【正文】 BA?1?n1n光纖光監(jiān)控信道接收/ 發(fā)送LA光纖接收 1光分波器接收 nPA?1?n1n光監(jiān)控信道發(fā)送器?s?s ? s ?s光監(jiān)控信道接收器?網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)光中繼放大 光接收機光發(fā)射機將 EDFA用作 “ 線放 (LA： Line Amplifier)”, “功放 (BA)”和“ 前放 (PA： Preamplifier)”。 (7) 偏振相關(guān)損耗 。 (6) 信道寬度 。 反射系數(shù)是指在 WDM器件的給定端口的反射光功率 Pr與入射光功率 Pj之比 ， 即 R=10 () (5) 工作波長范圍 。 回波損耗是指從無源器件的輸入端口返回的光功率與輸入光功率的比 ， 即 RL=10 () 其中 Pj為發(fā)送進(jìn)輸入端口的光功率 ， Pr為從同一個輸入端口接收到的返回光功率 。 對于解復(fù)用器 )(lg10 dBppCiijij ?? 其中 Pi是波長為 λi的光信號的輸入光功率 ， Pij是波長為 λi的光信號串入到波長為 λj信道的光功率 。 (2) 串?dāng)_抑制度 。 (1) 插入損耗 。 另外 ， 通過在中間設(shè)置光分插復(fù)用器 (OADM)或光交叉連接器 (OXC)， 可使各波長光信號進(jìn)行合流與分流 ，實現(xiàn)波長的上下路 (Add/Drop)和路由分配 ， 這樣就可以根據(jù)光纖通信線路和光網(wǎng)的業(yè)務(wù)量分布情況 ， 合理地安排插入或分出信號 。 光發(fā)射機?光發(fā)射機光接收機光接收機?1n?1?n?1… ?n1n光接收機?光接收機復(fù)用/ 解復(fù)用器光纖放大器光發(fā)射機光發(fā)射機?1 ′n ′?n ＋ 1… ?2 n1 ′n ′復(fù)用/ 解復(fù)用器?n ＋ 1?2 n 雙向 WDM系統(tǒng)在設(shè)計和應(yīng)用時必須要考慮幾個關(guān)鍵的系統(tǒng)因素 ， 如為了抑制多通道干擾 (MPI)， 必須注意到光反射的影響 、 雙向通路之間的隔離 、 串?dāng)_的類型和數(shù)值 、 兩個方向傳輸?shù)墓β孰娖街岛拖嗷ラg的依賴性 、 光監(jiān)控信道 (OSC)傳輸和自動功率關(guān)斷等問題 ， 同時要使用雙向光纖放大器 。 雙向 WDM傳輸是指光通路在一根光纖上同時向兩個不同的方向傳輸 。 反方向通過另一根光纖傳輸?shù)脑砼c此相同 。 由于各信號是通過不同光波長攜帶的 ， 因而彼此之間不會混淆 。 單向 WDM傳輸是指所有光通路同時在一根光纖上沿同一方向傳送 。 因此復(fù)用器和解復(fù)用器是相同的 (除非有特殊的要求 )。 反之 ， 經(jīng)同一傳輸光纖送來的多波長信號分解為各個波長分別輸出的器件稱為 解復(fù)用器 (也叫分波器 )。 圖 中心波長在 μm和 μm的硅光纖低損耗傳輸窗口 (插圖表示 μm傳輸窗口的多信道復(fù)用 ) 80001 . 02 . 03 . 04 . 01000 1200 1400 1600 1800載波頻率信道間隔1 ~ 1 0 G H z波長 / n m衰減 / (dB 1. WDM的概念 光波分復(fù)用 (WDM ： Wavelength Division Multiplexing)技術(shù)是在一根光纖中同時傳輸多個波長光信號的一項技術(shù) 。 在光纖通信系統(tǒng)中除了大家熟知的時分復(fù)用 (TDM)技術(shù)外 ， 還出現(xiàn)了其他的復(fù)用技術(shù) ， 例如光時分復(fù)用 (OTDM)、 光波分復(fù)用 (WDM)、 光頻分復(fù)用(OFDM)以及副載波復(fù)用 (SCM)技術(shù) 。 用于多信道傳輸時 ， 隔離度大 ， 無串?dāng)_ ， 適用于波分復(fù)用系統(tǒng) 。 增益特性與光偏振狀態(tài)無關(guān) 。 (2) 增益高 ， 約為 30～ 40 dB。 圖 摻鉺光纖放大器增益 、 噪聲指數(shù)和輸出光功率與輸 入光功率的關(guān)系曲線 － 1 0 . 0－ 40－ 5 . 00 . 05 . 01 0 . 01 5 . 02 0 . 02 5 . 03 0 . 03 5 . 0－ 35 － 30 － 25 － 20 － 15 － 10 － 5 0IIIII I I噪聲指數(shù) / d B輸 出 光 功率 / d B m增益 / d B輸 入 光 功率 / d B m增益 / dB EDFA有許多優(yōu)點 ， 并已得到廣泛應(yīng)用 。 對泵浦光源的基本要求是大功率和長壽命 。 摻鉺光纖放大器 EDFA 圖 (a) 硅光纖中鉺離子的能級圖； (b) EDFA的吸收和增益頻譜 圖 (a) 輸出信號光功率與泵浦光功率的關(guān)系； (b) 小信號增益與泵浦光功率的關(guān)系 摻鉺光纖放大器的構(gòu)成和特性 圖 (a) 光纖放大器構(gòu)成原理圖； (b) 實用光纖放大器外形圖及其構(gòu)成方框圖 波長為 980 nm的泵浦光轉(zhuǎn)換效率更高 ， 達(dá) 10 dB/mW， 而且噪聲較低 ， 是未來發(fā)展的方向 。 光纖放大器實際上是把工作物質(zhì)制作成光纖形狀的固體激光器 ， 所以也稱為光纖激光器 。 半導(dǎo)體光放大器的優(yōu)點是小型化 ， 容易與其他半導(dǎo)體器件集成； 缺點是性能與光偏振方向有關(guān) ， 器件與光纖的耦合損耗大 。 本章主要介紹一些已經(jīng)實用化或者有重要應(yīng)用前景的新技術(shù) ， 如光放大技術(shù) ， 光波分復(fù)用技術(shù) ， 光交換技術(shù) ， 光孤子通信 ， 相干光通信 ， 光時分復(fù)用技術(shù)和波長變換技術(shù)等 。 光纖放大器 光波分復(fù)用技術(shù) 光交換技術(shù) 光孤子通信 相干光通信技術(shù) 光時分復(fù)用技術(shù) 波長變換技術(shù) 第 7 章 光纖通信新技術(shù) 返回主目錄 第 7章 光纖通信新技術(shù) 光纖通信發(fā)展的目標(biāo)是提高通信能力和通信質(zhì)量 ，降低價格 ， 滿足社會需要 。 進(jìn)入 20世紀(jì) 90年代以后 ，光纖通信成為一個發(fā)展迅速 、 技術(shù)更新快 、 新技術(shù)不斷涌現(xiàn)的領(lǐng)域 。 光 纖 放 大 光放大器有半導(dǎo)體光放大器和光纖放大器兩種類型 。光纖放大器的性能與光偏振方向無關(guān) ， 器件與光纖的耦合損耗很小 ， 因而得到廣泛應(yīng)用 。 20世紀(jì) 80年代末期 ， 波長為 μm的摻鉺 (Er)光纖放大器(EDFA： Erbium Doped Fiber Amplifier)研制成功并投入實用 ， 把光纖通信技術(shù)水平推向一個新高度 ， 成為光纖通信發(fā)展史上一個重要的里程碑 。 摻鉺光纖 (EDF)和高功率泵浦光源是關(guān)鍵器件 ， 把泵浦光與信號光耦合在一起的波分復(fù)用器和置于兩端防止光反射的光隔離器也是不可缺少的 。 波長為 1480 μm的 InGaAsP多量子阱 (MQW)激光器 ， 輸出光功率高達(dá)100 mW, 泵浦光轉(zhuǎn)換為信號光效率在 6 dB/mW以上 。 EDFA (1)工作波長正好落在光纖通信最佳波段 (1500～ 1600 nm)； 其主體是一段光纖 (EDF)， 與傳輸光纖的耦合損耗很小 ， 可達(dá) dB。 飽和輸出光功率大 ， 約為10～ 15 dBm。 (3) 噪聲指數(shù)小 ， 一般為 4～ 7 dB。 (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 ， 有利于增加傳輸容量 。 本節(jié)主要講述WDM技術(shù) 。 其基本原理是 在發(fā)送端將不同波長的光信號組合起來 (復(fù)用 )， 并耦合到光纜線路上的同一根光纖中進(jìn)行傳輸 ， 在接收端又將組合波長的光信號分開 (解復(fù)用 )， 并作進(jìn)一步處理 ， 恢復(fù)出原信號后送入不同的終端 ， 因此將此項技術(shù)稱為光波長分割復(fù)用 ， 簡稱光波分復(fù)用技術(shù) 。km－1)… 1500 1700 nm 1300 S pa c i ngCha nn e lCh/Bi t ra t eBWT ot a lBi t ra t eT ot a l ???2. WDM 光波分復(fù)用器和解復(fù)用器是 WDM技術(shù)中的關(guān)鍵部件 ， 將不同波長的信號結(jié)合在一起經(jīng)一根光纖輸出的器件稱為復(fù) 用器 (也叫合波器 )。 從原理上講 ， 這種器件是互易的 (雙向可逆 )， 即只要將解復(fù)用器的輸出端和輸入端反過來使用 ， 就是復(fù)用器 。 WDM系統(tǒng)的基本構(gòu)成主要有以下兩種形式： 光發(fā)射機?光發(fā)射機復(fù)用器 光纖放大器 解復(fù)用器光接收機光接收機?1n?1?n?1… ?n1n光接收機?光接收機解復(fù)用器 光纖放大器 復(fù)用器光發(fā)射機光發(fā)射機?1′n ′?1… ?n?1?n1′n ′(1) 雙纖單向傳輸 。 如圖 ， 在發(fā)送端將載有各種信息的 、 具有不同波長的已調(diào)光信號 λ1,λ2,…,λn通過光復(fù)用器組合在一起 ， 并在一根光纖中單向傳輸 。 在接收端通過光解復(fù)用器將不同波長的信號分開 ， 完成多路光信號傳輸?shù)娜蝿?wù) 。 (2) 單纖雙向傳輸 。 如圖 ， 所用波長相互分開 ， 以實現(xiàn)雙向全雙工的通信 。 所以雙向 WDM系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用相對說來要求較高 ， 但與單向WDM系統(tǒng)相比 ， 雙向 WDM系統(tǒng)可以減少使用光纖和線路放大器的數(shù)量 。 3. 光波分復(fù)用器的性能參數(shù) 光波分復(fù)用器是波分復(fù)用系統(tǒng)的重要組成部分 ， 為了確保波分復(fù)用系統(tǒng)的性能 ， 對波分復(fù)用器的基本要求是：插入損耗小 ， 隔離度大 ， 帶內(nèi)平坦 ， 帶外插入損耗變化陡峭 ， 溫度穩(wěn)定性好 ， 復(fù)用通路數(shù)多 ， 尺寸小等 。 插入損耗是指由于增加光波分復(fù)用器 /解復(fù)用器而產(chǎn)生的附加損耗 ， 定義為該無源器件的輸入和輸出端口之間的光功率之比 ， 即 α=10 lg 01PP 其中 P0為發(fā)送進(jìn)輸入端口的光功率； P0為從輸出端口接收到的光功率。 串?dāng)_是指其他信道的信號耦合進(jìn)某一信道 ， 并使該信道傳輸質(zhì)量下降的影響程度 ， 有時也可用隔離度來表示這一程度 。 (3) 回波損耗 。 )(lg dBppiij (4) 反射系數(shù) 。 工作波長范圍是指 WDM器件能夠按照規(guī)定的性能要求工作的波長范圍 (λmin到 λmax)。 信道寬度是指各光源之間為避免串?dāng)_應(yīng)具有的波長間隔 。 偏振相關(guān)損耗 (PDL: Polarizationdependent Loss)是指由于偏振態(tài)的變化所造成的插入損耗的最大變化值 。 1. 充分利用光纖的巨大帶寬資源 光纖具有巨大的帶寬資源 (低損耗波段 )， WDM技術(shù)使一根光纖的傳輸容量比單波長傳輸增加幾倍至幾十倍甚至幾百倍 ， 從而增加光纖的傳輸容量 ， 降低成本 ， 具有很大的應(yīng)用價值和經(jīng)濟價值 。 3. 采用 WDM技術(shù)可使 N個波長復(fù)用起來在單根光纖中傳輸 ，也可實現(xiàn)單根光纖雙向傳輸 ， 在長途大容量傳輸時可以節(jié)約大量光纖 。 4. 隨著傳輸速率的不斷提高 ， 許多光電器件的響應(yīng)速度已明顯不足 ， 使用 WDM技術(shù)可降低對一些器件在性能上的極高要求 ， 同時又可實現(xiàn)大容量傳輸 。 可以利用 WDM技術(shù)選擇路由 ， 實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)交換和故障恢復(fù) ， 從而實現(xiàn)未來的透明 、 靈活 、 經(jīng)濟且具有高度生存性的光網(wǎng)絡(luò) 。 在這一部分我們將介紹各種各樣的波長選擇技術(shù) ， 即光濾波技術(shù) 。 光濾波器? 1 , ? 2 , ? 3 , ? 4? 2 , ? 3 , ? 4? 1( a )波分復(fù)用器( b )? 1? 2? 3? 4? 1 , ? 2 , ? 3 , ? 4波長路由器? 1 , ? 2 , ? 3 ,