【正文】 ? 波長變換技術(shù)的要求： 演講完畢，謝謝觀看！ 。 2. 全光方法： 主要有基于半導(dǎo)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(dǎo)體光放大器或光纖中的四波混頻 (FWM)和不同頻率產(chǎn)生 (DFG)。 ? 優(yōu)點(diǎn)：輸入動(dòng)態(tài)范圍大 ， 不需光濾波器 ， 對輸 入光的偏振不敏感 ， 對信號(hào)具有再生能力 。 WDM光網(wǎng)絡(luò)中使用波長變換技術(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)制所需波長的激光器 ， 實(shí)現(xiàn)波長變換 。 波長變換 (WC)是將信息從承載它的一個(gè)波長上轉(zhuǎn)到另一個(gè)波長 。 2. 在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部，可提高鏈路上現(xiàn)有波長的利用率。 光時(shí)分復(fù)用原理： 圖 45 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)誤碼檢測光帶通濾波器全光開關(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)輸入實(shí)現(xiàn) OTDM 需解決的關(guān)鍵技術(shù)： 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(shù)； 3. 幀同步及路序確定技術(shù)； 4. 光時(shí)鐘提取技術(shù)； 5. 全光解復(fù)用技術(shù) 。 2. 由合路器將各支路光脈沖復(fù)接 ， 完成光時(shí)域上的間插復(fù)用 。 六、光時(shí)分復(fù)用技術(shù) 光時(shí)分復(fù)用 (OTDM)是在光域上進(jìn)行時(shí)間分割復(fù)用 ，有兩種復(fù)用方式：比特間插和信元間插 。 相干光系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)是： 2. 匹配技術(shù)。 1. 使用頻率穩(wěn)定度和頻譜純度很高的激光器作信號(hào)光源和本振光源 。 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 。 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。 最小平均接收光功率 相干檢測中，通常用每比特光子數(shù) 表示靈敏度。 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 。 以 ASK零差檢測為例 ，設(shè)判決信號(hào)為 1 ( ) ( 43 )2a P cI I i??式中 ,Ip=2ρ(PsPL)1/2為信號(hào)光電流， ic為高斯隨機(jī)噪聲。 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(fù)載電阻 ， I為光電流 ， 由式 (31)或式 (32)確定 。異步解調(diào)要求信噪比 (SNR) 高，但異步解調(diào)接收機(jī)設(shè)計(jì)簡單，對信號(hào)光源和本振光源的譜線要求適中。 異步解調(diào)簡化接收機(jī)設(shè)計(jì) ， 技術(shù)上容易實(shí)現(xiàn) 。 2. 外差檢測時(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) 。 1. 零差檢測時(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) 。 傳輸“ 0”碼和傳輸 “ 1”碼時(shí) ， 分別用頻率 f0(=ω0/2π)和f1(=ω1/2π)表示 。 3. 頻移鍵控 (FSK)： 基帶數(shù)字信號(hào)只控制光載波的頻率，稱頻移鍵控 (FSK)。 ? 設(shè)計(jì) PSK只須選擇適當(dāng)?shù)拿}沖電壓 ， 可使相位改變 δφ=π。傳輸 “ 0”時(shí) ， 光載波相位不變 ， 傳輸 “ 1”碼時(shí) ，相位改變 180176。 ? ?( ) c os ( ) ( 35 )s s sE t A t t????? PSK的光場表達(dá)式為 ? PSK中 ， AS保持不變 ， 只對相位進(jìn)行調(diào)制 。 對于二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)調(diào)制 ， 多數(shù)情況 ， “ 0” 碼傳輸 ， 使 AS=0， “ 1”碼傳輸 ， 使 AS=1。 如采用直接光強(qiáng)調(diào)制 ， 幅度變化將引起相位變化 。 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)。 調(diào)制和解調(diào) 相干檢測優(yōu)點(diǎn)：可對光載波實(shí)施幅度 、 頻率或相位調(diào)制 。 ? 零差檢測技術(shù)復(fù)雜，相位變化靈敏， 必須控制相位， 使 φSφL保持不變， ωL和 ωS相等。 中頻信號(hào)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 。 ? ?( ) 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 ( 32)P S LI P P??? 考慮本振光相位鎖定在信號(hào)光相位上 ， 即 φL=φS， ? PL PS， 零差檢測接收光功率可放大幾個(gè)數(shù)量級(jí) 。 ? 零差檢測信號(hào)與直接檢測信號(hào)平均光功率之比為 ? ? 。 圖 39 干涉后的瞬時(shí)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 。 2 ( 29)SLP K E E??光檢測器輸出光功率 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 。 保持信號(hào)光偏振方向不變 ， 控制本振光的偏振方向 ， 使之與信號(hào)光的偏振方向相同 。 圖 38 相干檢測原理方框圖 光檢測器電信號(hào)處理基帶信號(hào)本地光振蕩器混頻器信號(hào)光?S?L式中 , AL、 ωL和 φL分別為本振光的幅度 、 頻率和相位 。 由光檢測器輸出的光電流經(jīng)處理后 ， 以基帶信號(hào)的形式輸出 。 相干光通信 ， 在發(fā)射端對光載波進(jìn)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 。 相干光是兩個(gè)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 。 五、相干光通信技術(shù) 光強(qiáng)調(diào)制 直接檢測 (IMDD)優(yōu)點(diǎn)是調(diào)制和解調(diào)簡單 ，易實(shí)現(xiàn) ， 成本較低 。 光孤子源有摻鉺光纖孤子激光器 、 鎖模半導(dǎo)體激光器等 。在接收端 ， 通過光檢測器和解調(diào)裝置 ， 恢復(fù)光孤子承載的信息 。 被調(diào)制的光孤子流經(jīng)摻鉺光纖放大器和光隔離器后 ， 進(jìn)入光纖傳輸 。 在傳播過程中 ， “ 紫 ”尾逐漸接近 “ 紅 ” 頭 ， 脈沖被壓縮 。 具有正啁啾的光脈沖通過反常色散光纖時(shí) ， 脈沖前部(頭 )頻率低 ， 傳播得慢 ， 而后部 (尾 )頻率高 ， 傳播得快 。 對正常色散光纖，結(jié)論相反。 光脈沖在反常色散光纖中傳輸時(shí)， 由于非線性效應(yīng)產(chǎn)生啁啾被壓縮或展寬。km)－1)? ( ? m)λD為零色散波長 。km－1)″C(?) / (ps 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(shí)， 為群速，為光載波頻率， 為光速； ，比例于一階色散。 20 0 0 0 0 21( , ) ( ) ( ) ( 24)2PP? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?式 (24)略去高次項(xiàng)，但仍描述光脈沖在光纖中傳輸?shù)奶匦?，式中右邊第三?xiàng)和第四項(xiàng)最重要，體現(xiàn)光纖色散和非線性效應(yīng)的影響。表示非線性效應(yīng)對光脈稱為非線性長度。為群速度，即脈沖包絡(luò)，式中,|1|0022039。處有峰值，頻譜較窄，）的頻譜在，（設(shè)已調(diào)波 0?? ?tzrE02( , ) ( ) ( 23 )e ffPp n n nc c A???? ? ? ?群速度和頻率的關(guān)系。 β是折射率和光功率的函數(shù)。 tt??? )(?tn?t??圖 34 脈沖的光強(qiáng)頻率調(diào)制 － 15 － 10 － 5 0 5 10－ 15 － 10 － 5 0 5 10－ 250250 . 00 . 51 . 0時(shí)間 / p s時(shí)間 / p s頻率 / cm－1光強(qiáng)設(shè)光纖無損耗 ， 光纖中傳輸?shù)囊颜{(diào)波為線性偏振模式 ，場可表示為 ? ?00( , , ) ( ) ( , ) e xp ( ) ( 22 )E r z t R r U z t i t z??? ? ?式中， R(r)為徑向本征函數(shù)， U(z,t)為脈沖的調(diào)制包絡(luò)函數(shù) ,ω0為光載波頻率， β0為調(diào)制頻率 ω=ω0時(shí)的傳輸常數(shù)。 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 。很?。ǖ傉凵渎首兓?，場較大為稱克爾系數(shù)。 強(qiáng)光作用下，光纖折射率 n可表示為 2( ) ( ) ( ) ( 20)wLt n t L n tc??? ? ? ? ? ? 引起相位變化為光強(qiáng)感應(yīng)的折射率變化的光纖中傳輸，的光脈沖在長度光強(qiáng)為設(shè)波長為,)()( 222tEntnLE???光纖折射率 n隨光強(qiáng) |E|2變化特性 ， 稱克爾效應(yīng) 。 利用光孤子作載體的通信稱光孤子通信 。 在低功率條件下成立 ， 但在高功率條件下 ， 折射率 n隨光強(qiáng)變化 ， 稱非線性效應(yīng) 。 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(jí) )。 波長變換法 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 ， 空分交換器輸出須加波長變換器 ， 后進(jìn)行波分復(fù)接 。 基本原理： 2. 所有 N路輸入的波長為 λi(i=1,2,…,W)的信號(hào)送到 λi空分交換器 ， 進(jìn)行同一波長 N路 (空分 )信號(hào)的交叉連接 ，如何交叉連接由控制器決定 。 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)波長不同的信號(hào) 。 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 。 時(shí)分復(fù)用：把時(shí)間劃分成幀 ， 每幀劃分成 N個(gè)時(shí)隙分配給 N路信號(hào) ， 再把 N路信號(hào)復(fù)接到一條光纖上 。 時(shí)隙互換：把時(shí)分復(fù)用幀中各個(gè)時(shí)隙的信號(hào)互換位置 。 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 ， 通過電壓控制 ， 可實(shí)現(xiàn)平行連接和交叉連接 。 典型光開關(guān)是用鈦擴(kuò)散在鈮酸鋰 (Ti:LiNbO3)晶片上形成兩條相距很近的光波導(dǎo)構(gòu)成 ， 通過對電壓的控制改變輸出通路 。 空分光交換的核心器件是光開關(guān) 。 (b) 同時(shí)交換波長 λ1和 λ4 A O TF?1, ?21 1?1, ?22 2?1, ?22 1?1,