【正文】 (廣泛使用，因此可用 WDM代指密集波分復(fù)用 ) 第 7章 光纖通信新技術(shù) WDM 的實(shí)現(xiàn)方式 國(guó)際上高速光纖通信的發(fā)展趨勢(shì)是： EDFA+DWDM+NZDSF+PIC EDFA：對(duì)光信號(hào)進(jìn)行放大，工作頻段在 1550nm的窗口附近， 與 DWDM的工作窗口相匹配。 第 7章 光纖通信新技術(shù) 六、 副載波復(fù)用（ SCM—subcarrier multiplexing） 將多個(gè)低頻的模擬基帶信號(hào)用不同射頻信號(hào)去調(diào)制， 然后混頻后再驅(qū)動(dòng)光源，以光的形式發(fā)送出去。 。 第 7章 光纖通信新技術(shù) 四、波分復(fù)用（ WDM） 在同一個(gè)光纖同時(shí)傳輸多個(gè)波長(zhǎng)的光信號(hào)的復(fù)用方式。在發(fā)送端，對(duì)要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)該地址碼進(jìn)行光正交編碼，然后實(shí)現(xiàn)信道復(fù)用；在接收端，用與發(fā)端相同的地址碼進(jìn)行光正交解碼。但對(duì)光器件的要求太高。 地下管道 單根光纖 空間光信道 第 7章 光纖通信新技術(shù) 二、光時(shí)分復(fù)用（ OTDM） 用多個(gè)電信道信號(hào)調(diào)制具有同一個(gè)光頻的不同光時(shí)隙， 經(jīng)復(fù)用后在同一根光纖傳輸。 在一根光纖中實(shí)現(xiàn)空分復(fù)用，即對(duì)于光纖的 纖芯區(qū)域光束的空間分割。第 7章 光纖通信新技術(shù) 第 7章 光纖通信新技術(shù) 光放大技術(shù) 光波分復(fù)用和時(shí)分復(fù)用技術(shù) 光交換技術(shù) 光孤子通信技術(shù) 相干光通信技術(shù) 波長(zhǎng)變換技術(shù) 第 7章 光纖通信新技術(shù) WDM技術(shù) 第 7章 光纖通信新技術(shù) 第一節(jié)、多信道復(fù)用技術(shù) 光纖通信最大的特點(diǎn)是高的帶寬，可以通過(guò) 以下幾種方式實(shí)現(xiàn)光信號(hào)的復(fù)用： 光時(shí)分復(fù)用（ OTDM） 光波分復(fù)用（ WDM） 光空分復(fù)用（ OSDM） 光碼分復(fù)用（ OCDMA） 副載波復(fù)用（ SCM） 光頻分復(fù)用（ OFDM） 第 7章 光纖通信新技術(shù) 一、光空分復(fù)用（ OSDM） 多條光纖的復(fù)用：利用現(xiàn)有的光纖管道，加縛更多的光纖。 方法簡(jiǎn)單， 成本高。 一條光纖的復(fù)用： 技術(shù)難度大。 超窄光脈沖 發(fā)生器 光分 路器 外調(diào)制器 10G電 TDM信號(hào) 光 合 路 器 解 復(fù) 用 器 10G 克服了電子瓶徑對(duì)電 TDM中 SDH的速率限制。 第 7章 光纖通信新技術(shù) 三、光碼分復(fù)用（ OCDMA） 系統(tǒng)給每個(gè)用戶(hù)分配一個(gè)唯一的光正交碼的碼字作為該用戶(hù)的地址碼。 編碼器 正交碼 1 數(shù)據(jù)信號(hào) 1 編碼器 正交碼 2 數(shù)據(jù)信號(hào) 2 編碼器 正交碼 3 數(shù)據(jù)信號(hào) 3 光方向耦合器 光方向耦合器 解碼器 解碼器 解碼器 正交碼 1 數(shù)據(jù)信號(hào) 1 數(shù)據(jù)信號(hào) 2 正交碼 2 數(shù)據(jù)信號(hào) 3 在 OTDM和 WDM的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高光纖通信的帶寬，但仍處于實(shí)驗(yàn)階段。 合 波 器 λ 1 λ 2 λ 3 分 波 器 λ 1 λ 2 λ 3 技術(shù)成熟 ，實(shí)用化 第 7章 光纖通信新技術(shù) 五、光頻分復(fù)用技術(shù)（ OFDM） 本質(zhì)上與波分復(fù)用無(wú)分別， 只是 波長(zhǎng)的間隔要更小， 我們把 波長(zhǎng)間隔小于 1nm 的分 波技術(shù)叫做 OFMD，反之叫做 WDM 。 復(fù)用路數(shù)更多，但對(duì)器件的要求更高。 放 大 放 大 放 大 頻道 1 頻道 2 頻道 3 調(diào)制 調(diào)制 調(diào)制 Rf1 Rf2 Rf3 BPF BPF BPF 微 波 合 成 電 路 寬 放 光 源 發(fā)送框圖 驅(qū) 動(dòng) 電 路 fs1 fs2 fs3 第 7章 光纖通信新技術(shù) 光 檢 測(cè) 器 寬 放 微 波 分 離 電 路 解調(diào)器 解調(diào)器 解調(diào)器 LPF LPF LPF fs1 fs2 fs3 頻道 1 頻道 2 頻道 3 接收框圖 技術(shù)成熟，應(yīng)用于光纖 CATV系統(tǒng)。 NZDSF：非零色散位移光纖，可以克服 DWDM中由于復(fù)用信道 數(shù)目多帶來(lái)的四波混頻效應(yīng)。 第 7章 光纖通信新技術(shù) WDM系統(tǒng)的基本形式 WDM的關(guān)鍵部件： 光波分復(fù)用器（合波器）：將不同波長(zhǎng)的光信號(hào)混合在一 起送入同一根光纖中傳輸。 WDM應(yīng)用的幾種形式：（ 1）雙纖單向傳輸：兩套設(shè)備，兩根光纖 光發(fā)射機(jī) 光發(fā)射機(jī) 復(fù) 用 器 解 復(fù) 用 器 光接收機(jī) 光接收機(jī) 光接收機(jī) 光接收機(jī) 解 復(fù) 用 器 復(fù) 用 器 光發(fā)送機(jī) 光發(fā)送機(jī) λ 1 λ n λ 1 λ n λ n λ 1 λ n λ 1 λ n λ 1 EDFA EFDA 第 7章 光纖通信新技術(shù) (2)單纖雙向傳輸：只需一根光纖，大大降低成本。 開(kāi)放式 WDM設(shè)備 能兼容其他廠家的設(shè)備 第 7章 光纖通信新技術(shù) 三、 WDM的特點(diǎn) 充分利用光纖的帶寬 對(duì)信號(hào)透明 經(jīng)濟(jì)、靈活、方便 降低對(duì)器件的要求 第 7章 光纖通信新技術(shù) 第四節(jié)、光濾波器和光波分復(fù)用器 一、光濾波器的應(yīng)用 （一）單純的濾波作用： 只允許一路特定波長(zhǎng)的光通過(guò)。（見(jiàn)板書(shū)） 濾波原理： （見(jiàn)板書(shū)） 第 7章 光纖通信新技術(shù) 光纖布拉格光柵的作用： （ 1）濾波 λ 1 λ 2 λ 3 λ 4 λ 3 λ 1 λ 2 λ 4 第 7章 光纖通信新技術(shù) （ 2）作光分插復(fù)用 (OADM) λ 1 λ 2 λ 3 λ 4 λ 3 λ 1 λ 2 λ 4 λ 3 λ 1 λ 2 λ 3 λ 4 第 7章 光纖通信新技術(shù) (3) 色散補(bǔ)償作用 啁啾光纖： 使光纖結(jié)距呈線(xiàn)形變化的光纖 短波長(zhǎng) 長(zhǎng)波長(zhǎng) 長(zhǎng)波長(zhǎng) 短波長(zhǎng) 第 7章 光纖通信新技術(shù) （二）法布里 珀羅濾波器（ FP） M1 M2 滿(mǎn)足一定的相位條件的光發(fā)生光的加強(qiáng)干涉其他波長(zhǎng)的光發(fā)生相消干涉 第 7章 光纖通信新技術(shù) （三） MZ干涉儀 λ 1 λ 2 L L+△ L λ 1 λ 2 MZ干涉儀可以通過(guò)改變通道折射率實(shí)現(xiàn)濾波的可調(diào)性。 穩(wěn)定性可靠性不夠。 光電轉(zhuǎn)換限制通信的容量。 光放大器：直接在光域進(jìn)行放大。 二、放大波段： 1300nm1600nm 三、 優(yōu)點(diǎn)： 覆蓋 1310nm和 1550nm 的窗口范圍。 四、缺點(diǎn)： 與光纖耦合困難。 噪聲及串?dāng)_大。 第三節(jié)、拉曼放大器 一、工作原理： 拉曼散射：介質(zhì)在強(qiáng)光功率下產(chǎn)生對(duì)入射光 的非彈性散射，使得短波長(zhǎng)光的 的能量向長(zhǎng)波長(zhǎng)轉(zhuǎn)移。 二、優(yōu)點(diǎn) （ 1）工作波長(zhǎng)與光纖的最小窗口和目前的波分窗口相對(duì)應(yīng)。 （ 3）增益與偏振態(tài)無(wú)關(guān)。 （ 4）所需的泵浦功率小。 （ 2）增益帶寬不平坦。 第 7章 光纖通信新技術(shù) 五、ＥＤＦＡ的基本結(jié)構(gòu)及功能 合波器 光濾波器 泵浦 光源 ＥＤＦ（摻鉺光纖） 信號(hào)光 光隔離器 光隔離器 放大的 信號(hào)光 將輸入光信號(hào)和泵浦光 混合在一起送給ＥＤＦ 輸出一個(gè)較短波長(zhǎng)的激 光為ＥＤＦ提供激勵(lì) 防止反射光 影響光放大 器的工作穩(wěn) 定性。 清除放大器的噪聲， 提高系統(tǒng)的信噪比 第 7章 光纖通信新技術(shù) 六、ＥＤＦＡ的三種結(jié)構(gòu)方式 １、 同向泵浦方式 合波器 光隔離器 光隔離器 濾波器 泵浦光源 優(yōu)點(diǎn)：噪聲小 缺點(diǎn)： 輸出光功率不大 第 7章 光纖通信新技術(shù) ２、反向泵浦方式 合波器 光隔離器 光隔離器 光濾波 器 泵浦光源 優(yōu)點(diǎn)：輸出光功率大 缺點(diǎn)：噪聲大 第 7章 光纖通信新技術(shù) 合波器 光隔離器 光隔離器 光濾波 器 泵浦光源 雙向泵浦方式 泵浦光源 第 7章 光纖通信新技術(shù) （ 1）、功率增益 G=10Lg(Pout/Pin)(dB) 增益與泵浦源功率曲線(xiàn) Ｐ Ｇ 增益與ＥＤＦ的長(zhǎng)度曲線(xiàn) Ｐ Ｇ 七、主要參數(shù) 粒子數(shù)反轉(zhuǎn)趨于飽和 放大的光被損耗抵消 要得到最大的增益必須選擇合適的泵浦光功率和摻鉺光纖長(zhǎng)度 第 7章 光纖通信新技術(shù) （２）輸出飽和功率和最大輸出功率 輸入功率（ dBm） 0 20 10 0 10 20 輸出功率 (dBm) 當(dāng)輸出光功率達(dá)到一定值時(shí)， 增加 輸入信號(hào)功率， 輸出光功率不變，這個(gè)輸出光功率叫做 輸出飽和光 功率。 最大輸出光功率 第 7章 光纖通信新技術(shù) （３）、噪聲系數(shù) Ｆ＝ Si / Ni So /No 放大器的噪聲主要來(lái)源于自發(fā)輻射。 1530nm 1560nm 波長(zhǎng) 增益 第 7章 光纖通信新技術(shù) １、做前置放大器 Ｔ Ｒ 前置放大器 ＯＰＡ 八、 EDFA 在光纖通信中的應(yīng)用 ２、做功率放大器 Ｔ Ｒ 光功率放大器 ＯＢＡ Ｔ Ｒ 光中繼放大器 ＯＬＡ ３、做中繼器 第 7章 光纖通信新技術(shù) 第五節(jié)、 摻鐠光纖放大器 一、 什么是摻鐠光纖。 二、 放大波段 1281nm1381nm 三、優(yōu)點(diǎn) 在 1310nm的窗口有平坦的增益， 便于對(duì)已敷設(shè) 。 第 7章 光纖通信新技術(shù) 第六節(jié)、放大器市場(chǎng)分析 EDFA FRA SOA 美國(guó) CIBC worrld market公司對(duì) 2022年光放大器市場(chǎng)預(yù)測(cè) 96億美圓 2億美圓 第 7章 光纖通信新技術(shù) 要點(diǎn) １、光放大器的分類(lèi) 半導(dǎo)體放大器 光纖放大器 非線(xiàn)性光放大器 ＥＤＦＡ 第 7章 光纖通信新技術(shù) 要點(diǎn) ２、ＥＦＤＡ的結(jié)構(gòu)與分類(lèi) 泵浦光源 摻鉺光纖 光隔離器 波分復(fù)用器 光濾波器 同向泵浦結(jié)構(gòu)ＥＤＦＡ 反向泵浦結(jié)構(gòu)ＥＤＦＡ 雙向泵浦結(jié)構(gòu)ＥＤＦＡ 第 7章 光纖通信新技術(shù) 要點(diǎn) ３、ＥＤＦＡ的工作原理 在泵浦光的照射下，摻鉺光纖處于粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的狀態(tài)，接收到光子后產(chǎn)生受激輻射，實(shí)現(xiàn)了對(duì)光的放大。 EDFA的主要技術(shù)參數(shù)： 工作波長(zhǎng)范圍 、 輸入功率范圍 、 輸出功率范圍 、 飽和輸出功率 、噪聲系數(shù) 、 偏振相關(guān)增益 、 小信號(hào)增益 、 增益平坦度 、 增益變化 、 增益斜度 、 輸入光回?fù)p 、 輸出光回?fù)p等 。 壽命不小于 30萬(wàn)小時(shí) 。 第 7章 光纖通信新技術(shù) 980nm ??1?s ??10ms 1520?1560 nm 4I11/2 4I15/2 4I13/2 1480nm EDFA的能帶結(jié)構(gòu)和光放大原理 第 7章 光纖通信新技術(shù) 泵浦源的選取 ? ， 因而是常用的兩個(gè)泵浦波長(zhǎng) 。 ? 和 ， 。 第 7章 光纖通信新技術(shù) 同向泵浦 反向泵浦 雙向泵浦 隔離器 WDM EDF 隔離器 輸入信號(hào) 輸入信號(hào) 泵浦激光器 隔離器 WDM EDF 隔離器 泵浦激光器 輸入信號(hào) 輸入信號(hào) 隔離器 WDM EDF 隔離器 輸入信號(hào) 輸入信號(hào) 泵浦激光器 泵浦激光器 EDFA光放大器基本配置 第 7章 光纖通信新技術(shù) 泵浦方式比較 同向泵浦優(yōu)點(diǎn)：易