)態(tài)波長(zhǎng)路由器 ， 適當(dāng)級(jí)聯(lián) 2 2路由器可構(gòu)成多輸入多輸出路由器 。 輸入耦合器將某個(gè)輸入端口的輸入信號(hào)分成 m部分 ， 各部分相對(duì)相位由從輸入波導(dǎo)到陣列波導(dǎo)在輸入耦合器中傳輸?shù)木嚯x決定 。 MZI用作濾波器和波分復(fù)用器 ， 在寬帶濾波方面 MZI用于分開 。