光纤通信新技术【DOC精选】.doc

第七章 光纤通信新技术 （4学时） 一、教学目的及要求： 使学生熟悉现代社会中普遍采用的光纤通信新技术，了解与以前技术的异同，重点掌握光纤放大器和光波分复用技术。 二、教学重点及难点： 本章重点：光放大器的类型及其特点、2、掺铒光纤放大器的工作原波分复用原理。 本章难点：光纤放大器的工作原理。 三、教学手段： 板书与多媒体课件演示相结合 四、教学方法： 课堂讲解、提问 五、作业： 课外作业： 7-4 7-5 7-6 7-8 7-9 六、参考资料： 《光纤通信》刘增基 第七章。 《光纤通信》杨祥林 第七章 七、教学内容与教学设计： 教学内容 教学设计 备注 【导入】（2分钟） 回顾上节课的主要内容，借以引出这节课的主要内容。 导入 [提问]提问引出本章的教学内容。 2分钟 第7章 光纤通信新技术 光纤通信发展的目标是提高通信能力和通信质量，降低价格，满足社会需要。进入20世纪90年代以后，光纤通信成为一个发展迅速、 技术更新快、新技术不断涌现的领域。 本章主要介绍一些已经实用化或者有重要应用前景的新技术，如光放大技术，光波分复用技术，光交换技术，光孤子通信，相干光通信，光时分复用技术和波长变换技术等。 7.1光 纤 放 大 器 光放大器有半导体光放大器和光纤放大器两种类型。半导体光放大器的优点是小型化，容易与其他半导体器件集成； 缺点是性能与光偏振方向有关，器件与光纤的耦合损耗大。光纤放大器的性能与光偏振方向无关，器件与光纤的耦合损耗很小， 因而得到广泛应用。 7.1.1掺铒光纤放大器工作原理 下图示出掺铒光纤放大器(EDFA)的工作原理，说明了光信号为什么会放大的原因。 掺铒光纤放大器的工作原理 硅光纤中铒离子的能级图； (b) EDFA的吸收和增益频谱 如果输入的信号光的光子能量等于能级2和能级1的能量差，则处于能级2的Er3+将跃迁到基态(2→1)， 产生受激辐射光，因而信号光得到放大。 下图示出输出信号光功率和输入泵浦光功率的关系， 由图可见，泵浦光功率转换为信号光功率的效率很高，达到92.6%。当泵浦光功率为60 mW时，吸收效率［(信号输入光功率-信号输出光功率)/泵浦光功率］为88%。 掺铒光纤放大器的特性 (a) 输出信号光功率与泵浦光功率的关系； (b) 小信号增益与泵浦光功率的关系 7.1.2掺铒光纤放大器的构成和特性 掺铒光纤(EDF)和高功率泵浦光源是关键器件，把泵浦光与信号光耦合在一起的波分复用器和置于两端防止光反射的光隔离器也是不可缺少的。 设计高增益掺铒光纤(EDF)是实现光纤放大器的技术关键， EDF的增益取决于Er 3+的浓度、光纤长度和直径以及泵浦光功率等多种因素，通常由实验获得最佳增益。 光纤放大器构成方框图 (a) 光纤放大器构成原理图； (b) 实用光纤放大器外形图及其构成方框图 波长为980 nm的泵浦光转换效率更高，达10 dB/mW， 而且噪声较低，是未来发展的方向。 7.1.3掺铒光纤放大器的优点和应用 EDFA有许多优点， 并已得到广泛应用。 EDFA的主要优点有：  (1)工作波长正好落在光纤通信最佳波段(1500～1600 nm)； 其主体是一段光纤(EDF)，与传输光纤的耦合损耗很小，可达0.1 dB。 (2) 增益高，约为30～40 dB; 饱和输出光功率大，约为10～15 dBm; 增益特性与光偏振状态无关。 (3) 噪声指数小， 一般为4～7 dB; 用于多信道传输时， 隔离度大，无串扰，适用于波分复用系统。 (4) 频带宽，在1550 nm窗口，频带宽度为20～40 nm， 可进行多信道传输，有利于增加传输容量。 1550 nm EDFA在各种光纤通信系统中得到广泛应用，并取得了良好效果。已经介绍过的副载波CATV系统，WDM或OFDM系统，相干光系统以及光孤子通信系统，都应用了EDFA，并大幅度增加了传输距离。 EDFA的应用， 归纳起来可以分为三种形式， 如下图所示。 光纤放大器的应用形式 (a) 中继放大器； (b) 前置放大器和后置放大器 讲解 [板书] [板书] [板书] [多媒体课件] 98分钟 7.2 光波分复用技术 随着人类社会信息时代的到来，对通信的需求呈现加速增长的趋势。发展迅速的各种新型业务(特别是高速数据和视频业务)对通信网的带宽(或容量)提出了更高的要求。为了适应通信网传输容量的不断增长和满足网络交互性、灵活性的要求，产生了各种复用技术。 在光纤通信系统中除了大家熟知的时分复用(TDM)技术外， 还出现了其他的复用技术，例如光时分复用(OTDM)、光波分复用(WDM)、 光频分