【正文】 (廣泛使用，因此可用 WDM代指密集波分復用 ) 第 7章 光纖通信新技術 WDM 的實現方式 國際上高速光纖通信的發(fā)展趨勢是： EDFA+DWDM+NZDSF+PIC EDFA：對光信號進行放大，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 六、 副載波復用（ SCM—subcarrier multiplexing） 將多個低頻的模擬基帶信號用不同射頻信號去調制， 然后混頻后再驅動光源，以光的形式發(fā)送出去。 。 第 7章 光纖通信新技術 四、波分復用（ WDM） 在同一個光纖同時傳輸多個波長的光信號的復用方式。在發(fā)送端，對要傳輸的數據該地址碼進行光正交編碼，然后實現信道復用；在接收端，用與發(fā)端相同的地址碼進行光正交解碼。但對光器件的要求太高。 地下管道 單根光纖 空間光信道 第 7章 光纖通信新技術 二、光時分復用（ OTDM） 用多個電信道信號調制具有同一個光頻的不同光時隙， 經復用后在同一根光纖傳輸。 在一根光纖中實現空分復用，即對于光纖的 纖芯區(qū)域光束的空間分割。第 7章 光纖通信新技術 第 7章 光纖通信新技術 光放大技術 光波分復用和時分復用技術 光交換技術 光孤子通信技術 相干光通信技術 波長變換技術 第 7章 光纖通信新技術 WDM技術 第 7章 光纖通信新技術 第一節(jié)、多信道復用技術 光纖通信最大的特點是高的帶寬，可以通過 以下幾種方式實現光信號的復用： 光時分復用（ OTDM） 光波分復用（ WDM） 光空分復用（ OSDM） 光碼分復用（ OCDMA） 副載波復用（ SCM） 光頻分復用（ OFDM） 第 7章 光纖通信新技術 一、光空分復用（ OSDM） 多條光纖的復用：利用現有的光纖管道，加縛更多的光纖。 方法簡單， 成本高。 一條光纖的復用： 技術難度大。 超窄光脈沖 發(fā)生器 光分 路器 外調制器 10G電 TDM信號 光 合 路 器 解 復 用 器 10G 克服了電子瓶徑對電 TDM中 SDH的速率限制。 第 7章 光纖通信新技術 三、光碼分復用（ OCDMA） 系統(tǒng)給每個用戶分配一個唯一的光正交碼的碼字作為該用戶的地址碼。 編碼器 正交碼 1 數據信號 1 編碼器 正交碼 2 數據信號 2 編碼器 正交碼 3 數據信號 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 數據信號 1 數據信號 2 正交碼 2 數據信號 3 在 OTDM和 WDM的基礎上進一步提高光纖通信的帶寬，但仍處于實驗階段。 合 波 器 λ 1 λ 2 λ 3 分 波 器 λ 1 λ 2 λ 3 技術成熟 ，實用化 第 7章 光纖通信新技術 五、光頻分復用技術（ OFDM） 本質上與波分復用無分別， 只是 波長的間隔要更小， 我們把 波長間隔小于 1nm 的分 波技術叫做 OFMD，反之叫做 WDM 。 復用路數更多，但對器件的要求更高。 放 大 放 大 放 大 頻道 1 頻道 2 頻道 3 調制 調制 調制 Rf1 Rf2 Rf3 BPF BPF BPF 微 波 合 成 電 路 寬 放 光 源 發(fā)送框圖 驅 動 電 路 fs1 fs2 fs3 第 7章 光纖通信新技術 光 檢 測 器 寬 放 微 波 分 離 電 路 解調器 解調器 解調器 LPF LPF LPF fs1 fs2 fs3 頻道 1 頻道 2 頻道 3 接收框圖 技術成熟，應用于光纖 CATV系統(tǒng)。 NZDSF：非零色散位移光纖，可以克服 DWDM中由于復用信道 數目多帶來的四波混頻效應。 第 7章 光纖通信新技術 WDM系統(tǒng)的基本形式 WDM的關鍵部件： 光波分復用器（合波器）：將不同波長的光信號混合在一 起送入同一根光纖中傳輸。 WDM應用的幾種形式：（ 1）雙纖單向傳輸：兩套設備，兩根光纖 光發(fā)射機 光發(fā)射機 復 用 器 解 復 用 器 光接收機 光接收機 光接收機 光接收機 解 復 用 器 復 用 器 光發(fā)送機 光發(fā)送機 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 (2)單纖雙向傳輸：只需一根光纖，大大降低成本。 開放式 WDM設備 能兼容其他廠家的設備 第 7章 光纖通信新技術 三、 WDM的特點 充分利用光纖的帶寬 對信號透明 經濟、靈活、方便 降低對器件的要求 第 7章 光纖通信新技術 第四節(jié)、光濾波器和光波分復用器 一、光濾波器的應用 （一）單純的濾波作用： 只允許一路特定波長的光通過。（見板書） 濾波原理： （見板書） 第 7章 光纖通信新技術 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 （ 2）作光分插復用 (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 (3) 色散補償作用 啁啾光纖： 使光纖結距呈線形變化的光纖 短波長 長波長 長波長 短波長 第 7章 光纖通信新技術 （二）法布里 珀羅濾波器（ FP） M1 M2 滿足一定的相位條件的光發(fā)生光的加強干涉其他波長的光發(fā)生相消干涉 第 7章 光纖通信新技術 （三） MZ干涉儀 λ 1 λ 2 L L+△ L λ 1 λ 2 MZ干涉儀可以通過改變通道折射率實現濾波的可調性。 穩(wěn)定性可靠性不夠。 光電轉換限制通信的容量。 光放大器：直接在光域進行放大。 二、放大波段： 1300nm1600nm 三、 優(yōu)點： 覆蓋 1310nm和 1550nm 的窗口范圍。 四、缺點： 與光纖耦合困難。 噪聲及串擾大。 第三節(jié)、拉曼放大器 一、工作原理： 拉曼散射：介質在強光功率下產生對入射光 的非彈性散射，使得短波長光的 的能量向長波長轉移。 二、優(yōu)點 （ 1）工作波長與光纖的最小窗口和目前的波分窗口相對應。 （ 3）增益與偏振態(tài)無關。 （ 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 五、ＥＤＦＡ的基本結構及功能 合波器 光濾波器 泵浦 光源 ＥＤＦ（摻鉺光纖） 信號光 光隔離器 光隔離器 放大的 信號光 將輸入光信號和泵浦光 混合在一起送給ＥＤＦ 輸出一個較短波長的激 光為ＥＤＦ提供激勵 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 六、ＥＤＦＡ的三種結構方式 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：噪聲小 缺點： 輸出光功率不大 第 7章 光纖通信新技術 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：輸出光功率大 缺點：噪聲大 第 7章 光纖通信新技術 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 （ 1）、功率增益 G=10Lg(Pout/Pin)(dB) 增益與泵浦源功率曲線 Ｐ Ｇ 增益與ＥＤＦ的長度曲線 Ｐ Ｇ 七、主要參數 粒子數反轉趨于飽和 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度 第 7章 光纖通信新技術 （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) 當輸出光功率達到一定值時， 增加 輸入信號功率， 輸出光功率不變，這個輸出光功率叫做 輸出飽和光 功率。 最大輸出光功率 第 7章 光纖通信新技術 （３）、噪聲系數 Ｆ＝ Si / Ni So /No 放大器的噪聲主要來源于自發(fā)輻射。 1530nm 1560nm 波長 增益 第 7章 光纖通信新技術 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 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 在 1310nm的窗口有平坦的增益， 便于對已敷設 。 第 7章 光纖通信新技術 第六節(jié)、放大器市場分析 EDFA FRA SOA 美國 CIBC worrld market公司對 2022年光放大器市場預測 96億美圓 2億美圓 第 7章 光纖通信新技術 要點 １、光放大器的分類 半導體放大器 光纖放大器 非線性光放大器 ＥＤＦＡ 第 7章 光纖通信新技術 要點 ２、ＥＦＤＡ的結構與分類 泵浦光源 摻鉺光纖 光隔離器 波分復用器 光濾波器 同向泵浦結構ＥＤＦＡ 反向泵浦結構ＥＤＦＡ 雙向泵浦結構ＥＤＦＡ 第 7章 光纖通信新技術 要點 ３、ＥＤＦＡ的工作原理 在泵浦光的照射下，摻鉺光纖處于粒子數反轉的狀態(tài)，接收到光子后產生受激輻射，實現了對光的放大。 EDFA的主要技術參數： 工作波長范圍 、 輸入功率范圍 、 輸出功率范圍 、 飽和輸出功率 、噪聲系數 、 偏振相關增益 、 小信號增益 、 增益平坦度 、 增益變化 、 增益斜度 、 輸入光回損 、 輸出光回損等 。 壽命不小于 30萬小時 。 第 7章 光纖通信新技術 980nm ??1?s ??10ms 1520?1560 nm 4I11/2 4I15/2 4I13/2 1480nm EDFA的能帶結構和光放大原理 第 7章 光纖通信新技術 泵浦源的選取 ? ， 因而是常用的兩個泵浦波長 。 ? 和 ， 。 第 7章 光纖通信新技術 同向泵浦 反向泵浦 雙向泵浦 隔離器 WDM EDF 隔離器 輸入信號 輸入信號 泵浦激光器 隔離器 WDM EDF 隔離器 泵浦激光器 輸入信號 輸入信號 隔離器 WDM EDF 隔離器 輸入信號 輸入信號 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 泵浦方式比較 同向泵浦優(yōu)點：易