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光纤通信技术课程总结王建萍jpwang@tsinghua.edu.cn信息光电子研究所清华大学电子工程系
驱动电路光电二极管中继器调制器放大器判决器光纤光纤光源
一、光发射机激光器是一种阈值器件。nnnn激光器的瞬态特性影响着调制信号的质量。调制码型:NRZ、RZ、CRZ、CSRZ前向纠错(FEC)是数字通信系统中应用的基本差错控制方式之一,其原理是发端在信息比特后附加冗余的校验比特,即进行编码,接收端译码的同时,在纠错能力范围内,自动纠正传输中的错误,而无需信息的重发。其编码增益能给系统提供几个dB的富裕度。PMD
二、光纤光纤的损耗;nnn光纤的色散;光纤的非线性
色散展宽是提高通信速率的主要障碍图1
零色散波长??正常色散区D??反常色散区?0,D0红快兰慢D2?0,D0兰快红慢2光脉冲的较高的频率分量(兰移)比较低的频率分量(红移)传输得慢光脉冲的较高的频率分量(兰移)比较低的频率分量(红移)传输得快
色散诱导啁啾
啁啾高斯脉冲展宽因子T/T随传输距离的变化10异号时?C0,同号时?C0,啁啾高2在传输初始阶段2斯脉冲单调展宽的速度比无啁啾脉冲的快脉冲宽度变窄,而后迅速展宽无啁啾脉冲,不论色散正负,脉宽随[1+(z/LD)2]1/2成比例展宽
光纤中的非线性自相位调制附加相移:折射率:附加频移:正啁啾反常色散(t↑→ω↑非线性克尔效应自相位调制压窄)
色散与非线性自相位调制共同作用正常色散反常色散上啁啾反常色散光脉冲具有一定的谱宽展宽非线性自相位调制压窄★LL色散占优势展宽DNL色散与非线性效应平衡无畸变一阶光孤子传输★L=LDNL非线性效应占优势高阶光孤子传输★LLDNL脉冲呈压窄、展宽、分裂、复原周期性变化
色散与非线性自相位调制共同作用
无损光纤中的光脉冲传输
无损光纤中的光孤子传输图8
无损光纤中的光孤子传输
光孤子:利用非线性平衡色散效应缺点:维持色散与非线性间的平衡条件过于精细,利用非线性带来其它副作用
多种非线性效应共同作用
光纤的其它限制及解决方案PMD补偿技术改善PMD特性的光纤PMD限制WDM/ETDML+,S,S++OTDM新型光纤L波段WDMOTDM非线性限制非零色散位移光纤色散位移光纤色散补偿孤子WDM色散限制普通单模光纤
提升容量方法:单信道比特率提高OTDM原理时钟提取MODMOD时分解复用器超短脉冲光源MOD接收机EDFA耦合器时钟源MODMOD延时
提升容量方法:多波段WDM(波分复用)窄带、小串话、稳定滤波EDFA光发射机?1光发射机?2光发射机?3?1光接收机?2光接收机?3光接收机光发射机?N复用器?N光接收机解复用器增益平坦、宽带、较高输出功率?波长稳定、窄线宽?高速、小啁啾调制?高灵敏度?宽动态范围
面临的问题提升对L波段的器件要求~L波段放大器,(L波段EDFA+拉曼放大器)~L波段的各种光子器件:LD,WDM,隔离器……DCF!?
面临的问题多波段带来的问题:非线性非线性不可完全补偿,它将恶化OSNR,成为WDM系统容量提高的主要限制,它源于开辟新窗口(L-Band…)n物理效应:宽频带导致的SRS...?光纤非线性n增加信道密度n物理效应:FWM,XPM…?光纤非线性n
几种技术方案拉曼分布放大FRAnn前向纠错技术FEC传输光纤nn信号调制格式新型可调谐器件如何应对PMD?补偿?好光纤?3R再生nnn
三、光器件激光器(可调谐)受激辐射nnnnnnnnnnn放大器(增益均衡)调制器非线性效应半导体光电效应基于晶体的电光、磁光、声光效应探测器(波长选择)光隔离器基于波导的电光、磁光、声光效应nn环行器光开关基于光纤的电光、磁光、声光效应波长变换器上下话路器分束/合束器波分复用/解复用器nnnn微机械干涉nnn波导或光纤中的模式耦合滤波器n
光电子器件的新进展光通信器件是光通信系统的基础,没有器件就没有系统,往往一个新器件的出现可以引起整个系统的重大革新。目前器件的发展和升值方向为:§波长可选择、可调谐:多波长激光源、可调谐光探测器、波分复用/解复用器、波长转换器、增益平坦光放大器、光开关矩阵、可调色散补偿器、可调谐光滤波器……§集成化:多功能集成、有源和无源集成§小型化、智能化:能灵活地动态控制§全光纤化(基于光纤光栅)和半导体功能器件集成化§高可靠:通信设备要求连续使用寿命25年§产品走向:市场、技术难度、成本(backbone-metro-access)
下一代WDM网络中的光通信器件vS波段和L波段应用的光通信器件v基于技术组合的用于超密集波分复用的光通信器件(如:WDM和光开关可组合成一个全光的波长路由器)v用于城域网的WDM器件:低价、可
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