光通信新技术创新讲座.pptx

创新技术讲座（1）; 光纤放大器 光波分复用技术 光交换技术 光孤子通信 相干光通信技术 光时分复用技术 波长变换技术;一、 光 纤 放 大 器 ;掺铒光纤(EDF)中，铒离子(Er3+)有三个能级： 能级1代表基态， 能量最低；能级2是亚稳态，处于中间能级；能级3代表激发态，能量最高。; 图 1掺铒光纤放大器的工作原理 (a) 硅光纤中铒离子的能级图； (b) EDFA的吸收和增益频谱 ;4. 激发态不稳定，Er3+很快返回到能级2。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，信号光得到放大。泵浦光能量转换为信号光。; 图2 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 ;掺铒光纤放大器的构成和特性;隔离器作用是防止光反射，保证系统稳定工作和减小噪声，要求插入损耗小，反射损耗大。; 图3-2 实用光纤放大器外形图及其构成方框图;EDFA特性： 在泵浦光功率一定的条件下，输入信号光功率较小时，放大器增益不随输入信号光功率变化，基本保持不变。 当信号光功率增加到一定值 (一般为—20dBm)，增益随信号光功率增加而下降， 输出信号光功率达到饱和。; 图4 掺铒光纤放大器增益、 噪声指数和输出光功率与输 入光功率的关系曲线;;掺铒光纤放大器的优点和应用;4. 频带宽，在1550nm窗口，频带宽度为20～40nm，可进行多信道传输，有利于增加传输容量。; 图5 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 ;二、 光波分复用技术; 图6 中心波长在1.3 μm和1.55 μm的硅光纤低损耗传输窗口 (插图表示1.55 μm传输窗口的多信道复用);在光纤两个低损耗传输窗口：波长为1.31μm(1.25～1.35μm)的窗口，相应的带宽 为中心波长和相应的波段宽度，c为真空中光速)为17700GHz；波长为1.55μm(1.50～1.60μm)的窗口，相应带宽为12500GHz。两个窗口合在一起，总带宽超过30THz。;用WDM 和DWDM区分是1310/1550 nm 简单复用还是在1550 nm波长区段内密集复用。 1310/1550 nm复用超出EDFA的增益范围，用WDM来代替DWDM。;2. WDM系统的基本形式;2. 单纤双向传输：双向WDM传输是指光通路在一根光纤上同时向两个不同的方向传输，所用波长相互分开， 以实现双向全双工的通信。 ; 图7 双纤单向WDM传输;图8 单纤双向WDM传输;其中Pi为发送进输入端口的光功率；P0为从输出端口接收到的光功率。 ;2. 串扰抑制度：指其他信道的信号耦合进某一信道，并使该信道传输质量下降的影响程度。;4. 反射系数：在WDM器件的给定端口的反射光功率Pr与入射光功率Pj之比，即;WDM系统的基本结构;图9 实际WDM系统的基本结构;经过一定距离传输后，用掺铒光纤放大器(EDFA)对光信号进行中继放大。根据具体情况，将EDFA用作“线放(LA)”, “功放(BA)”和“前放(PA)”。;光监控信道(OSC)：监控系统内各信道的传输情况；; WDM技术的主要特点;光滤波器与光波分复用器; 图10 光滤波器的三种应用 (a) 单纯的滤波应用； (b) 波分复用器中应用； (c) 波长路由器中应用;有较低的插入损耗，且损耗与输入光的偏振态无关。;图11 由波分复用器构成静态路由器; 图12 光滤波器的1 dB带宽;a：用于将光分离为不同波长的单色光。 WDM系统中光栅用在解复用器中，分离出各个波长。; 图13 光栅 (a) 透射光栅； (b) 反射光栅 ;图14 透射光栅的工作原理 ;a：传输媒质的周期性微扰可看作布喇格光栅；微扰常引起媒质折射率周期性的变化。;一个波的能量可耦合到另一个波中。 Λ为光栅周期.; 图15 布喇格光栅的反射谱 (a) 均匀折射率