信息與通信光纖通信新技術學習教案

1、會計學1信息與通信光纖通信信息與通信光纖通信(un xin tn xn)新技術新技術第一頁，共172頁。第一節(jié)、多信道第一節(jié)、多信道(xn do)(xn do)復用技術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(fngsh)實現(xiàn)光信號的復用：1、光時分復用（OTDM）2、光波(gungb)分復用（WDM） 3、光空分復用（OSDM）4、光碼分復用（OCDMA） 6、副載波復用（SCM）5、光頻分復用（OFDM）第1頁/共172頁第二頁，共172頁。一、光空分復用(f yn)（OSDM）多條光纖的復用：利用現(xiàn)有的光纖管道，加縛更多的光纖。方法(fngf)簡單， 成本高。在一根光

2、纖中實現(xiàn)空分復用，即對于光纖的纖芯區(qū)域光束的空間分割。一條光纖的復用：技術難度大。地下管道單根光纖空間(kngjin)光信道第2頁/共172頁第三頁，共172頁。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(jīng)復用后在同一根光纖傳輸。超窄光脈沖(michng)發(fā)生器光分路器外調制器10G電TDM信號(xnho)光合路器解復用器10G克服(kf)了電子瓶徑對電TDM中SDH的速率限制。但對光器件的要求太高。第3頁/共172頁第四頁，共172頁。三、光碼分復用(f yn)（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。在發(fā)送端，對要傳輸(ch

3、un sh)的數(shù)據(jù)該地址碼進行光正交編碼，然后實現(xiàn)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。 編碼器正交碼1數(shù)據(jù)信號1編碼器正交碼2數(shù)據(jù)信號2編碼器正交碼3數(shù)據(jù)信號3光方向(fngxing)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1數(shù)據(jù)信號2正交碼2數(shù)據(jù)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。第4頁/共172頁第五頁，共172頁。四、波分復用(f yn)（WDM）在同一個光纖同時傳輸(chun sh)多個波長的光信號的復用方式。合波器123分波器123技術(jsh)成熟 ，實用化第5頁/共172頁第六頁，共172頁。五、光頻分復用技

4、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(jsh)叫做OFMD，反之叫做WDM 。 。 復用路數(shù)(lsh)更多，但對器件的要求更高。第6頁/共172頁第七頁，共172頁。六、 副載波(zib)復用（SCMsubcarrier multiplexing）將多個低頻的模擬基帶信號用不同射頻信號去調制(tiozh)，然后混頻后再驅動光源，以光的形式發(fā)送出去。 放大放大放大頻道(pndo)1頻道2頻道3調制調制調制Rf1Rf2Rf3BPFBPFBPF微波合成電路寬放光源發(fā)送框圖驅動電路fs1fs2fs3第7頁/共172頁第八頁，共172頁

5、。光檢測器寬放微波分離電路解調器解調器解調器LPFLPFLPFfs1fs2fs3頻道(pndo)1頻道(pndo)2頻道(pndo)3接收框圖技術成熟，應用于光纖CATV系統(tǒng)。第8頁/共172頁第九頁，共172頁。第二節(jié)、波分復用(f yn)原理1、波分復用(f yn)的理論依據(jù)常用(chn yn)窗口1310nm附近：通信帶寬17700GHz1550nm附近:通信帶寬12500GHz30THz的帶寬信道間隔10GHz3000個信道第9頁/共172頁第十頁，共172頁。2、波分復用(f yn)的分類按信道(xn do)間的間隔分：寬波分復用(f yn)（WWDM）：信道間隔100nm(已淘汰)

6、粗波分復用（CWDM）：信道間隔在20nm-10nm之間，復用窗口1310/1550nm.(尚未發(fā)展起來) 密集波分復用（DWDM）:信道間隔在1-10nm，復用窗口在1550nm. (廣泛使用，因此可用WDM代指密集波分復用)第10頁/共172頁第十一頁，共172頁。3、WDM 的實現(xiàn)(shxin)方式國際(guj)上高速光纖通信的發(fā)展趨勢是：EDFA：對光(du gung)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。 NZDSF：非零色散位移光纖，可以克服DWDM中由于復用信道數(shù)目多帶來的四波混頻效應。 PIC：將功能不同的若干光器件通過波導互聯(lián)和材料生長技

7、術， 優(yōu)化集成在一個芯片上。 第11頁/共172頁第十二頁，共172頁。4、WDM系統(tǒng)(xtng)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(bchng)的光信號混合在一 起送入同一根光纖中傳輸。光解復用器（分波器）：將一根光纖中傳來的多波長信號 按波長進行(jnxng)分離。 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1n1nn1n1n1EDFAEFDA第12頁/共172頁第十三頁，共172頁。(2)單纖雙向傳輸(chun sh)：只需一根光纖，大大降低成本。光

8、發(fā)送機光發(fā)送機光接收機光接收機復用器/解復用器EDFA復用器/解復用器光接收機光接收機光發(fā)送機光發(fā)送機1n1n1+nn+n1+nn+n第13頁/共172頁第十四頁，共172頁。第三節(jié)、WDM系統(tǒng)的結構(jigu)與特點一、WDM系統(tǒng)(xtng)組成圖光轉發(fā)器光轉發(fā)器合波器BA光監(jiān)控(jin kn)信道發(fā)送器LA光監(jiān)控信道的接收與發(fā)送光監(jiān)控信道接收器PA分波器光轉發(fā)器光轉發(fā)器網(wǎng) 管第14頁/共172頁第十五頁，共172頁。二、 WDM設備(shbi)的分類1、 集成式WDM系統(tǒng)(xtng)光接口與其他(qt)設備必須一致，不能兼容其他(qt)設備。2、 開放式WDM設備 能兼容其他廠家的設備第1

9、5頁/共172頁第十六頁，共172頁。三、WDM的特點(tdin)1、充分利用光纖的帶寬(di kun)2、對信號(xnho)透明3、經(jīng)濟、靈活、方便4、降低對器件的要求第16頁/共172頁第十七頁，共172頁。第四節(jié)、光濾波器和光波(gungb)分復用器一、光濾波器的應用(yngyng)（一）單純的濾波作用： 只允許一路特定波長(bchng)的光通過。142 3123 4光濾波器與光波分復用器密切相關， 有時也用做波分復用器第17頁/共172頁第十八頁，共172頁。（二）波長的復用(f yn)和解復用(f yn)中23411423合波作用(zuyng)14232341分波作用(zuyng)第

10、18頁/共172頁第十九頁，共172頁。（三）在波長(bchng)路由中的應用1 2431324第19頁/共172頁第二十頁，共172頁。二、 常用(chn yn)光濾波器的原理（一）光纖布拉格光柵(gungshn)（FBG）原理： 基于光的干涉(gnsh)效應 制造原理：在光纖的二氧化硅中加入具有光敏特性的鍺，用紫外 線照射使之折射濾呈現(xiàn)周期分布的光柵。（見板書） 濾波原理： （見板書）第20頁/共172頁第二十一頁，共172頁。光纖布拉格光柵(gungshn)的作用：（1）濾波(lb)12343124第21頁/共172頁第二十二頁，共172頁。（2）作光分插復用(f yn)(OADM)1

11、2 3 4312431234第22頁/共172頁第二十三頁，共172頁。(3) 色散補償(bchng)作用啁啾光纖： 使光纖結距呈線形(xin xn)變化的光纖短波長(bchng)長波長長波長短波長第23頁/共172頁第二十四頁，共172頁。（二）法布里-珀羅濾波器（F-P）M1M2滿足一定的相位條件的光發(fā)生光的加強干涉其他(qt)波長的光發(fā)生相消干涉 第24頁/共172頁第二十五頁，共172頁。（三）M-Z干涉儀12LL+L12M-Z干涉儀可以通過(tnggu)改變通道折射率實現(xiàn)濾波的可調性。M-Z級聯(lián)實現(xiàn)(shxin)多級濾波：18137586421357246813572468第25頁/

12、共172頁第二十六頁，共172頁。三、常用(chn yn)光波分復用器（1）棱鏡(lngjng)型波分復用器可以完成(wn chng)分光和合光作用12第26頁/共172頁第二十七頁，共172頁。（二）衍射(ynsh)光柵型波分復用器213123+第27頁/共172頁第二十八頁，共172頁。（三）陣列(zhn li)波導光柵型波分復用器（AWG）第28頁/共172頁第二十九頁，共172頁。（四）光纖熔錐型波分復用器第29頁/共172頁第三十頁，共172頁。四、波分復用(f yn)的主要參數(shù)（1）插入損耗a = 10Lg(Pout/Pin)(dB) (2)串擾抑制度(zhd)Cij=-10Lg(

13、Pij/Pi)(dB)(3)回波(hu b)損耗RL=-10LPr/Pj)(dB)(4)工作波長當前DWDM系統(tǒng)的工作波長在1530-1565nm第30頁/共172頁第三十一頁，共172頁。第31頁/共172頁第三十二頁，共172頁。第一節(jié)、概述(i sh)一、傳統(tǒng)放大技術(jsh)的缺陷放大(fngd)整形判決再生O/EE/O缺點：1、設備復雜。 2、穩(wěn)定性可靠性不夠。 3、不利于波分復用。 4、光電轉換限制通信的容量。 未來全光網(wǎng)絡（AON）的發(fā)展趨勢：光復用、光交換、光路由， 所以必須在光傳輸上實現(xiàn)全光化。光放大器：直接在光域進行放大。第32頁/共172頁第三十三頁，共172頁。二、常用

14、光放大器及其工作(gngzu)波段 3、摻鉺光纖放大器（EDFA） 4、摻鐠光纖放大器（PDFA） 2、光纖拉曼放大器（FRA） 1、半導體放大器（SOA）損耗(snho)1310nm 1550nm波長(bchng)SOAFRAEDFAPDFA第33頁/共172頁第三十四頁，共172頁。三、常用(chn yn)光放大器的結構圖耦合器件(qjin)激活(j hu)物質耦合器件泵浦源光輸入信號放大光信號第34頁/共172頁第三十五頁，共172頁。第二節(jié) 半導體光放大器工作原理： 在電泵浦源的作用下，半導體材料發(fā)生粒子數(shù)反轉，當遇到外來光子激勵時，產(chǎn)生受激輻射，對光的能量進行放大 。二、放大波段：1

15、300nm-1600nm三、 優(yōu)點：1、 覆蓋1310nm和1550nm 的窗口范圍。2、充分利用激光器技術，工藝成熟，便于集成。四、缺點：1、與光纖耦合困難。2、對光的偏振特性敏感。 3、 噪聲及串擾大。第35頁/共172頁第三十六頁，共172頁。利用光泵浦源對光纖進行激發(fā)，使光纖中產(chǎn) 生非線性效應（拉曼散射），將泵浦光的能量向信號光轉移(zhuny)，從而實現(xiàn)光的放大。 第三節(jié)、拉曼放大器一、工作(gngzu)原理：拉曼散射：介質在強光功率下產(chǎn)生對入射光 的非彈性散射，使得短波長(bchng)光的 的能量向長波長(bchng)轉移。 二、放大波段1270nm-1670nm三、 優(yōu)點1、 輸

16、出光功率 大，工作穩(wěn)定2、 噪聲特性好，耦合容易四、 缺點光纖長度過大，于偏振態(tài)有關第36頁/共172頁第三十七頁，共172頁。三、結構圖與能帶圖光波長耦合器泵浦光1信號(xnho)光212+濾波器放大(fngd)信號光212h1h 2泵浦光信號(xnho)光振動態(tài)光聲子第37頁/共172頁第三十八頁，共172頁。一、什么(shn me)是摻鉺光纖放大器工作(gngzu)波長：nmnm第四節(jié)、摻鉺光纖放大器是在石英光纖中摻入Er元素，在泵浦光的激勵下， 對特定波長的信號光進行(jnxng)放大。 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。（2）耦合效率高。 （3）增益與偏振

17、態(tài)無關。 （5） 增益高、噪聲小，輸出功率大。 （4）所需的泵浦功率小。三、 缺點（1）放大波長范圍窄。 （2）增益帶寬不平坦。第38頁/共172頁第三十九頁，共172頁。四、工作(gngzu)原理能量(nngling)基態(tài)(j ti)泵浦光亞穩(wěn)態(tài)激發(fā)態(tài)受激吸收無輻射躍遷輸入光信號受激輻射輸出光放大信號光聲子在泵浦光源的激勵下，摻鉺光纖基級上的電子產(chǎn)生受激吸收受激吸收被激發(fā)到到高的激發(fā)能級上，繼而馬上下降到稍低的亞穩(wěn)態(tài)級，與基級形成粒子數(shù)反轉分布粒子數(shù)反轉分布， 當信號 光滿足h=Eg時，將產(chǎn)生受激輻射受激輻射激發(fā)同頻同偏振方向的光子，從而對光產(chǎn)生放大。第39頁/共172頁第四十頁，共172頁

18、。五、的基本(jbn)結構及功能合波器光濾波器泵浦光源(gungyun)（摻鉺光纖）信號(xnho)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 混合在一起送給輸出一個較短波長的激光為提供激勵 防止反射光影響光放大器的工作穩(wěn)定性。 提供能產(chǎn)生粒子數(shù)反轉的工作物質，放大光信號。 清除放大器的噪聲，提高系統(tǒng)的信噪比第40頁/共172頁第四十一頁，共172頁。六、的三種(sn zhn)結構方式、同向泵浦方式(fngsh)合波器光隔離器光隔離器濾波器泵浦光源(gungyun)優(yōu)點：噪聲小 缺點： 輸出光功率不大第41頁/共172頁第四十二頁，共172頁。、反向(fn xin)泵浦方式合波器光隔離

19、器光隔離器光濾波器泵浦光源(gungyun)優(yōu)點：輸出光功率(gngl)大缺點：噪聲大 第42頁/共172頁第四十三頁，共172頁。合波器光隔離器光隔離器光濾波器泵浦光源(gungyun)3、雙向泵浦方式(fngsh)泵浦光源(gungyun)第43頁/共172頁第四十四頁，共172頁。（1）、功率(gngl)增益G=10Lg(Pout/Pin)(dB)增益(zngy)與泵浦源功率曲線增益(zngy)與的長度曲線七、主要參數(shù)粒子數(shù)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44頁/共172頁第四十五頁，共172頁。（）輸出(shch)飽和功率和最大輸出

20、(shch)功率輸入(shr)功率（dBm）0-20-1001020輸出功率(dBm)當輸出(shch)光功率達到一定值時， 增加 輸入信號功率， 輸出(shch)光功率不變，這個輸出(shch)光功率叫做輸出(shch)飽和光 功率。 輸出飽和光功率定義3dB的飽和光功率為最大輸出光功率，表明EDFA正常工作的最大輸出功率最大輸出功率。 最大輸出光功率第45頁/共172頁第四十六頁，共172頁。（）、噪聲系數(shù)Si / NiSo /No放大器的噪聲主要(zhyo)來源于自發(fā)輻射。噪聲系數(shù)： （4）、工作(gngzu)帶寬最大增益下降3dB 處 對應的光譜寬度定義(dngy)為工作帶寬。1530

21、nm1560nm波長增益第46頁/共172頁第四十七頁，共172頁。、做前置(qin zh)放大器前置放大器八、EDFA 在光纖通信(un xin tn xn)中的應用、做功率(gngl)放大器光功率放大器光中繼放大器、做中繼器第47頁/共172頁第四十八頁，共172頁。第五節(jié)、 摻鐠光纖放大器一、 什么(shn me)是摻鐠光纖。在氟化物光纖中摻入Pr離子，使之在泵浦光的激勵下對特定波長(bchng)的信號光進行放大。 二、 放大(fngd)波段1281nm-1381nm三、優(yōu)點在1310nm的窗口有平坦的增益， 便于對已敷設G.652光纖進行波分擴容。四、 問題：工作穩(wěn)定性阻礙其使用化進程

22、。第48頁/共172頁第四十九頁，共172頁。第六節(jié)、放大器市場(shchng)分析EDFAFRASOA美國CIBC worrld market公司(n s)對2004年光放大器市場預測96億美圓(miyun)7.5億美圓2億美圓第49頁/共172頁第五十頁，共172頁。要點(yodin)、光放大器的分類(fn li)半導體放大器光纖放大器非線性光放大器第50頁/共172頁第五十一頁，共172頁。要點(yodin)、的結構(jigu)與分類泵浦光源(gungyun)摻鉺光纖光隔離器波分復用器光濾波器同向泵浦結構反向泵浦結構雙向泵浦結構第51頁/共172頁第五十二頁，共172頁。要點(yodin

23、)、的工作(gngzu)原理在泵浦光的照射下，摻鉺光纖處于粒子數(shù)反轉的狀態(tài)，接收到光子(gungz)后產(chǎn)生受激輻射，實現(xiàn)了對光的放大。第52頁/共172頁第五十三頁，共172頁。要點(yodin)、的性能指標功率(gngl)增益輸出(shch)飽和功率噪聲系數(shù)第53頁/共172頁第五十四頁，共172頁。要點(yodin)、在光纖通信(un xin tn xn)中的應用前置(qin zh)放大器功率放大器中繼器第54頁/共172頁第五十五頁，共172頁。作業(yè)(zuy)、光放大器的種類，畫出各自的工作(gngzu)波段、的結構(jigu)及功能、簡述的工作原理，并從量子學的角度解釋、的幾種應用形式

24、第55頁/共172頁第五十六頁，共172頁。第56頁/共172頁第五十七頁，共172頁。SSFGGG1inoutSPPGlog10第57頁/共172頁第五十八頁，共172頁。outinNSNSNF第58頁/共172頁第五十九頁，共172頁。第59頁/共172頁第六十頁，共172頁。(Raman), Raman+EDFAn3、半導體光放大(fngd)(SOA)n4、摻銩光纖放大(fngd)器(TDFA,GS-TDFA)第60頁/共172頁第六十一頁，共172頁。輸入輸入(shr)(shr)信號信號耦合器耦合器980/1550nm WDM980/1550nm WDM泵浦光泵浦光摻鉺光纖摻鉺光纖輸出

25、輸出(shch)(shch)信號信號光隔離器光隔離器第61頁/共172頁第六十二頁，共172頁。DWDMDWDM系統(tǒng)對光放大系統(tǒng)對光放大(fngd)(fngd)的基本要求的基本要求光放大器應滿足光放大器應滿足ITU-T建議建議G.663、G.691及其他相關建議。及其他相關建議。EDFA的主要技術參數(shù)：的主要技術參數(shù)：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(shù)、偏振相關增益、小信號工作波長范圍、輸入功率范圍、輸出功率范圍、飽和輸出功率、噪聲系數(shù)、偏振相關增益、小信號(xnho)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。增益、增益平坦度、增益變化、增益

26、斜度、輸入光回損、輸出光回損等。 對對EDFA模塊的其它要求：模塊的其它要求： - 具有泵浦源自動關閉功能。具有泵浦源自動關閉功能。 - 壽命不小于壽命不小于30萬小時。萬小時。 - 具有放大器自動增益均衡（控制）功能。具有放大器自動增益均衡（控制）功能。第62頁/共172頁第六十三頁，共172頁。980nm980nm1 1 s s 10ms10ms15201520 15601560 nm nm4I11/24I15/24I13/21480nm1480nm第63頁/共172頁第六十四頁，共172頁。第64頁/共172頁第六十五頁，共172頁。同向泵浦同向泵浦反向反向(fn xin)(fn xin

27、)泵浦泵浦雙向泵浦雙向泵浦隔離器隔離器WDMWDMEDFEDF隔離器隔離器輸入輸入(shr)(shr)信號信號輸入輸入(shr)(shr)信號信號泵浦激光器泵浦激光器隔離器隔離器WDMWDMEDFEDF隔離器隔離器泵浦激光器泵浦激光器輸入信號輸入信號輸入信號輸入信號隔離器隔離器WDMWDMEDFEDF隔離器隔離器輸入信號輸入信號輸入信號輸入信號泵浦激光器泵浦激光器泵浦激光器泵浦激光器EDFAEDFA光放大器基本配置光放大器基本配置第65頁/共172頁第六十六頁，共172頁。泵浦方式比較泵浦方式比較同向泵浦優(yōu)點：易于實現(xiàn)；同向泵浦優(yōu)點：易于實現(xiàn)； 缺點：易飽和，噪聲大。缺點：易飽和，噪聲大。反向

28、反向(fn xin)(fn xin)泵浦優(yōu)點：不易飽和；噪聲較低。泵浦優(yōu)點：不易飽和；噪聲較低。雙向泵浦優(yōu)點：優(yōu)點相結合，光均勻分布，增益雙向泵浦優(yōu)點：優(yōu)點相結合，光均勻分布，增益 也較平穩(wěn)。也較平穩(wěn)。第66頁/共172頁第六十七頁，共172頁。第67頁/共172頁第六十八頁，共172頁。第68頁/共172頁第六十九頁，共172頁。第69頁/共172頁第七十頁，共172頁。EDFA光放大器增益平坦光放大器增益平坦(pngtn)技術技術波波長長增增益益摻摻鉺鉺光光纖纖放放大大器器（E ED DF FA A）1 15 52 25 5 1 15 56 65 5n nm m摻摻鋁鋁不不摻摻鋁鋁摻摻鉺鉺

29、光光纖纖放放大大器器（E ED DF FA A）1 15 52 25 5 1 15 56 65 5n nm m波波長長增增益益波波 長長增增益益摻摻 鉺鉺 光光 纖纖 放放 大大 器器（ E ED DF FA A）1 15 54 45 5 1 15 56 60 0n nm m紅紅 帶帶 濾濾 波波 器器藍藍 帶帶 濾濾 波波 器器摻摻 鉺鉺 光光 纖纖 放放 大大 器器（ E ED DF FA A）1 15 54 45 5 1 15 56 60 0n nm m波波 長長增增益益第70頁/共172頁第七十一頁，共172頁。WDM泵浦源均衡器摻鉺光纖隔離器隔離器Etalon 1Etalon 2透鏡

30、輸入輸出透鏡光纖第71頁/共172頁第七十二頁，共172頁。EDFA光放大器增益光放大器增益(zngy)鎖定技術鎖定技術 泵浦源功率泵浦源功率(gngl)控制控制 飽和飽和(boh)(boh)光控制技術光控制技術光功率光功率檢測控制檢測控制輸入光功率檢測輸入光功率檢測輸出光功率檢測輸出光功率檢測PinPout泵浦激光器泵浦激光器EDF第72頁/共172頁第七十三頁，共172頁。1510 nmWDM WDMWDMWDMWDMWDM WDMWDM泵浦源泵浦源泵浦源均 衡DCF控 制 電 路1510 nm性 能 監(jiān) 測告 警微 處 理 器 PIN PIN摻 鉺 光 纖摻 鉺 光 纖一種實用一種實用E

31、DFA的組成的組成(z chn)方案方案色散色散(ssn)補償補償光纖光纖第73頁/共172頁第七十四頁，共172頁。光線光線(gungxin)放放(OLA)增益增益(zngy)G=2025dBPout=+17dBm增益增益(zngy)G=2025dBPin=-28dBmATT增益增益G=2025dBPout=+17dBm增益增益G=3035dBPout=+17dBm光功放光功放(OBA)光預放光預放(OPA)OBAOPAOBAOLAOPAEDFA的應用的應用第74頁/共172頁第七十五頁，共172頁。第75頁/共172頁第七十六頁，共172頁。影響）3。開拓新的頻段。（FRA的優(yōu)勢）第76頁

32、/共172頁第七十七頁，共172頁。第77頁/共172頁第七十八頁，共172頁。第78頁/共172頁第七十九頁，共172頁。第79頁/共172頁第八十頁，共172頁。背向第80頁/共172頁第八十一頁，共172頁。 20 10 0 -10 功率（dBm） 單元前端 單元末端 泵浦光 信號光 第81頁/共172頁第八十二頁，共172頁。 Raman EDFA 激發(fā)能級 虛能級 實能級 發(fā)光時間 fs ms 偏振影響 是 否 放大波段 由泵浦決定 又摻雜物質決定 溫度影響 否， 是 增益系數(shù) 較低 較高 系統(tǒng)結構 分布/分立 分立 噪聲特性 低 較低 第82頁/共172頁第八十三頁，共172頁。

33、第83頁/共172頁第八十四頁，共172頁。第84頁/共172頁第八十五頁，共172頁。第85頁/共172頁第八十六頁，共172頁。第86頁/共172頁第八十七頁，共172頁。1)(exp11)(1)(exp11)(2)(kThAgPhPPAgPkThPPAghPPAgPPPadzdPVVVVvV第87頁/共172頁第八十八頁，共172頁。與光纖長度和增益成正比，因此會限制最大增益（10-15dB)。采取的辦法是逐級放大并用隔離器分開。第88頁/共172頁第八十九頁，共172頁。泵浦，將高能態(tài)馳豫時間轉化為較長的傳輸時間。第89頁/共172頁第九十頁，共172頁。第90頁/共172頁第九十一頁

34、，共172頁。研究與EDFA的結合問題。第91頁/共172頁第九十二頁，共172頁。 在模型中去掉噪聲，并合理簡化， 根據(jù)仿真結果，合理選擇出泵浦，不必要全部運算。 合理選擇 不符合 符合 信號波長，新到個數(shù) n 泵浦波長范圍 m 個泵浦 給定泵浦功率范圍 pipVpVpVpAgPPadzdP1 pisVsVsVpAgPPadzdP12 條件 第92頁/共172頁第九十三頁，共172頁。pipVpVpVpAgPPadzdP1 1)(exp114)(1)(exp11)(2)(kThAgPhPPAgPkThPPAghPPAgPPPadzdPVVVVvV第93頁/共172頁第九十四頁，共172頁。第

35、94頁/共172頁第九十五頁，共172頁。 波分復用技術波分復用技術一、一、WDM系統(tǒng)系統(tǒng)(xtng)的概況的概況二、二、WDM復用器件復用器件1、角色散型（光刪型）、角色散型（光刪型）2、干涉型、干涉型3、單模光纖耦合器型、單模光纖耦合器型第95頁/共172頁第九十六頁，共172頁。 一、一、WDM系統(tǒng)的概況系統(tǒng)的概況1、WDM是有效是有效(yuxio)的擴大傳輸容量的方法的擴大傳輸容量的方法第96頁/共172頁第九十七頁，共172頁。WDM使單纖傳輸容量產(chǎn)生使單纖傳輸容量產(chǎn)生(chnshng)飛躍飛躍480 Gb/sC + L Band200 ch.2 Tb/s1 Tb/s4 Tb/s50

36、 GHz spacing100 ch.25 GHz spacing40Gb channels12 Tb/sSpectrally EfficientModulation8 Tb/s12.5 GHz spacingC + L + S Band200016 Tb/s80Gb channels20014 Tb/s8 Tb/s第97頁/共172頁第九十八頁，共172頁。2、波分復用(f yn)頻帶1）WDM，DWDM和和FDM2）DWDM的復用的復用(f yn)頻帶頻帶(1535-1560) nm region called C-band, (1570-1610) nm region called L-

37、band ,(1480-1520) nm region called S-band1530 nm1540 nm1550 nm1560 nm1570 nm1580 nm1590 nm1600 nm第98頁/共172頁第九十九頁，共172頁。DWDM系統(tǒng)的標準系統(tǒng)的標準(biozhn)波長波長196.0199.0195.0194.0193.0192.0191.015051510153015351540154515501555156015651570OSC信道信道151010nmC-BandL-Band(THz) (nm)中心頻率中心頻率(中心波長中心波長)偏差偏差n/5，n為光信道間隔為光信道間隔

38、 標稱中心頻率或波長是以標稱中心頻率或波長是以193.1THz（1552.52nm)為為中心、間隔為中心、間隔為100GHz的整數(shù)倍。的整數(shù)倍。第99頁/共172頁第一百頁，共172頁。 光信道光信道 中心波長中心波長 中心頻率中心頻率 1 1548.51 nm 193.6 THz * 2 1549.32 nm 193.5 THz 3 1550.12 nm 193.4 THz * 4 1550.92 nm 193.3 THz 5 1551.72 nm 193.2 THz * 6 1552.52 nm 193.1 THz 7 1553.33 nm 193.0 THz * 8 1554.13 nm

39、 192.9 THz 9 1554.94 nm 192.8 THz * 10 1555.75 nm 192.7 THz 11 1556.55 nm 192.6 THz * 12 1557.36 nm 192.5 THz 13 1558.17 nm 192.4 THz * 14 1558.98 nm 192.3 THz 15 1559.79 nm 192.2 THz * 16 1560.61 nm 192.1 THz DWDM系統(tǒng)系統(tǒng)(xtng)的標準波的標準波長長第100頁/共172頁第一百零一頁，共172頁。DWDM系統(tǒng)(xtng)實際組成1）主信道：完成多波長的信道復用和傳輸功能。包括有源

40、的激光發(fā)射）主信道：完成多波長的信道復用和傳輸功能。包括有源的激光發(fā)射(fsh)和接收部分、無源合波和分波部分、光纖傳輸和光放大部分。和接收部分、無源合波和分波部分、光纖傳輸和光放大部分。2）監(jiān)控信道：完成網(wǎng)管、公務電話及其他信息的傳輸功能。）監(jiān)控信道：完成網(wǎng)管、公務電話及其他信息的傳輸功能。使用一個單獨的波長進行傳輸，其波長為使用一個單獨的波長進行傳輸，其波長為1510nm。在每一個站都進行再均衡、再識別和再定時（即。在每一個站都進行再均衡、再識別和再定時（即3R功能）。功能）。3）網(wǎng)管系統(tǒng)：完成對整個）網(wǎng)管系統(tǒng)：完成對整個DWDM系統(tǒng)的管理。系統(tǒng)的管理。4）公務電話系統(tǒng)：實現(xiàn)各站之間的公務

41、聯(lián)絡。）公務電話系統(tǒng)：實現(xiàn)各站之間的公務聯(lián)絡。第101頁/共172頁第一百零二頁，共172頁。3) 波分復用系統(tǒng)構成(guchng)原理 1 2 N波波分分復復用用器器 1 2 N波波分分解解復復用用器器光功率光功率(gngl)放大器放大器光線路光線路(xinl)放大器放大器光線路光線路放大器放大器光前置光前置放大器放大器 1 2 3 4 5 6 N光光譜譜光光譜譜波長波長波長波長單信道單信道WDM信號信號第102頁/共172頁第一百零三頁，共172頁。開放式和集成式系統(tǒng)結構集成式系統(tǒng)就是集成式系統(tǒng)就是 SDH 終端具有滿足終端具有滿足G.692的光接口的光接口(ji ku)：標準的光波長、滿

42、足長距離傳輸?shù)墓庠?。：標準的光波長、滿足長距離傳輸?shù)墓庠?。開放系統(tǒng)就是在波分復用器開放系統(tǒng)就是在波分復用器前加入前加入 OTU（波長轉換器）（波長轉換器），將，將SDH非規(guī)范的波長轉換非規(guī)范的波長轉換為標準波長，可以為標準波長，可以(ky)接接入不同廠商的入不同廠商的SDH 系統(tǒng)。系統(tǒng)。 波 分 復 用 器S1S2S3Sn OA OA OA解波分復用器R1R2R3Rn SDHSDHSDH SDH OTU 波 分 復 用 器 OTUG.957S1S2S3Sn OA OA解波分復用器R1 R2 R3 Rn SDH SDHG.957 OTUG.957 SDH SDHG.957 OTU第103頁/共1

43、72頁第一百零四頁，共172頁。Tx 1 Tx 2Tx NOM/OARx 1 Rx 2 Rx NOA/ODMPI-SMPI-RR1R2RnS1S2Snf1f2fNRM1RM2RMnSD1SD2SDnOA.RS有線路光放大器系統(tǒng)的參考(cnko)配置 （3）WDM系統(tǒng)系統(tǒng)(xtng)的配置的配置第104頁/共172頁第一百零五頁，共172頁。 S1Sn：通路：通路1n在發(fā)射機光輸出連接器處光纖上的參考點；在發(fā)射機光輸出連接器處光纖上的參考點； RM1RMn：通路：通路1n在在OM/OA的光輸入連接器處光纖上的參考點的光輸入連接器處光纖上的參考點； MPI-S：OM/OA的光輸出連接器后面光纖上的

44、參考點；的光輸出連接器后面光纖上的參考點； S：線路：線路(xinl)光放大器的光輸出連接器后面光纖上的參考點；光放大器的光輸出連接器后面光纖上的參考點； R：線路：線路(xinl)光放大器的光輸入連接器前面光纖上的參考點；光放大器的光輸入連接器前面光纖上的參考點； MPI-R：OA/OD的光輸入連接器前面光纖上的參考點；的光輸入連接器前面光纖上的參考點； SD1SDn：是：是OA/OD的光輸出連接器處的參考點；的光輸出連接器處的參考點； R1Rn：接收機光輸入連接器處的參考點。：接收機光輸入連接器處的參考點。第105頁/共172頁第一百零六頁，共172頁。2.5 Gb/s有有/無中繼放大器系

45、統(tǒng)無中繼放大器系統(tǒng)(xtng)在在G.652光纜上的色度色散容限值和目標傳送距離光纜上的色度色散容限值和目標傳送距離應用代碼 L V U nV3-y.2nL5-y.2 nV5-y.2 nL8-y.2最大色散容納值(ps/nm)160024003200720080001200012800目標傳送距離(km)80120 160360400600640L代表長距離; V代表很長距離; U代表超長距離 nWx-y.z n是最大波長數(shù)目; x是該應用代碼允許(ynx)的最大中繼間隔的數(shù)目; y是STM等級; z是光纖類型，2代表G.652光纖, 3代表G.653光纖,5代表G.655光纖第106頁/共1

46、72頁第一百零七頁，共172頁。第107頁/共172頁第一百零八頁，共172頁。WDM 1 2,.n12nWDM 1 2,.n12n(a) 合波器合波器(b) 分波器分波器插入損耗插入損耗: IL10log(Pout / Pin) 遠端串音（隔離度）：遠端串音（隔離度）： FCj(i)=-10lgPj(i)/Pi(i) i,j=1,n,且且ji 反射系數(shù)：反射系數(shù)： RL-10log(Pr / Pi) 偏振相關損耗偏振相關損耗(PDL): 偏振相關損耗指的是對于所有的偏振偏振相關損耗指的是對于所有的偏振態(tài)，由于偏振態(tài)的變化態(tài)，由于偏振態(tài)的變化(binhu)造成的插造成的插入損耗的最大變化入損耗

47、的最大變化(binhu)值。值。復用復用(f yn)/解復用解復用(f yn)器的參數(shù)器的參數(shù)第108頁/共172頁第一百零九頁，共172頁。D1、角色散型（光柵、角色散型（光柵(gungshn)型）型）角色散本領：角色散本領：色分辨本領：色分辨本領：minRDmin瑞利判據(jù)瑞利判據(jù)(pn j)：第109頁/共172頁第一百一十頁，共172頁。光柵(gungshn)原理第110頁/共172頁第一百一十一頁，共172頁。光柵(gungshn)型cos2dkDNkR 第111頁/共172頁第一百一十二頁，共172頁。2、干涉、干涉(gnsh)型型（1）干涉）干涉(gnsh)膜濾膜濾波器型波器型q

48、多層介質多層介質(jizh)薄模薄模q 自聚焦透鏡自聚焦透鏡第112頁/共172頁第一百一十三頁，共172頁。q 多層介質多層介質(jizh)薄膜薄膜cos2cos2coscoslllBCABlA1和A2路程(lchng)差：相位差：相位差：nl2mnlTcos2透射透射(tu sh)波長：波長：m是整數(shù)。是整數(shù)。第113頁/共172頁第一百一十四頁，共172頁。薄膜透射薄膜透射(tu sh)性質性質第114頁/共172頁第一百一十五頁，共172頁。q 自聚焦透鏡自聚焦透鏡(tujng)（1/4節(jié)距的自聚焦棒）節(jié)距的自聚焦棒）)211 ()(220rnrn折射率分布：折射率分布：近軸光線近軸光

49、線(gungxin)軌跡：軌跡：zrzrzrzrzrzrcossin)(sincos)(00002,00nzLdzdrr節(jié)距節(jié)距第115頁/共172頁第一百一十六頁，共172頁。干涉(gnsh)膜濾波器型SMFSMFLensLensLensLensLens通道通道 1通道通道 7通道通道 5通道通道 3通道通道 8通道通道 6通道通道 2通道通道 4LensLensLensLensMicroPlasma 多層介質膜濾波器多層介質膜濾波器 (8 通道通道)第116頁/共172頁第一百一十七頁，共172頁。安裝安裝(nzhung)在自聚焦軸上的波分復用器件在自聚焦軸上的波分復用器件消除消除(xio

50、ch)偏振敏感性偏振敏感性第117頁/共172頁第一百一十八頁，共172頁。DWDM 系統(tǒng)測試 解復用器特性 終端編號： A 1508 1550 1552 1554 1556 1558 1560 1562 注 1：本測試使用 Q8347 光譜儀傳輸特性測試模式測得。 注 2：輸入信號使用白噪聲光源。第118頁/共172頁第一百一十九頁，共172頁。（2）Mach-Zahnder濾波器型濾波器型lvLtilvLtiiiltiiiiiieAEieAEAppiAeEEEp)/(2)/(122121222第119頁/共172頁第一百二十頁，共172頁。)(cos/)(cos)(cos1 2221212

51、1222120)/()/(2121LLvpPTLLvAvLLAEEpieeAEEEolvLtivLti第120頁/共172頁第一百二十一頁，共172頁?；诨?jy)M-Z濾波器的四波分復用器濾波器的四波分復用器第121頁/共172頁第一百二十二頁，共172頁。Input iOutput jWaveguide k（3）陣列）陣列(zhn li)波導光柵波導光柵Arrayed Waveguide Gratinginiiniinikkddoutjoutjoutkjkdd第122頁/共172頁第一百二十三頁，共172頁。第123頁/共172頁第一百二十四頁，共172頁。Arrayed Wavegu

52、ide GratingnAdjacent waveguides have path length difference of L.nRelative phase from input i to output j going through waveguide k isnWith a so-called Rowland construction, we have outkjinikijkdnLkndn1212outjinioutjiniijknLnnkdndn1211122第124頁/共172頁第一百二十五頁，共172頁。 Arrayed Waveguide GratingnWavelength

53、s that are present at input I that satisy the phase matching condition for some integer m will add in phase and transferred to output jnExample: DemultiplexerAll are present at input i. We engineer so thatmnLnnoutjini121outjjoutjinimnLnn121第125頁/共172頁第一百二十六頁，共172頁。第126頁/共172頁第一百二十七頁，共172頁。3、單模光纖耦合器型

54、、單模光纖耦合器型用途用途(yngt)：多路復用，雙路解復用：多路復用，雙路解復用第127頁/共172頁第一百二十八頁，共172頁。第128頁/共172頁第一百二十九頁，共172頁。1)(sin)(sin)(sin)(cos)(cos102020202020201eeeLcLcpczppLcpczppmLcLcee2)()(2010或0和 m=0, +/-1, +/-2,. 第129頁/共172頁第一百三十頁，共172頁。n用于復用波長數(shù)目用于復用波長數(shù)目(shm)較多較多的場合的場合 1 2 3 4 1 3 2 4 =100GHz=50GHz波長信道波長信道(xn do)交織器交織器(Int

55、erleaver)第130頁/共172頁第一百三十一頁，共172頁。n更高的單波長比特率：更高的單波長比特率：80Gb/sn更密集的波長間隔：更密集的波長間隔：20GHzn更寬的可用波長范圍更寬的可用波長范圍(fnwi)：C、L和和S波長帶波長帶n更長的光放大段：數(shù)百更長的光放大段：數(shù)百kmn更長的光再生中繼段：更長的光再生中繼段： 3Tbit/s (300*11.6Gbit/s) transmission Over 7380kmn更大容量的光系統(tǒng)：更大容量的光系統(tǒng)：10.92Tb/sn更多類型的業(yè)務接口。更多類型的業(yè)務接口。WDM系統(tǒng)(xtng)發(fā)展趨勢第131頁/共172頁第一百三十二頁，

56、共172頁。第132頁/共172頁第一百三十三頁，共172頁。第133頁/共172頁第一百三十四頁，共172頁。第134頁/共172頁第一百三十五頁，共172頁。NNNNNN發(fā)送模塊接收模塊DXC發(fā)送模塊接收模塊DXC12Nf111222NfNfNf波長變換器波分解復用器波分復用器波分解復用器波分復用器1M2(a)(b)空間光開關矩陣MNMN開關矩陣典型(dinxng)的OXC結構第135頁/共172頁第一百三十六頁，共172頁。發(fā)送模塊接收模塊DXC接收模塊發(fā)送模塊DXCNNNNNNNNNNNN星型耦合器空間開關矩陣空間開關矩陣星型耦合器星型耦合器星型耦合器波長變換器可調諧濾波器可調諧濾波器

57、(a)(b)Nf12NfNfNf1112221122MM第136頁/共172頁第一百三十七頁，共172頁。第137頁/共172頁第一百三十八頁，共172頁。干線信號 解復用器 光開關 復用器 基基于于解解復復用用器器和和光光開開關關的的OADM 上路信號 下路信號 干線信號 典型(dinxng)的OADM結構第138頁/共172頁第一百三十九頁，共172頁。光環(huán)形器 光環(huán)形器 光纖光柵 干線信號 下路信號 干線信號 上路信號 基基于于光光纖纖光光柵柵和和光光開開關關的的OADM 第139頁/共172頁第一百四十頁，共172頁。第140頁/共172頁第一百四十一頁，共172頁。第141頁/共17

58、2頁第一百四十二頁，共172頁。第142頁/共172頁第一百四十三頁，共172頁。SDH網(wǎng)絡網(wǎng)絡WDM網(wǎng)絡網(wǎng)絡電路層電路層電路層電路層通道層通道層電通道層電通道層復用段層復用段層電復用段層電復用段層再生段層再生段層光層光層物理層物理層物理層物理層光傳送網(wǎng)光傳送網(wǎng)電路層電路層電路層電路層虛通道虛通道PDH通道層通道層SDH通道層通道層虛通道虛通道電復用段層電復用段層電復用段層電復用段層光信道層光信道層光復用段層光復用段層光傳輸段層光傳輸段層物理層物理層第143頁/共172頁第一百四十四頁，共172頁。第144頁/共172頁第一百四十五頁，共172頁。第145頁/共172頁第一百四十六頁，共172

59、頁。IPATMEthernetSTM-NOptical Multiplex Section (OMSn)Optical Transmission Section (OTSn)OTM-0OTM-n (n1)Optical Channel (OCh)Optical Channel - Data Unit (ODU)Optical Channel - Transport Unit (OTU)Optical Channel - Payload Unit (OPU)OTM-0PhysicalSection(OPS0)Figure 6 3/G.709 Structure of the ONNI(Optic

60、al Network Node Interface)第146頁/共172頁第一百四十七頁，共172頁。1234116 173824RowColumnOTUk OverheadOTUk Payload(4 x 3808 bytes)38254080OTUk FEC(4 x 256 bytes)光信道光信道(xn do)數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)單元(ODUk)的幀結構的幀結構第1行的第1到第16列是預留給光信道傳送單元k(OTUk)的開銷所用；第2到第4行的第1到第16列是預留給光信道數(shù)據(jù)(shj)單元(ODUk)的特殊的 開銷所用；第1到第4行的第17到第3824列是留給光通道傳送單元的凈負荷所用；第1到第