通工专业-光纤通信技术-第十一章-光纤通信新技术要点分析.ppt

光纤通信技术Optical Communication ;11.1 新型光纤技术 11.2 全光光纤通信技术 11.3 相干光通信;11.1.1 光纤的非线性效应;1. 非线性光学效应 非线性光学效应是强光场与物质相互作用，由于非线性极化所产生的一些现象。当外电场强度足够大时，P与E不再成线性关系，其关系可用级数表示为 ; 光纤中的非线性效应可分为两类: 一、受激非弹性散射：光场经过非弹性散射将能量传递给介质产生的效应。包括：受激布里渊散射(SBS)和受激喇曼散射(SRS) 二、非线性折射率：光纤折射率与光强的相关性产生的效应。包括：自相位调制(SPM)、互相位调制(XPM)和四波混频(FWM);非线性效应概述; 受激非弹性散射; 在高功率传输时，光纤中的受激喇曼散射和受激布里渊散射能导致相当大的损耗，一旦入射光功率超过阈值，散射光强将指数增长。是一种阈值行为。 阈值功率：在长度为L??光纤输出端因非弹性散射而损耗了50%的输入功率，这个输入功率叫做阈值功率。; 受激布里渊散射（SBS）（1）;峰值增益gB?5?10-11m/W，这样Pth可低至1mW，特别是在1550nm最低损耗处，将极大地限制光波系统的注入功率。但以上估计忽略了与入射光有关的谱宽效应，在典型系统中阈值功率可增大至10mW或更高。;4、减小SBS对系统影响的主要措施 减低入纤功率（减小中继间隔） 增加光源线宽（色散限制）; 受激喇曼散射（SRS）（1）; 受激喇曼散射（SRS）（2）;?1 ?2 ?3 ?4;3、减小SRS对系统影响的主要措施 减低入纤功率（减小中继间隔） 减小信道间隔;二、 非线性折射率; 自相位调制SPM; 频率啁啾;SPM特点; 四波混频FWM;对于等间隔的WDM系统，这些频率分量将与信号频率重叠，形成信道之间的串扰，严重影响系统的性能。;11.1.2 光的双折射和偏振;克尔效应;克尔效应的最重要的特点是几乎没有延迟时间，它随电场的产生和消失迅速的产生与消失，利用科尔效应制成的克尔开关作为一种高速光开光，被广泛应用于许多科学领域，如高速摄影、电影、电视及脉冲激光器的Q开光等。;普克尔效应 有些晶体特别是压电晶体加上电场后其各向异性的性质发生变化：这种效应的特点是线性的，即折射率的变化和外加电场成线性关系。所以利用这种效应可以把电信号的变化变成光强度的变化，从接通电源到建立电致光效应所需时间一般小于10秒，因此可获得2.5Hz的调制带宽，因而近年来常用作高速光开关好和带宽光调制器。 ;2.偏振光;2.偏振片;11.1.3 光纤孤子; 光纤非线性效应和色散单独作用时，在光纤中传输的光信号都要产生脉冲展宽，对传输速率的提高是有害的。但如果适当选择相关参数，使两种效应相互平衡，就可以保持脉冲宽度不变， 因而形成光孤子。 光孤子(Soliton)是经光纤长距离传输后，其幅度和宽度都不变的超短光脉冲(ps数量级)。 光孤子的形成是光纤的群速度色散和非线性效应相互平衡的结果。利用光孤子作为载体的通信方式称为光孤子通信。 其传输距离可达上万公里，甚至几万公里，目前还处于试验阶段。;11.1.4 光孤子通信技术的基本原理; 在考虑色散作用下，并引入光纤非线性效应中自相位调制作用时，光脉冲包络的传输方程可写为下式： 式中：A(z,t)为脉冲包络，β1=1/νg，β2为群速度色散系数，β3为高阶色散系数，γ是代表自相位调制效应的非线性系数。 研究发现，只有方程的一个系数N为整数时，才有解。 且当N=1时，该解的包络与传输距离无关，即其在光纤中保形传输。; 只要控制好输入脉冲的初始功率和脉宽，并选择合适色散和非线形度量的光纤，可得到N=1时的弧子脉冲，该脉冲在光纤中传播的时候，如何忽略光纤损耗的情况下，其脉冲包络的幅度和形状不会发生变化。;11.1.4 光孤子通信技术的基本原理;2. 常见的光孤子源 光孤子源是光孤子通信系统的关键。要求光 孤子源提供的脉冲宽度为ps数量级，并有规定的形 状和峰值。光孤子源有很多种类，主要有： （1）自锁模掺铒光纤孤子激光器； （2）法布里—珀罗光纤孤子激光器； （3）DFB激光器/外调制孤子源； （4）DFB激光器/集成调制孤子源 ; 目前，光孤子通信系统已经有许多实验结果。例如，对光纤线路直接实验系统， 在传输速率为10 Gb/s时，传输距离达到1000 km； 在传输速率为20 Gb/s时， 传输距离达到