【正文】 混頻效應(yīng)的基礎(chǔ)上盡量減小光纖工作波段上的色散，以適應(yīng)單信道速率的不斷提高。光纖的非線性效應(yīng)主要與光功率密度、信道間隔和光纖的色散等因素密切相關(guān)；光功率密度越大、信道間隔越小，光纖的非線性效應(yīng)就越嚴(yán)重；色散與各種非線性效應(yīng)之 18 間的關(guān)系比較復(fù)雜，其中四波混頻隨色散接近零 而顯著增加。通常光網(wǎng)絡(luò)中需要采用 4～ 6 個(gè)能在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行調(diào)諧的激光器，但目前這種可調(diào)諧激光器還無(wú)法進(jìn)入商用。 3．光器件 一些重要光器件的不成熟將直接限制未來(lái)光傳輸網(wǎng)的發(fā)展，如可調(diào)諧激光器等。 2．互連互通 由于 WDM 是一項(xiàng)新生的技術(shù)，其行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制定較粗，因此不同商家的 WDM 產(chǎn)品互通性較差，特別是在上層的網(wǎng)絡(luò)管理方面。但到目前為止，相關(guān)的運(yùn)行維護(hù)軟件仍不成熟；在性能管理方面， WDM 系統(tǒng)使用模擬方式復(fù)用及放大光信號(hào)，因此常用的比 特誤碼率并不適用于衡量 WDM 的業(yè)務(wù)質(zhì)量，必須尋找一個(gè)新的參數(shù)來(lái)準(zhǔn)確衡量網(wǎng)絡(luò)向用戶提供的服務(wù)質(zhì)量等。如果 WDM 系統(tǒng)不能進(jìn)行有效的網(wǎng)絡(luò)管理，將很難在網(wǎng)絡(luò)中大規(guī)模采用。 波分復(fù)用技術(shù)目前存在的問(wèn)題 以 WDM 技術(shù)為基礎(chǔ)的具有分插復(fù)用功能和交叉連接功能的光傳輸網(wǎng)具有易于重構(gòu)、良好的擴(kuò)展性等巨大優(yōu)勢(shì)，已成為未來(lái)高速傳輸網(wǎng)的發(fā)展方向，但在真正實(shí)現(xiàn)之前，還必須解決下列問(wèn)題。 (2) 對(duì)各類(lèi)業(yè)務(wù)信 號(hào) “ 透明 ” ，可以傳輸不同類(lèi)型的信號(hào)，如數(shù)字信號(hào)、模擬信號(hào)等，并能對(duì)其 (3) 網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容時(shí)不需要敷設(shè)更多的光纖，也不需要使用高速的網(wǎng)絡(luò)部件，只需要換端機(jī)和增加一個(gè)附加光波長(zhǎng)就可以引入任意新業(yè)務(wù)或擴(kuò)充容量，因此 WDM 技術(shù)是理想的擴(kuò)容手段。對(duì)單波長(zhǎng)光纖系統(tǒng)而言，收發(fā)一個(gè)信號(hào)需要使用一對(duì)光纖，而對(duì)于 WDM 系統(tǒng)，不管有多少個(gè)信號(hào)，整個(gè)復(fù)用系統(tǒng)只需要一對(duì)光纖。在鏈路的接收端，利用解復(fù)用器將分解后的波長(zhǎng)分別送到不同的光纖，接到不同的接收機(jī)。 CWDM 避開(kāi)了這一難點(diǎn)，因而大幅降低了成本，整個(gè) CWDM 系統(tǒng)成本只有 DWDM 的 30%。冷卻激光采用溫度調(diào)諧，非冷卻激光采用電子調(diào)諧。 CWDM 的信道間隔為 20nm，而 DWDM 的信道間隔從 到 ，所以相對(duì)于 DWDM， CWDM 稱(chēng)為稀疏波分復(fù)用技術(shù)。 通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)不同，每個(gè)波長(zhǎng)之間的間隔寬度也有不同。 16 波分復(fù)用技術(shù)的概念 波分復(fù)用 (WDM)是將兩種或多種不同波長(zhǎng)的光載波信號(hào) (攜帶各種信息 )在發(fā)送端經(jīng)復(fù)用器 (亦稱(chēng)合 波器， Multiplexer)匯合在一起，并耦合到光線路的同一根光纖中進(jìn)行傳輸?shù)募夹g(shù)； 在接收端，經(jīng)解復(fù)用器 (亦稱(chēng)分波器或稱(chēng)去復(fù)用器， Demultiplexer)將各種波長(zhǎng)的光載波分離，然后由光接收機(jī)作進(jìn)一步處理以恢復(fù)原信號(hào)。人們?cè)谝环N技術(shù)進(jìn)行迅速的時(shí)候很少去關(guān)注另外的技術(shù)。 WDM 能充分利用光纖的帶寬，解決通信網(wǎng)絡(luò)傳輸能力不足的問(wèn)題，具有廣闊的發(fā)展前景。第三種方案是波分復(fù)用（ WDM）技術(shù) 。但這不僅受到許多物理?xiàng)l件的限制，也 不能有效利用光纖帶寬。 面對(duì)市場(chǎng)需求的增長(zhǎng)，現(xiàn)有通信網(wǎng)絡(luò)的傳輸能力的不足的問(wèn)題，需要從多種可供選擇的方案中找出低成本的解決方法。特別是后者，它的增長(zhǎng)將直接需要系統(tǒng)的帶寬以數(shù)量級(jí)形式增長(zhǎng)。 波分復(fù)用技術(shù)（ WDM） 隨著全球互聯(lián) 網(wǎng)（ Inter）的迅猛發(fā)展，以因特網(wǎng)技術(shù)為主導(dǎo)的數(shù)據(jù)通信在通信業(yè)務(wù)總量中的比列迅速上升，因特網(wǎng)業(yè)務(wù)已成 為多媒體通信業(yè)中發(fā)展最為迅速、競(jìng)爭(zhēng)最為激烈的領(lǐng)域。如波分復(fù)用、頻分復(fù)用、時(shí)分復(fù)用、 空分復(fù)用 、 副載波復(fù)用、碼分復(fù)用等。 15 第三章 光復(fù)用技術(shù) 光纖 最重要的一個(gè)特點(diǎn)是容量大，可以傳送高速率的數(shù)字信號(hào)。因此，光傳輸系統(tǒng)對(duì)拉曼放大器附近的光纖連接頭與光纖镕接點(diǎn)的質(zhì)量有很 高的要求，以盡量減少反射與損耗對(duì)拉曼增益機(jī)制的副作用。針對(duì)目前傳輸線路上鋪設(shè)的 G652 單模光纖所存在的色散較大的問(wèn)題，可以將 DCF 光纖作為 G652 光纖的色散補(bǔ)償和色散斜率補(bǔ)償部分，組成補(bǔ)償型 FRA。 目前 所面臨的問(wèn)題 在深入研究 FRA 的過(guò)程中，泵浦源的選擇與配置、噪聲的控制等都是急待解決的問(wèn)題。其增益譜線由于疊加在 1535（ EDFA 產(chǎn)生）、 1560（疊加產(chǎn)生）和 1600nm（拉曼放大產(chǎn)生）附近出現(xiàn) 3 個(gè)增益峰值，大小為 ~2dB 而在 1540 和 1560 附近出現(xiàn)兩個(gè) 0dB 左右的谷底。但拉曼放大器的增益較低（實(shí)際線路中使用時(shí)不超過(guò) 16dB），而 EDFA 雖然噪聲指數(shù)上不如拉曼放大器，但小信號(hào)增益可以超過(guò) 30dB，因此將拉曼放大器與 EDFA 結(jié)合起來(lái)的混合放大器是一種理想的應(yīng)用形式。采用碲基光纖，其拉曼增益系數(shù) 比石英光纖高 16倍，峰值達(dá)到 55W/km。 2．分立式拉曼光纖放大器（ DRA） 分立式拉曼放大器采用的放大介質(zhì)通常是色散補(bǔ)償光纖或高非線性光纖，比如 DCF 光纖或者碲基光纖。分布式拉曼放大器傳輸光纖本身就是增益介質(zhì)，信號(hào)在光纖中傳輸?shù)耐瑫r(shí)得到放大，使得拉曼放大器的等效噪聲指數(shù)為負(fù)。泵浦激光器的波長(zhǎng)比信號(hào)光短約 100nm。 拉曼光纖放大器相對(duì)于摻鉺光纖放大器有明顯不 同： （ 1）理論上只要有合適的拉曼泵浦源，就可以對(duì)光纖窗口內(nèi)任一波長(zhǎng)的信號(hào)進(jìn)行放大，因此它具有很寬的增益譜； （ 2）可以利用傳輸光纖本身作增益介質(zhì)，此特點(diǎn)使光纖拉曼放大器可以對(duì)光信號(hào)的放大構(gòu)成分布式放大，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離的無(wú)中繼傳輸和遠(yuǎn)程泵浦，尤其適用于海底光纜通訊等不方便建立中繼站的場(chǎng)合； （ 3）可以通過(guò)調(diào)整各個(gè)泵浦的功率來(lái)動(dòng)態(tài)調(diào)整信號(hào)增益平坦度； （ 4）具有較低的等效噪聲指數(shù)，此特點(diǎn)使其與常規(guī)的摻鉺光纖放大器混合使用時(shí)可大大降低系統(tǒng)噪聲指數(shù)。斯托克斯頻移 Vr=VpVs 由分子振動(dòng)能級(jí)決定，其值決定了 SRS 的頻率范圍，其中 Vp是泵浦光的頻率， Vs 是信號(hào)光的頻率。 光纖拉曼放大器的工作原理是基于石英光纖中的受激拉曼散射效應(yīng)，在形式上表現(xiàn)為處于泵浦光的拉曼增益帶寬內(nèi)的弱信號(hào)與強(qiáng)泵浦光波同時(shí)在光纖中傳輸，從而使弱信號(hào)光即得到放大。光纖拉曼放大器與新型大有效面積傳輸光纖、高光譜效率調(diào)制碼型和向前糾錯(cuò)技術(shù) 被稱(chēng)為現(xiàn)代大容量、長(zhǎng)距離光纖傳輸?shù)乃拇箨P(guān)鍵技術(shù)。而相對(duì)于摻鉺光纖放大器，光纖拉曼放大器具有更大的增益帶寬、靈活的增益譜區(qū)、溫度穩(wěn)定性好以及放大器自發(fā)輻射噪聲低等優(yōu)點(diǎn)，光纖拉曼放大器是唯一能在 1292～ 1660nm 的光譜上進(jìn)行放大的器件。密集波分復(fù)用（ DWDM）通信系統(tǒng)的速率和帶寬不斷提升，以 10Gbit/s 甚至更高速率 為基礎(chǔ)的密集波分復(fù)用系統(tǒng)必然成為主流的光傳輸系統(tǒng)。 （ 3）后置放大器（ BA）。 （ 1）中繼放大器（ LA）。已經(jīng)介紹過(guò)的副載波 CATV 系統(tǒng)， WDM 或 OFDM 系統(tǒng)，相干光系統(tǒng)以及光孤子通信系統(tǒng)，都應(yīng)用了 EDFA，并大幅度增加了傳輸距離。 (4) 頻帶寬，在 1550 nm 窗口，頻帶寬度為 20～ 40 nm，可進(jìn)行多信道傳輸，有利于 如果加上 1310 nm 摻鐠光纖放大器 (PDFA)，頻帶可以增加一倍。 (3) 噪聲指數(shù)小，一 般為 4～ 7 dB。 飽和輸出光功率大，約為 10～ 15 dBm。摻鉺光纖越長(zhǎng)，飽和度越深。在泵浦光功率一定的條件下，當(dāng)輸入信號(hào)光功率較小時(shí)，放大器增益不隨輸入信號(hào)光功率而變化，基本上保持不變。熔拉雙錐光纖耦合器型和干涉濾波型波分復(fù)用器最適用。波長(zhǎng)為 980 nm 的泵浦光轉(zhuǎn)換效率更高，達(dá) 10 dB/mW，而且噪聲較低，是未來(lái)發(fā)展的方向。 （ 1）對(duì)泵浦光源的基本要求是大功率和長(zhǎng)壽命。光功率為 10~100mW，工作波長(zhǎng)為 μm 。 （ 3）摻珥光纖：長(zhǎng)約 10~100m， Er 3+濃度約為 25mg/kg。 圖 （ b）是小信號(hào)條件下增益和泵浦光功率的關(guān)系，當(dāng) 泵浦光功率小于 6mW 時(shí)，增益線性增加，增益系數(shù)為 圖 輸出信號(hào)光功率和增益與輸入泵浦光功率的關(guān)系 圖 (a) （ 1）光隔離器：防止反射光影響光放大器的工作穩(wěn)定性。 圖 (a)示出輸出信號(hào)光功率和輸入泵浦光功率的關(guān)系， 由圖可見(jiàn)，泵浦光功率轉(zhuǎn)換為信號(hào)光功率的效率很高，達(dá)到 %。為提高放大器增益， 應(yīng)提高對(duì)泵浦光的吸收， 使基態(tài) Er3+盡可能躍遷到激發(fā)態(tài)，圖 2. 1(b)示出 EDFA 增益和吸收頻譜。 8 （ 3）如果 輸入的信號(hào)光的光子能量等于能級(jí) 2 和能級(jí) 1的能量差，則處于能級(jí) 2 的Er3+將躍遷到基態(tài) (2→1) ，產(chǎn)生受激輻射光，因而信號(hào)光得到放大。 圖 EDFA 工作原理及增益和吸收頻譜 （ 1）當(dāng)泵浦 (Pump, 抽運(yùn) )光的光子能量等于能級(jí) 3 和能級(jí) 1 的能量差時(shí)，鉺離子吸收泵浦光從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài) (1→3) 。 摻鉺光纖放大器 20 世紀(jì) 80 年代末期，波長(zhǎng)為 μm 的摻鉺 (Er)光纖放大器 (EDFA： Erbium Doped Fiber Amplifier)研制成功并投入實(shí)用，把光纖通信技術(shù)水平推向一個(gè)新 高度，成為光纖通信發(fā)展史上一個(gè)重要的里程碑。光纖放大器實(shí)際上是把工作物質(zhì)制作成光纖形狀的固體激光器，所以也稱(chēng)為光纖激光器。半導(dǎo)體放大器的優(yōu)點(diǎn)是體積小 ，容易與其他半導(dǎo)體器件集成；缺點(diǎn)是性能與光偏振方向有關(guān)，器件與光纖的耦合損耗大。為此，網(wǎng)絡(luò)需要更高的速度則應(yīng)采用光交換與光傳輸相結(jié)合的全光通信。在目前的光纖系統(tǒng)中，影響系統(tǒng)容量提高的關(guān)鍵因素是電子器件速率的限制，如電子交換速率大概為每秒幾百兆位，而只在大規(guī)模圖像傳輸研究領(lǐng)域達(dá) Tbit／ s 的速率。而且，在全光通信中，大多采用無(wú)源光學(xué)器件，從而降低了成本和功耗。現(xiàn)在采用光傳輸技術(shù)是歷史的螺旋上升，光網(wǎng)絡(luò)是下一步必然的發(fā)展對(duì)象 （ 2）降低成本。 全光通信與傳統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)有的光纖通信系統(tǒng)相比，具有其獨(dú)具的特點(diǎn)： 6 （ 1）全光通信是歷史發(fā)展的必然。那么整個(gè)光纖通信網(wǎng)任一用戶地點(diǎn)應(yīng)該 可以設(shè)法做到與任一其它用戶地點(diǎn)實(shí)現(xiàn)全光傳輸，這樣就組成全光傳送網(wǎng)；其次在完成上述用戶間全程光傳送網(wǎng)后，有不少的 信號(hào)處理 、 儲(chǔ)存 、交換，以及多路復(fù)用 /分接、進(jìn)網(wǎng) /出網(wǎng)等功能 都要由電子技術(shù)轉(zhuǎn)變成光子技術(shù)完成，整個(gè)通信網(wǎng)將由光實(shí)現(xiàn)傳輸以外的許多重要功能，完成端到端的光傳輸、交換和 處理 等，這就形成了全光通信發(fā)展的第二階段，將是更完整的全光通信。 全光通信的實(shí)現(xiàn)，可以分為兩個(gè) 階段 來(lái)完成：首先是在點(diǎn) 點(diǎn)光纖傳輸系統(tǒng)中，整條線路 中間不需要作任何光 /電和電 /光的轉(zhuǎn)換，這樣，網(wǎng)內(nèi)光信號(hào)的流動(dòng)就沒(méi)有光電轉(zhuǎn)換的障礙，信息傳遞過(guò)程無(wú)需面對(duì)電子器件速率難以提高的困難。如何把電子器 件“請(qǐng)出去”，實(shí)現(xiàn)完全由光學(xué)器件組成的“全光通信”，成了通信專(zhuān)家?jiàn)^斗的目標(biāo)。在這種系統(tǒng)中，一方面由于光電信號(hào)反復(fù)轉(zhuǎn)換，難免混進(jìn)雜音，影響信息傳輸質(zhì)量；另一方面特別是光纖傳輸系統(tǒng)速率的提高也帶來(lái)了一個(gè)新的問(wèn)題，在這種高速傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)中，如果網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)處仍以電信號(hào)處理信息的速度進(jìn)行交換，就會(huì)受到所謂“電子瓶頸” 的限制，節(jié)點(diǎn)將變得龐大而復(fù)雜，超高速傳輸所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益將被昂貴的光 / 電和電 /光轉(zhuǎn)換費(fèi)用所抵消。 迄今為止，光通信系統(tǒng)都是由光源、光端機(jī)、光纜和大量電子器件組成的混合系統(tǒng)，即“光電系統(tǒng)”或“半光系統(tǒng)”。s needs for , people put forward the concept of All Optical Communication. In the first chapter,it introduces the concept and the advantages of the optical, In the second chapter(Optical Amplification technology),it focuses on two kinds of optical amplifiers, the principle of the advantages and application, and indepth study of the FRA, In the third chapter (OM) it introduce three multiplexing technique, and intensive study wavelengths channel multiplexing technique (DWDM), In the fourth chapter it briefly introduces the three optical switching technology, In the fifth chapter it introduces the cross technology, and focuses on practical oxc structure design. Keywords: All Optical Communication Optical Amplification OM Optical Cross—connector 5 第一章 緒論 光纖通信最大的優(yōu)勢(shì)是傳輸速率高、傳輸帶寬寬。 關(guān)鍵詞： 全光通信 光放大 光復(fù)用 光交叉 4 Abstract Due to the explosive growth of information, people39。目前，有限的帶寬還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的對(duì)信道容量的需求，為了避免帶寬“枯竭”，