光纤通信课件

• 光传输频率
– 光频>>信号频率
• 无需考虑信号频率变化的影响 • 光速c=299792458m/s • 可见光的频率范围处在430万亿赫兹（红光）与750万亿赫兹
（紫光）之间
• 整个光谱的频率可小到十亿赫兹之下（电磁波），大到3 X 10 10 十亿赫兹之上（γ射线）。
– 复用
• 波分复用
• 光学并行性
全息技术
用一条激光束将一个 物体照亮，使其反射 到那个底板上去，再 用另一条光束，经 过平面镜，也反射到 那个底板上去，两者 在底板上形成一幅“干 涉图样”。底板再受到 第二条波长相同的激 光束照射时，就会显 现出清晰的图象。
空间光调制器
光纤旋转连接器
第一章 光通信基础知识
• 1.1 光互连网络概念及背景
• DWDM（密集波分复用，90年代中期）
– 使用1550nm窗口 – 64－160个通道 – 通道间距50或25GHz
• CWDM（粗波分复用，90年代中期）
– 通道减少 – 间距增大
• 信号发生：LD • 信号合并：复用器 • 信号传输：光纤 • 信号放大：光放大器 • 信号分离：解复用器 • 信号接收：光探测器
光网络及互连系统
• 光网络概述
– 概述 – 网络拓扑 – 同步光网络 – 波分复用
• 光互连系统
– 概述 – 光纤互连 – 光电混合光纤互连 – 自由空间光互连
– 基于智能像素自由空间 光互连
光网络概述
• 光互连技术特点回顾
– 高带宽、独立传输、无干扰、互连数目大
– 互连密度高、低功耗（如何理解？）
• 实现光互连网络重构
– 光网络动态互连
• 1.3 光互连系统的技术特性
– 光互连的链路与结点
• 链路是用于多处理器系统中两个处理器或其他信息 功能单元之间一对一的连接通道
• 结点是链路和光互连网络端点所连接的功能单元
• 互连网络中的光交换（光开关）
– 路由器！！！
– 光电混合式 – 全光式
• 多计算机系统中的粒度
• 大规模并行计算机中的互连网络
– 并行神经网络
• 电互连的限制
– 带宽限制 – 时钟歪斜 – 严重串话 – 寄生效应 – 易受电磁场干扰 – 高功耗
• 光互连的优越性
– 极高的空间和时间带 宽积
– 抗干扰
– 互连数大、互连密度 高
– 无触点连接 – 等光程性 – 低功耗
• 光互连技术的实现方式
– 光互连定义：以光的波粒二相性与物质相互作 用产生的各种现象实现数据和信号传输和交换 的理论和技术
– 波粒二相性? – 相互作用? – 传输和交换？
• 光通信的发展
– 50年代，集成电路芯片 – 60年代，半导体激光器 – 70年代，激光二极管室温运转 – 80年代，低损耗硅玻璃光纤
• 大规模并行机
再见
• 加/减多路复用（OAD
光纤
自 聚焦 透 镜
光纤 1、2
(a) 自 聚焦 透 镜
2 滤 光片
(c)
光纤 1
自 聚焦 透 镜分 光片 4
3
2
(b)
1
1
23
自聚焦透镜 硅光栅 光纤
1＋2＋3 (d)
光隔离器
SOP 入射 光
偏振 器
阻塞
法拉 弟 旋转 器
偏振 器 反射 光
– 自由空间光互连 – 光波导互连（光纤互连）
• 点对点 • 总线 • 环网 • 全连接
网络拓扑
• 超立方体 • 星型 • 树型 • 网格 • 混合
并行系统中的光纤互连
• 光多路复用
– 时分复用（TDM） – 频分复用（FDM） – 波分复用（WDM）
• 解复用
– 棱镜 – 衍射光栅 – 阵列波导光栅 – 干涉滤光片 – 布拉格光纤光栅法
– 处理器与处理器 – 处理器与内存 – 电互连？光互连？
• 神经网络计算机
– 脑神经网络：上万个突触与周边互连 – 密集度！
• 集成电路
– 带宽 – 互连密度 – 时钟 – 能耗 – 抗干扰
• 1.2 光互连的物理依据
– 光学信息通道
• 不具有静质量：真空&介质 • 以介质中的光速传播，与接收信号的元件数无关 • GHz带宽，损耗小
2 1
3
(a)
2
1
3
4
(b )
• 密集波分复用（DWDM）
– 850nm – S波段：1310nm – C波段：1550nm – L波段：1625nm
• WWDM（宽波分复用，20世纪80年代）
• NWDM（窄带波分复用，20世纪90年代）
– 使用1550nm窗口 – 2－8个通道 – 通道间距400GHz
– 电子之间通过电磁场相互作用 – 光波导可相互穿越（交叉角>10度） – 光互连不受平面或准平面的限制 – 光互连密度的限制
• 自由空间：可分辨的光点尺寸 • 波导：所要求的波导尺寸
• 光传输的多维多重复用性
– 波长 – 偏振 – 相位 – 频率
• 光互连的扇出数
– 扇出数：广播能力，即一点到多点的连接能力