光纤通信技术基础 陈根祥 光纤技术基础01.pptVIP

光通信技术基础Fundamentals of Optical Communication Technology “光通信技术基础” 课程组 北京交通大学电子信息工程学院 光通信技术基础 第一部分 光通信技术概要 A Perspective on Optical Communication Technology 一、 光纤技术的历史回顾 1960’s 以前 用光载波进行通信的必要性 激光与光导纤维 高锟的发现与光纤技术的兴起 光纤通信的巨大优势及其在通信领域的重要地位 二、光纤制造技术和光缆 三、光纤的基本特性 光纤的基本结构与参数 多模光纤与单模光纤 光纤损耗 光纤色散 光纤中的非线性效应 光纤的物理化学特性 光纤操作过程中的安全问题 四、通信光电子器件 半导体电子学基础 半导体激光器（LD）与发光二极管（LED） PIN与APD光电二极管 光放大器 铌酸锂外调制器 波分复用与解复用器 五、光纤传输与光网络技术的发展 光纤传输技术的发展 FTTH 网络的全光化趋势 Summary and Comments τ＝1us τ＝10ms EDFA Gain Flattening Passive equalization Add dopant: fluoride based EDFA Broadband filter (LPFG) Hybrid pump (980nm, 1480nm pump) Active equalization Acousto-Optic Tunable Filter (AOTF) 石英光纤的Raman增益谱 FRA的特点: (1) 可在任意通信波段上实现； (2) 放大带宽可达15THz (3) 分布式放大 光纤Raman放大器 铌酸锂Mach-Zehnder 光调制器 器件结构 z x y 基本原理 Bias Voltage 波分复用与解复用器 Optical Multiplexer l1 l2 l3 l1...n Optical De-multiplexer l1 l2 l3 l1...n 光的波分复用与解复用技术是在一根光纤上同时开 通多个高速率波长通道的基础。 利用光放大器与波分复用技术可以使现有光纤系统 的传输容量得到成百甚至上千倍的提高，是当前光 纤产业领域的热门技术。 波分复用与解复用可通过多种途径实现。 棱镜型复用/解复用器 体光学器件，光纤到光纤耦合损耗较大 分立器件过多，不利于器件的长期稳定性 制作难度和成本较高 光栅型复用/解复用器 体光学器件，光纤到光纤耦合损耗较大 分立器件较多，不利于器件的长期稳定性 光栅制作难度较大和器件整体成本较高 λ1,λ2 ??? λn λ1 λ2 λn 光栅 透镜 自聚焦棒 光纤 多层膜波分复用器 技术成熟，已商用化 当波长通道数较度时，器件体积较大 不适用于通道数较多的情况 光纤光栅 物理结构 光谱特性 制作技术 光栅的光谱特性可根据需要通过改变制作参数进行设计 光栅的主要类型有均匀光栅，切趾光栅，啁啾光栅，取样光栅 采用取样光栅技术可以制作出符合WDM标准的梳状滤波器 光纤光栅复用/解复用器 全光纤器件，无须耦合 光纤光栅本身的长期稳定性不够理想 阵列波导光栅（AWG） 导波光学器件，适合高信道数WDM系统 易于与其它导波光学器件集成 是WDM器件开发的主要方向 易于受温度，制作过程中引入的应力，入射光偏振态等的影响 光纤中的光学非线性 Self-phase modulation (SPM) SPM谱展宽，脉冲啁啾和畸变，光孤子 Cross-phase modulation (XPM) XPM双折射，功率损失、啁啾和畸变，波长串扰，时分解复用 Four-Wave Mixing (FWM) 功率损失，波长串扰，波长转换，光谱反转 Stimulated Raman scattering (SRS) 功率损失，波长串扰，分布式光放大，典型阈值1~2W Stimulated Brillouin scattering (SBS) 功率损失，反向串扰，Brillouin陀螺，对高速信号无影响，阈值2~5mW 色散对非线性有明显的抑制作用 光纤的物理化学特性 SiO2密度：2.2g/cm3 单模光纤外径：125 microns 裸纤重量： 27g/km 不溶于水 受OH-影响，必须防水 抗酸碱性能较差 绝缘性好 承受轴向应力能力强,承受径向作用