【正文】 合理的使用某些非線性效應(yīng)，又可以研制出新型的光器件，例如，利用受激喇曼效應(yīng)可制成寬帶光纖放大器等。（2）光纖非線性測試 光纖的非線性主要有自相位調(diào)制效應(yīng)、交叉相位調(diào)制效應(yīng)、四波混頻效應(yīng)、受激布里淵效應(yīng)和受激喇曼效應(yīng)等。目前的技術(shù)還沒有實(shí)用的方法抵消其影響，只能將其控制在系統(tǒng)能容忍的范圍內(nèi)。必須準(zhǔn)確地知道光纖的色散系數(shù)，否則系統(tǒng)將無法正常工作，長途及跨洋通信系統(tǒng)尤為重要。(1)光纖的色散和PMD測試 光通信系統(tǒng)工作于622Mb/s速率以下時(shí)，一般不需要考慮色散問題。此外，光纜分為機(jī)械性能測試、環(huán)境性能測試、工程測試等。除此之外，對于高速、多信道、長距離光通信系統(tǒng)。在這些標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)范了該種光纖及由其組成的光纜的具體性能指標(biāo)。在這個(gè)領(lǐng)域國際電聯(lián)ITU制訂了一系列標(biāo)準(zhǔn)，、。（4）光通信系統(tǒng)測試。（2）光器件測試。這種測量可用來定量分析光纖網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障的原因和對光纖網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品進(jìn)行評價(jià)。這種方法雖然簡便，但它不能定量測量光纖的衰減和光纖的斷點(diǎn)。（1）人工簡易測量 這種方法一般用于快速檢測光纖的通斷和施工時(shí)分辨所用的光纖是否合格。 DWDM發(fā)展前景第7章 全光網(wǎng)第8章 光纖通信測試 光通信領(lǐng)域測試光纖檢測的主要目的是保證通信系統(tǒng)連接的質(zhì)量，減少故障因素以及出現(xiàn)故障時(shí)容易找出光纖的故障點(diǎn)。EDFA主要缺點(diǎn)有：增益特性穩(wěn)定。增益高，約為30dB～50dB；輸出功率在單泵浦約為10dBm～15dBm；在雙泵浦約為14dBm～25dBm。能量轉(zhuǎn)換效率高，激勵(lì)的泵浦功率地，僅需幾十毫瓦，～1W的泵浦源進(jìn)行激勵(lì)。EDFA與傳輸光纖的耦合損耗很小。（4）EDFA的主要優(yōu)缺點(diǎn)EDFA主要優(yōu)點(diǎn)有：增益曲線平坦化的EDFA稱為平坦EDFA。在中摻雜的同時(shí)再摻其他元素，例如摻Al、摻P、摻Al/P和摻Ga/Ge/Al/P等都可以使EDFS的增益曲線有明顯的改善效果。④EDFA的帶寬 若果一個(gè)光纖放大器的增益與信號光的波長無關(guān)，則這個(gè)放大器的應(yīng)用價(jià)值就越高，因?yàn)檫@就放寬了單通道傳輸中波長的容限，可以在不降低系統(tǒng)性能的情況下增加信道的數(shù)目。放大器噪聲特性可用噪聲系數(shù)F或NF（Noise Factor）來表示：3dB增益/dB光輸出功率/dBm3dB飽和輸出功率對于不同的泵浦波長，噪聲系數(shù)有所不同。③噪聲系數(shù) EDFA噪聲的主要來源有信號光的散射噪聲、信號光波與放大器自發(fā)輻射ASE（Amplified Emission）光波間的差拍噪聲、被放大的自發(fā)輻射光的散粒噪聲和光放大器自發(fā)輻射的不同頻率光波間的差拍噪聲等。②飽和輸出功率 EDFA的最大輸出功率常用3dB飽和輸出功率來表示，如圖所示。因此在給定的摻鉺光纖的情況下，應(yīng)選擇合適的泵浦功率和光纖長度，以達(dá)到最大增益。 （dB）下圖表示了放大器的功率增益與泵浦功率及光纖長度的關(guān)系。現(xiàn)在，EDFA很可靠地放大C波段或L波段，最新的寬帶WEDFA（Wideband EDFA）能同時(shí)放大C波段和L波段共80nm寬度，提供平坦的功率增益40dB和足夠大的輸出功率及良好的信噪比。光纖喇曼放大器的優(yōu)點(diǎn)是：只要能得到所需的泵浦波長就可以在任何波長處提供增益；增益介質(zhì)是光纖，可以制成分布式的放大器；噪聲低。利用這一特性，光纖可以用作寬帶放大器。1dB；控制摻鉺光纖的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)程度，放大1570nm～1600nm波段，稱為增益平移摻鉺光纖放大器（GSEDFA）；最近比較引人注目的是光纖喇曼放大器。目前的方法有：摻鉺氟化物光纖放大器（EDFFA），據(jù)報(bào)道可以實(shí)現(xiàn)75nm的放大帶寬，增益為18dB,增益差別為177。這樣就限制了能夠容納的波長信道數(shù)。所以摻雜時(shí)盡量使雜質(zhì)粒子集中在近軸區(qū)域，以使光與物質(zhì)的作用最充分，從而提高能量轉(zhuǎn)換效率。在整個(gè)信號通道中沒有電接口，僅有的光纖放大器與線路之間的耦合損耗也小到完全可以忽略的程度，因而可以實(shí)現(xiàn)高增益寬頻帶放大特性。但泵浦光足夠強(qiáng)時(shí)，可以使能級和間形成電子的反轉(zhuǎn)分布，此時(shí)如果入射信號光的波長恰好落在上述熒光帶，則當(dāng)泵浦光與信號光同時(shí)透過該摻鉺光纖時(shí)，熒光帶能量會(huì)轉(zhuǎn)移到信號光上，具有1550nm波長的光信號通過這段摻鉺光纖時(shí)，亞穩(wěn)態(tài)的粒子以受激輻射的形式躍遷到基態(tài)，并產(chǎn)生出和入射光信號中的光子一摸一樣的光子，從而大大增加了信號光中的光子數(shù)量，即實(shí)現(xiàn)了信號光在摻鉺光纖的傳輸過程中不斷被放大的功能，即信號光可以通過受激輻射過程從離子系統(tǒng)獲取能量，從而不斷增強(qiáng)而獲得放大信號。泵光子信號光子受激輻射躍遷信號光子受激光子鉺離子的能級圖無輻射躍遷亞穩(wěn)態(tài)當(dāng)用高能量的泵浦激光器來激勵(lì)摻鉺光纖時(shí)，可以使鉺離子的束縛電子從基態(tài)能級大量激發(fā)到高能級上，然而，高能級是不穩(wěn)定的，因而鉺離子很快會(huì)經(jīng)歷無輻射衰減（即不釋放光子）落入亞穩(wěn)態(tài)能級。鉺屬鑭系元素，原子序數(shù)為68，有3個(gè)價(jià)電子，它是以3價(jià)離子的形式參與工作的。由于EDFA具有細(xì)長的結(jié)構(gòu)，光與物質(zhì)的作用區(qū)很長，可以降低泵浦源功率的要求。信號光輸入光耦合器泵浦光光隔離器摻鉺光纖光隔離器光濾波器信號光輸出同向泵浦根據(jù)需要，EDFA也可采用反向泵浦或雙向泵浦結(jié)構(gòu)，如圖所示。波分復(fù)用器WDM用于將980um或1480um的泵浦光與1550nm波段的信號光一起耦合至摻鉺光纖內(nèi)。輸入端有一個(gè)光隔離器，用于阻止放大器自發(fā)輻射噪聲ASE（Amplified Spontaneous Emission）沿光纖返回，輸出端也有一個(gè)光隔離器，用于防止可能的反饋以避免放大器發(fā)生激射，還可以設(shè)置一個(gè)光濾波器，慮除放大器噪聲，提高系統(tǒng)的信噪比。其中摻鉺光纖提供放大，泵浦源提供足夠強(qiáng)的泵浦功率，波分復(fù)用器起信號光與泵浦光的混合作用。泵浦過程就是光放大的必要條件。光纖放大器的特性與光纖的極化狀態(tài)無關(guān)，所需泵浦功率也較低（數(shù)十毫瓦）。摻稀土元素的光纖放大器是利用在光纖中摻雜稀土元素引起的增益機(jī)制實(shí)現(xiàn)放大的。所以，普通光波通信系統(tǒng)很少應(yīng)用FBA。但是由于在室溫下，聲子振動(dòng)導(dǎo)致FBA的噪聲指數(shù)過大（＞15dB），使這種應(yīng)用受到一定限制。FBA是一種高增益、低功率、窄帶寬的放大器。由于光速比聲速大倍，故。（2）光纖布里淵散射放大器 受激布里淵散射SBS（Stimulated Brillouin Scattering）與受激喇曼散射的物理過程十分相似，它的非線性效應(yīng)也來源于受激非彈性散射。但需要很大的泵浦功率（數(shù)百毫瓦）和很長的光纖（數(shù)百千米）。當(dāng)光纖受到比傳輸信號較短波長的足夠大功率抽引后，能在很寬的信號波帶提供有用的功率增益，甚至在1270nm～1670nm整個(gè)長波長波段提供放大，增益達(dá)40dB，輸出功率為20dB。（1）光纖喇曼放大器 受激喇曼散射SRS（Stimulated Raman Scattering）是光纖中很重要的非線性過程，它的非線性效應(yīng)，來源于受激非彈性散射，在此過程中光場把部分能量轉(zhuǎn)移給非線性介質(zhì)，介質(zhì)中分子振動(dòng)對入射泵浦光調(diào)制，使入射光產(chǎn)生散射作用，形成不同頻移的散射光，這種現(xiàn)象稱受激喇曼散射。它在波分復(fù)用光纖通信系統(tǒng)中可以用作光子開關(guān)和波長變換器，在未來全光通信中也可用作補(bǔ)償無源損耗的重要器件。半導(dǎo)體光放大器適于與光集成和光電集成電路結(jié)合使用，但SOA的最大弱點(diǎn)是與光纖的耦合損耗很大，可達(dá)5dB左右；增益對光纖的極化和環(huán)境溫度很敏感，因此穩(wěn)定性差；對光的偏振特性較為敏感，因此需要采用保偏光纖；由于交叉相位調(diào)制和四波混頻等非線性現(xiàn)象，SOA的噪聲系數(shù)高，信道間串?dāng)_現(xiàn)象也較為嚴(yán)重。一只半導(dǎo)體激光器如將兩端的反射消除，即成為半導(dǎo)體放大器SOA（Semiconductor Optical Amplifier），所以有時(shí)也稱為半導(dǎo)體激光放大器SLA（Semiconductor Laser Amplifier）。迄今為止，已研制成功3種光放大器，即半導(dǎo)體光放大器、非線性光纖放大器和摻稀土元素的光纖放大器。 光放大器放大器用來提升光信號，補(bǔ)償由于通過長距離傳播而導(dǎo)致的功耗或衰減。只要改變各金屬的組合，可以得到完全覆蓋光纖的全部低損耗窗口，在一個(gè)器件上輸出不同波長的光信號，這種結(jié)構(gòu)的器件量子效率可達(dá)80％以上。光接收器通常是寬帶器件，應(yīng)具有可以檢測多波長的功能，它能夠在一個(gè)相對寬廣的波長范圍（1280nm～1580nm）內(nèi)檢測光信號。一般將光柵型WDM器件置于地下或空調(diào)房間里才能避免上述影響。1310nm和1550nm的波長隨溫度的移動(dòng)值大約分別為（）和()。此外，光信道帶寬/信道間隔比不夠理想，使光譜利用率不夠高，對光源和WDM器件的波長容差要求較高。光柵型器件是并連工作的，插入損耗不會(huì)隨復(fù)用信道的增多而增加，因而可以獲得很多的復(fù)用信道，目前是高密度波分復(fù)用系統(tǒng)HDWDM的最好實(shí)現(xiàn)手段，已能實(shí)現(xiàn)幾十個(gè)波長的復(fù)用。當(dāng)入射光射到光柵上后，由于光柵的角色散作用，使不同波長的光信號以不同的角度出射，然后經(jīng)透鏡匯聚到不同的輸出光纖，從而完成波長的選擇作用，同時(shí)減小了中間的插入損耗。光纖自聚焦透鏡閃耀光柵衍射光柵分波器結(jié)構(gòu)示意圖光柵是指在一塊能夠透射或反射的平面上，平行并等距離地刻劃出一系列槽痕，從而形成許多相同間隔的狹縫，顯然在這些槽痕處，其透射率或反射率會(huì)明顯地變化，因而根據(jù)被衍射的光為反射光還是透射光，光柵被分為反射光柵和透射光柵。常用的角色散元件有光柵和棱鏡，以前者應(yīng)用較為廣泛。下圖展示了馬赫曾德WDM器件的結(jié)構(gòu)。另一種干涉濾波器WDM器件采用馬赫曾德（Mach Zehnder）干涉儀作為干涉濾波器，這種WDM器件的原理是基于兩個(gè)經(jīng)過不同長度的相干單色光源之間的干涉形成的。實(shí)際制作時(shí)，往往與自聚焦透鏡結(jié)合，直接將介質(zhì)膜鍍在透鏡的端面上形成干涉濾光器，從而實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的小型化器件。通常使用法布里珀羅（FabryPerot）干涉儀作為光濾波器，其多諧振鋒的傳輸特性如下圖所示，其中為法布里珀羅干涉儀的自由譜寬，為透過峰的寬度。通常由10～20層不同材料、折射率和厚度的介質(zhì)膜按照設(shè)計(jì)要求組合起來，每一層的厚度為中心波長的四分之一波長，因此對于左右的通帶光波呈透明狀態(tài)，而對阻帶波長呈高反射狀態(tài)，信號可衰減30dB以上，通過設(shè)計(jì)可以獲得所需要的光譜特性。不足之處是尺寸稍大，最小波長間隔大約10nm，因而波分復(fù)用信道數(shù)較小（小于10個(gè)），最是與長途通信應(yīng)用場合。兩種方式中以熔錐式WDM器件制造簡單，更易于批量生產(chǎn)，因而應(yīng)用更廣泛。同理，由3，4輸入的兩個(gè)不同波長的光，則由1端口共同輸出，從而實(shí)現(xiàn)復(fù)用的作用。從上圖可以看出，單模光纖熔錐型耦合器共有4個(gè)端口，其中1，3端口屬于同一根光纖，2，4端口屬于另一根光纖。由于不同光纖的纖芯十分靠近，因而可以通過錐形區(qū)的消失波耦合達(dá)到所需要的耦合功率。光纖耦合器有兩類，應(yīng)用較廣泛的是熔拉雙錐（簡稱熔錐，F(xiàn)used Coupler）式光纖耦合器。從原理上分析，該器件是雙向可逆的，只要將合波器的輸入端和輸出端反過來使用就是分波器。波分復(fù)用器件是實(shí)現(xiàn)WDM通信系統(tǒng)的最核心器件。全光波長轉(zhuǎn)換技術(shù)和產(chǎn)品還不成熟，一般自發(fā)噪聲大，變換帶寬較窄，還需要進(jìn)一步研究。如同所示。全光波長轉(zhuǎn)換技術(shù)主要有基于半導(dǎo)體光放大器SOA中的交叉增益調(diào)制XCM，交叉相位調(diào)制XPM以及四波混頻技術(shù)FWM形成不同的頻率。O/E/O方式的缺點(diǎn)是采用光電混合轉(zhuǎn)換，連接的透明性差；優(yōu)點(diǎn)是波形質(zhì)量好，技術(shù)比較成熟，便于管理和監(jiān)督。采用不同的外調(diào)制，如鈮酸鋰外調(diào)制和電吸收EA（Electrical Aborsoption）外調(diào)制方式，可以有較大的色散容限，獲得無電再生傳輸幾百公里距離的光信號脈沖。1. O/E/O方式目前的波長轉(zhuǎn)換器基本上均采用O/E/O方式，即在接收端，通過放大、整形電路，；在發(fā)射端。此外，WC還可以解決交叉連接中的波長競爭，有效地進(jìn)行路由選擇，降低網(wǎng)絡(luò)阻塞率，從而提高網(wǎng)絡(luò)的靈活性和可擴(kuò)展性，有利于網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行、管理和控制以及通道的保護(hù)倒換。，不符合具有標(biāo)準(zhǔn)的光波長、。 波長轉(zhuǎn)化器波長轉(zhuǎn)換器WC（Wavelength Converter）是將信息從承載它的一個(gè)波長轉(zhuǎn)到另一個(gè)波長上，用于波長的再分配和在利用。為了保證不同廠商設(shè)備之間的互操作性，國際電信聯(lián)盟ITUT在1988年10月制訂了用于G652/，對信道中心頻率、信道間隔和中心頻率偏移等都有嚴(yán)格的規(guī)定。但在高速數(shù)字信號對激光管直接調(diào)制時(shí)容易產(chǎn)生頻率掃動(dòng)或啁啾，使頻譜加寬，在DWDM系統(tǒng)運(yùn)用不利。自從決定發(fā)展應(yīng)用長波長光纖通信后，它們采用InGaAsP/InP材料已有多年，進(jìn)來又有利用InFaAlAs/Inp，以期獲得更好效果。窄帶發(fā)射激光器至關(guān)重要，它允許細(xì)密的信道間隔，并且最大限度地減少其他信號的影響（如色散）。由于是激光波長與標(biāo)稱波長有偏差，環(huán)境溫度變化會(huì)引起激光器波長變化，激光器本身也有線寬，因而波分復(fù)用中光源的信道帶寬應(yīng)足夠?qū)?，即相鄰光源之間的間隔應(yīng)足夠大，才能避免不同光源之間的串?dāng)_。激光器輸出穩(wěn)定的波長是WDM系統(tǒng)正常工作的前提。 DWDM激光器（光發(fā)射器）在單波長PDH和SDH系統(tǒng)中，由于光電接收器（主要為APD和PINFET）的譜寬很寬，因此，對激光器的波長精度和穩(wěn)定度均沒有太高要求。（4）波長轉(zhuǎn)換技術(shù)，它是解決網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)和兼容的關(guān)鍵技術(shù)。（2）低噪聲、增益平坦的EDFA技術(shù)。WDM技術(shù)對網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)容升級，發(fā)展寬帶新業(yè)務(wù)，充分挖掘和利用光纖帶寬能力，實(shí)現(xiàn)超高速通信等具有十分重要的意義，因此他是提高光纖傳輸容量的最佳技術(shù)。波分復(fù)用技術(shù)的主要缺點(diǎn)是由于WDM的插入損耗減小了系統(tǒng)可用功率，信道間的串?dāng)_也會(huì)惡化接收機(jī)靈敏度，最關(guān)鍵的問題是波分復(fù)用器件的價(jià)格仍太高，這在用戶網(wǎng)應(yīng)用時(shí)是個(gè)很大缺點(diǎn)。在網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)充和發(fā)展中，是理想的擴(kuò)容手段，也是引入寬帶新業(yè)務(wù)（例如CATV,HDTV和BISDN等）的最方便手段。（5）波分復(fù)用通道對數(shù)據(jù)格式是全透明的，即與信號碼速及電調(diào)制方式無關(guān)。（3）由于同一光纖中的不同波長是彼此獨(dú)立的，因而可以傳輸特性完全不同的信號，因而可以利用波分復(fù)用完成各種電信業(yè)務(wù)的綜合和分離，包括數(shù)字信號（例如ISDN和BISDN