【正文】 對(duì)波長(zhǎng)變換技術(shù)的要求有： （ 1） 對(duì)比特率和信號(hào)格式應(yīng)具有透明性； （ 2） 較寬的變換范圍 ， 既能向長(zhǎng)波長(zhǎng)變換又能向短波長(zhǎng)變換； （ 3） 適當(dāng)?shù)妮斎牍夤β?(不大于 0 dBm)； （ 4） 變換速率快； （ 5） 對(duì)偏振不敏感 ， 低啁啾輸出 ， 高信噪比 ， 高消光比； （ 6） 實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單 。 其缺點(diǎn)是失去了全光網(wǎng)絡(luò)的透明性 。 1. 光 /電 / 將光信號(hào)經(jīng)光 /電轉(zhuǎn)換變成電信號(hào) ， 電信號(hào)再調(diào)制所需波長(zhǎng)的激光器 ， 從而實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)變換 。 (3)如果不同網(wǎng)絡(luò)由不同的組織管理 ， 并且這些網(wǎng)絡(luò)沒(méi)有協(xié)調(diào)一致的波長(zhǎng)分配 ， 那么在網(wǎng)絡(luò)之間就可以使用波長(zhǎng)變換器 。 (2)在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部 ， 可以提高鏈路上現(xiàn)有波長(zhǎng)的利用率 。 在 WDM (1)信息可以通過(guò) WDM網(wǎng)絡(luò)中不適宜使用的波長(zhǎng)進(jìn)入WDM網(wǎng)絡(luò) 。 圖 光時(shí)分復(fù)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(shí)鐘E / O M U X接收機(jī)誤碼檢測(cè)光帶通濾波器全光開(kāi)關(guān)D E M U X光波時(shí)鐘產(chǎn)生時(shí)鐘提取電路E D F A延時(shí)線陣列待傳數(shù)據(jù)輸入要實(shí)現(xiàn) OTDM， (1) (2) (3) 幀同步及路序確定技術(shù)； (4) (5) 全光解復(fù)用技術(shù) 。 OTDM是在光域上進(jìn)行時(shí)間分割復(fù)用 ， 一般有兩種復(fù)用方式： (1)比特間插 (Bit interleaved) (2)信元間插 (Cell interleaved) 比特間插是目前廣泛被使用的方式 ， 信元間插也稱(chēng)為光分組(Optical Packet)復(fù)用 。 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 ， 才能獲得高混頻效率 ， 這種匹配包括空間匹配 、 波前匹配和偏振方向匹配 。 必須采用頻譜壓縮措施 ， 提高頻譜純度 ， 目前優(yōu)質(zhì) DFBLD頻譜寬度可達(dá)幾 kHz。 一般激光器達(dá)不到要求 ， 必須研究穩(wěn)頻技術(shù) ， 如以分子標(biāo)準(zhǔn)頻率作基準(zhǔn) ， 穩(wěn)定度可達(dá) 1012。 (1) 必須使用頻率穩(wěn)定度和頻譜純度都很高的激光器作為信號(hào)光源和本振光源 。 實(shí)驗(yàn)表明 ， 當(dāng)每隔 80 km加入一個(gè)摻鉺光纖放大器 ， 25 個(gè) EDFA可以使 Gb/s系統(tǒng)的傳輸距離增加到 2200 km以上 ， 非常適合干線網(wǎng)使用 。 如果使用損耗為 dB/km光纖 ， 無(wú)中繼傳輸距離可達(dá)250 km。所以，相干光接收方式是適用于所有調(diào)制方式的通信體制。 顯然 ， 式 ()右邊最后一項(xiàng)是中頻信號(hào)功率分量 ， 它實(shí)際上是疊加在 PS和 PL之上的一種緩慢起伏的變化 ， 如圖 所示 。 這時(shí)光檢測(cè)器輸出的光功率 P與光強(qiáng) |ES+Ｅ L|2成比例 ， 即 P=K|ES+EL|2 () 式中 ， K為常數(shù) 。 保持信號(hào)光的偏振方向不變 ， 控制本振光的偏振方向 ， 使之與信號(hào)光的偏振方向相同 。 光檢測(cè)器電信號(hào)處理基帶信號(hào)本地光振蕩器混頻器信號(hào)光?S?L 圖 相干檢測(cè)原理方框圖 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)可以寫(xiě)成 ES=ASexp［ i(ωSt+φS)］ () 式中 , AS、 ωS和 φS分別為光載波的幅度、頻率和相位。 圖 ， 光接收機(jī)接收的信號(hào)光和本地振蕩器產(chǎn)生的本振光經(jīng)混頻器作用后 ， 光場(chǎng)發(fā)生干涉 。 所謂相干光 ， 就是兩個(gè)激光器產(chǎn)生的光場(chǎng)具有空間疊加 、 相互干涉性質(zhì)的激光 。 （ 2） 采用相干檢測(cè) ， 可以更充分利用光纖帶寬 。 相干光通信： 在發(fā)射端對(duì)光載波進(jìn)行幅度 、 頻率或相位調(diào)制；在接收端 ， 則采用零差檢測(cè)或外差檢測(cè) ， 這種檢測(cè)技術(shù)稱(chēng)為相干檢測(cè) 。 光強(qiáng)調(diào)制 直接檢測(cè) (IMDD)方式的特點(diǎn)： 優(yōu)點(diǎn)： 調(diào)制和解調(diào)簡(jiǎn)單 ， 容易實(shí)現(xiàn) ， 成本較低 。 光纖非線性效應(yīng)和色散單獨(dú)起作用時(shí) ， 在光纖中傳輸?shù)墓庑盘?hào)都要產(chǎn)生脈沖展寬 ， 對(duì)傳輸速率的提高是有害的 。 但是多個(gè)光纖放大器產(chǎn)生的噪聲累積又妨礙了傳輸距離的增加 ， 因而要求提高傳輸信號(hào)的光功率 ， 這樣便產(chǎn)生非線性效應(yīng) 。 此時(shí) ， 光纖傳輸系統(tǒng) ， 尤其是傳輸速率在Gb/s以上的系統(tǒng) ， 光纖色散引起的脈沖展寬 ， 對(duì)傳輸速率的限制 ， 成為提高系統(tǒng)性能的主要障礙 。 我們知道 ， 光纖通信的傳輸距離和傳輸速率受到光纖損耗和色散的限制 。 利用光孤子作為載體的通信方式稱(chēng)為光孤子通信 。 孤 子 通 光孤子 (Soliton)： 經(jīng)光纖長(zhǎng)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(jí) )。 波長(zhǎng)變換法與波長(zhǎng)選擇法的主要區(qū)別是用同一個(gè) NW NW空分交換器處理 NW路信號(hào)的交叉連接 ， 在空分交換器的輸出必須加上波長(zhǎng)變換器 ， 然后進(jìn)行波分復(fù)接 。 這種交換機(jī)當(dāng)前已經(jīng)成熟 ， 可應(yīng)用于采用波長(zhǎng)選路的全光網(wǎng)絡(luò)中 。 所有 N路輸入的波長(zhǎng)為 λ i(i=1,2,…,W)的信號(hào)都送到 λ i空分交換器 ， 在那里進(jìn)行同一波長(zhǎng) N路 (空分 )信號(hào)的交叉連接 ， 到底如何交叉連接 ， 將由控制器決定 。 每條光纖承載 W個(gè)波長(zhǎng)的光信號(hào) 。 圖 (a)和(b)分別示出波長(zhǎng)選擇法交換和波長(zhǎng)變換法交換的原理框圖 。如圖 (b)，首先使時(shí)分復(fù)用信號(hào)經(jīng)過(guò)分接器，在同一時(shí)間內(nèi)，分接器每條出線上依次傳輸某一個(gè)時(shí)隙的信號(hào)；然后使這些信號(hào)分別經(jīng)過(guò)不同的光延遲器件，獲得不同的延遲時(shí)間；最后用復(fù)接器把這些信號(hào)重新組合起來(lái)。 在接收端用分接器恢復(fù)各路原始信號(hào) ， 如圖 (a)所示 。 平行聯(lián)接 交叉聯(lián)接 定向 耦合器 光波導(dǎo) 光信號(hào)輸出 光信號(hào)輸入 (b) (c) 時(shí)分光交換是以時(shí)分復(fù)用為基礎(chǔ) ， 用時(shí)隙互換原理實(shí)現(xiàn)交換功能的 。 1 2 光交換器件 這種 2 2光交換模塊是最基本的光交換單元 ，它有兩個(gè)輸入端和兩個(gè)輸出端 ， 通過(guò)電壓控制 ， 可以實(shí)現(xiàn)平行連接和交叉連接 ， 如圖 (b)所示 。 圖 (a)是由 4個(gè) 1 2光開(kāi)關(guān)器件組成的 2 2光交換模塊 。 光開(kāi)關(guān)有電光型 、 聲光型和磁光型等多種類(lèi)型 ， 其中電光型光開(kāi)關(guān)具有開(kāi)關(guān)速度快 、 串?dāng)_小和結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn) ， 有很好的應(yīng)用前景 。 光交換主要有三種方式： （ 1） 空分光交換 （ 2） 時(shí)分光交換 （ 3） 波分光交換 空分光交換的功能是使光信號(hào)的傳輸通路在空間上發(fā)生改變 。 （ 4） 電子線路的極限速率約為 20 Gb/s。 （ 2） 但是傳統(tǒng)電子交換機(jī)的端口速率只有幾 Mb/s到幾百 Mb/s，限制了光纖通信網(wǎng)絡(luò)速率的提高 。在上面簡(jiǎn)單的光分器的基礎(chǔ)上加上一個(gè)耦合器， 就可以實(shí)現(xiàn)光的分插功能，如圖 (b)所示。 在 WDM系統(tǒng)中，光纖布喇格光柵可用作濾波器、 光分插復(fù)用器和色散補(bǔ)償器 (Dispersion Compensator)。 光纖布喇格光柵的特點(diǎn)： （ 1） 損耗低 ( dB左右 ) （ 2） 波長(zhǎng)準(zhǔn)確度高 (可達(dá) 177。 波長(zhǎng)從幾百微米到幾毫米不等 。 類(lèi)型： （ 1） 短周期 (short period)光纖光柵 ， 也稱(chēng)光纖布喇格光柵 ， 波長(zhǎng)典型值大約 μm 。 衍射法 ：可以使用位相版 (phase mask)來(lái)寫(xiě)入光柵 。 光纖中寫(xiě)入光柵的原理： 在傳統(tǒng)光纖的 SiO2中摻入少量鍺 (Ge)后就具有了光敏特性 ，再由紫外 (UV)光照射 ， 就可引起光纖纖芯的折射率變化 。 圖 （ a)布喇格光柵的反射譜均勻折射率 3. 光纖光柵 光纖光柵 (Fiber Grating)是一種非常有吸引力的全光纖器件 ， 其用途非常廣泛 ， 可用作 光濾波器 、 光分插復(fù)用器 和 色散補(bǔ)償器 。 (b)布喇格光柵的反射譜 （ 變跡折射率 ） 圖 (a)中的功率反射譜是針對(duì)折射率均勻周期性變化的光柵而言的，為了消除不需要的旁瓣，新研制成功了一種稱(chēng)為變跡光柵 (Apodized Grating)的光柵，它與漸變折射率光纖有點(diǎn)類(lèi)似，其折射率沿光柵纖芯到邊沿逐漸減小，變跡光柵的功率反射譜如圖(b)所示。 隨著入射光波的波長(zhǎng)偏離布喇格波長(zhǎng) ， 其反射率就會(huì)降低 ， 如圖 (a)所示 。 設(shè) β 0=2πn eff/λ 0， 其中 λ 0為輸入光的波長(zhǎng) ， neff為波導(dǎo)或光纖的有效折射率 。 設(shè)兩列波沿著同一方向傳播 ， 其傳播常數(shù)分別為 β 0和 β 1， ?????? 210 其中 Λ 為光柵周期 ， 則一個(gè)波的能量可以耦合到另一個(gè)波中去 。 一般情況下 ， 傳輸媒質(zhì)的周期性微擾可以看作是布喇格光柵； 這種微擾通常引起媒質(zhì)折射率周期性的變化 。 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