光通信器件

国内外现状:

由于对机械稳定性和热稳定性要求的不断提高， 人们希望利用全光纤器件来组成光路，这是因为： 1.信号被限制在纤芯范围内传输，从而提高了稳 定性； 2.是单模光纤具有非常低的散射和本征损耗。 上述因素在全光纤器件的设计和开发过程中扮演 了决定性的角色，使得部分全光纤器件的性能已 远远超过了材料光学组件和集成光学器件。



国内外现状:



可调式激光源可以1个激光器取代多个固定波长 激光器，同时备用品总共也仅需要3至5个即可， 大大降低系统成本。 能实现可调式的激光源主要有： 1．超周期结构光栅形DBR激光器； 2.取样光栅耦合型反射式激光器； 3.取样光栅DBR（Distributed Bragg Reflector） 激光器。 其CW（Continuous Wave）调谐范围大于40nm， 最大可达100nm。


主要研究内容

1.侧重于光纤通信系统关连技术、光纤通信器件技术、 光纤传感技术等方面的基础和应用研究。 2. 应用先进的FBG光纤传感技术，尤其是其网络化技术 的研究。同时，还侧重于光纤传感与光信息处理,光纤 传感技术与分布式光纤传感系统的结构原理和器件的研 制，研究光传感器设计与光电信息检测等光信息传输技 术。 3. 光通信网中关键技术和关键器件的研究。光电器件 特性研究以及噪声在半导体器件可靠性评价中的应用。 4. 新型光纤放大器，新型光纤激光器，全光OADM, 非 线性光子晶体光开关等新型全光通信器件研发。

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…)

物理效应: 宽频带导致的SRS... 光纤非线性 物理效应: FWM, XPM… 光纤非线性

增加信道密度

相关的信道监控技术

提升容量方法：多波段
WDM(波分复用)
窄带、小串话、稳定滤波
光发射机 1 光发射机 2 光发射机 3 光发射机 N 复用器 EDFA 1 光接收机 2 光接收机 3 光接收机 解复用器 N 光接收机 •高灵敏度 •宽动态范围
•波长稳定、窄线宽 •高速、小啁啾调制
增益平坦、宽带、较高输出功率
国内外现状:



全光网的内容包括： 1.光的传输；2.光的交换。 传输问题现在解决得较好，须要进一步提高质量，降低 成本。 全光交换的技术尚未解决。是光纤通信的关键问题，关 键在器件方面是: 光、全光的交换系统。 光开关，是其主要部件。研究光开关和全光交换器。 波长就是一个信号系统，由从前的电路交换换成当前的 光路交换。该交换系统是把光的传输和交换融为一体， 把交换给取消了。解决困惑传输高速路的问题，使宽带 推广应用有很好的基础。
惊 人 的 发 展 速 度

到90年代，光纤的传输速率已经达到了每秒10000兆 比特: 相当于在一对只有头发丝 1/10 粗细的光纤里可同时 开通 1250000 路电话，其发展速度是惊人的。 —光纤通信迅速地占领了世界各国的电信市场。到 1990年，全世界敷设光纤的长度已经可围绕地球赤道 400圈。长途电信网和市内电话的中继线已经基本上 被光纤组成的光缆代替。

几种技术方案

拉曼分布放大FRA 前向纠错技术FEC 传输光纤 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
光纤的色散限制及解决方案
PMD补偿技术 WDM/ETDM L+，S，S+ +OTDM L波段WDM
WDM 色散补偿
PMD限制
改善PMD特 性的光纤
国内光纤通信技术的 现 状 及 未

来
光纤通信是我国高新技术中与国际差距较 小的领域之一。光纤通信由于其具有的一 系列特点，使其在传输平台中居于十分重 要的地位。 虽然目前移动通信，甚至卫星移动通信的 热浪再现高波，但光纤通信仍然是最主要 的传输手段。在北美，信息量的80％以上 是通过光纤网来传输的。

光子作为信息载体之特色及优势
光纤通信 光纤通信提高容量的措施转到密集波分复用，即在一定波长 窗口内，每隔0.8nm(或其倍数)安排一个波长，如，每个波长传 播2.5Gbit/s，则光纤上8个波长等效总传输速率为82.5Gb/s。 目前可达商用的水平，我国为322.5Gb/s，国外如朗迅公司为 4010Gb/s，实验室中水平则巳超过太比特每秒。 光纤通信是光子技术目前最具有代表性的重大成就。人们曾 乐观地估计，随着密集波分复用技术、编码压缩技术的应用，一 根光缆所荷载的通信量足以满足全球的话音通信。正在迅速发展 的多媒体光通信技术就是这种超大容量信息的联网的基础。
国内外现状:


光网络中应用主要表现在动态波长分配，通过可 调激光以及可调滤波器等器件，实现基于波长的 通道分配。对于小于16个节点的光网路，利用可 调激光器可提供简单可靠的光网络方案，而更大 网络架构可同时结合OXC器件。 此外，利用可调式激光源，可实现光谱分析系统。 目前日本Santec公司开发出基于可调激光器的光 谱分析扫描系统，能在2.5秒时间内完成40nm宽 度的扫描，且激光波长的精确控制可达1 picometer的测量分辨率。
光通信器件
主要研究内容：

光通信为现代通信技术的重要分支之一，也是目 前国内外通信技术发展的热点技术。 属于通信与光电子技术相结合的应用基础学科。 包括现代光学与光电子学、光通信、光通信技术 和激光技术等。 本方向以光电子学及激光技术为理论基础，重点 研究光电通信器件及系统等关连技术；光电传感 等光信息检测及传输技术。
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WDM系统的发展趋势

单路超高速40Gb/s,160Gb/s,640Gb/s 超密信道间距10GHz 信道数攀升 1022 Channel 展宽波长范围C-Band,L-Band,S-Band 超长无中继 450km with remote Amp 超长传输距离 网络化
光子作为信息载体之特色及优势 光子技术优越性---（2）传输容量大 光子信息系统的带宽和连接性的彻底改善使系统的 信息交换和传递更加通畅。这一优异特性已在现代光通 信中得以充分体现。光纤通信容量从原理上讲比微波通 信大1万倍到10万倍以上，一路微波通道可传送一路彩 色电视或1千多路数字电话信号；而一根光纤则可同时 促进传送1千多万甚至1亿路电话。
相关的信道监控技术随着波分复用系统，特别 是密集波分复用系统的发展，在传输途中，尤 其是在中继节点对传输中各个信道光信号质量 监测就显得非常重要。 目前E-TEK、Bookham、Sensors等公司相继推出 了对各个信道进行监测的模块。 主要有两种技术：


相关的信道监控技术

1.利用波导结构＋光探测器阵列。波导结构主要由AWG 或多层介质膜构成。此类结构的监控模块扫描速度极快， 结构比较稳定。 缺点：是成本较高，且可监控的波长数固定，系统扩展 时需要另加模块。 2.利用外腔滤波结构＋单个光探测器。使用时利用外腔 的可调谐性能扫描整个工作波段。此类结构可监控的波 长数较多，系统升级时无需改变模块的结构，成本较低。 缺点：在于扫描速度相对较慢，每次仅能扫描一个波长， 扫描时间一般在秒级。



光子作为信息载体之特色及优势
光子技术优越性---（1）器件响应和系统处理速度快。 光开关器件响应时间最快达10-9s即纳秒(ns)量 级，几乎到了其固有极限值。 利用多重波长和并行互联及并行处理，能克服 冯·诺依曼结构的电子计算机的瓶颈效应；由于 光可以进行并列处理，且没有阻抗匹配和必要布 线回路，故可作高速信号处理。



提升容量方法：单信道比特率提高
OTDM 原理
时钟提取
MOD MOD
超短脉 冲光源
MOD
时分 解复 用器
EDFA
时钟源
MOD MOD
耦合器
接收机
延时
全光放大技术
பைடு நூலகம்
由于光信号在光纤中传输时要受到损耗，因此 每隔几十千米，就要设置一个“再生中继器”。 这些再生中继器是先把光信号转换为电信号进 行放大，然后再转换成光信号，使放大了的光 信号继续沿光纤线路传送。 然而这种方式每次都要经过光变电和电变光两 次变换，形式很烦锁； 而且随着光纤通信系统传输容量的增大，需速 率极高的电子器件，这也是很难解决的问题。


惊 人 的 发 展 速 度



甚至在80年代还基本上是由卫星通信独揽的洲 际远洋通信和电视转播等业务局面也被打破。 到1990年，光纤通信所承担的上述业务的业务 量，已经上升到占40％， 到1991年，光纤通信所承担的通信业务量已经 超过了卫星通信，占56%。光纤通信网已经成 为“信息高速公路”的基础。
国内外现状:

AON的实现依赖于光器件和系统的发展，尤其是以DWDM 为基础的全光网络引入交叉连接和分/插复用等一些全 新的技术，这些功能的实现很大程度上取决于新型关键 器件的开发和研制。 许多公司或科研单位都投入较大的力量开发AON和WDM中 的新技术和新型的光器件，其中包括： 集成开关矩阵、滤波器、波长变换器、新型光纤、OADM 和OXC等关键器件。 还要重点解决高速光传输、复用器、高性能的探测器和 可调激光器阵列以及集成阵列波导器件等关键器件。
发展全光网络的一个先决条件




必须做到光层面的网络监控与管理。 以目前技术而言，若要对光信号做监控，须先将光信号取样后经 光电转换，才能做下一步的信号监控或路由控制。 缺点:设备昂贵，且线路复杂、管理不易，随着网络业务的快速 增加，显然没有经济效益。 利用可调式滤波器为基础的光纤监控和管理，则不须针对每一个 波长分别设置光电转换及监测设备，只需透过可调式滤波器，将 要处理的波长筛选出来即可，故可大大简化光纤监管系统架构。 特别是对于传统的可调式OADM必须用波分复用器将所有波长分别 独立，再通过电路控制选择待下载波长，若用可调式滤波器取代 波分复用器，则不须将个别波长分别独立，只要使用一个可调式 滤波器将要下载波长筛选出来即可。
新型光纤
OTDM

我国光纤通信的广泛应用


全国通信网的传输光纤化比例已高达82％。光 纤通信技术的应用基本达到国际同类水平，自 主开发的光纤通信产品也比较接近国际同类产 品水平。 实现信息高速公路的途径： 波分复用的光纤网 络技术。 光纤通信的发展趋势是：从光电混合向全光方 向发展， 光纤通信的发展方向是：往三网合一的全光网 络方向发展。。



掺 铒 光 纤 放 大 器

—掺铒光纤放大器的研制成功，使进入90年代
的光纤通信容量又提高了一个数量级。

随着技术的发展和改进，掺铒光纤放大器必将 渗透到光纤通信的各个领域，从而使光纤通信 从发送端到接收端可实现 “全光传输”。这是 光纤通信发展史的一个新的里程碑。 结合宽带掺铒光纤放大器和喇曼放大器的光放 大器组合将是下一步大容量高速率密集波分复 用系统的必然选择。


实现全光网的关键器件

光开关、波分复用器、分插复用器、光交叉连接 设备、可调式激光和可调式滤波器等。 光开关是新一代全光网络的关键器件，在目前也 是一个相当热门的研究领域。主要应用在光交换 设备中， 实现全光层次的路由选择、波长选择、光交叉连 接、自愈保护功能。 利用MEMS设计的OXC，将成为今后OXC的主要发展 方向。
波 分 复 用 技 术

——目前光纤通信可利用的频谱范围还有
很大一部分尚未开发利用，而光电器件的 速率已经大约是电子电路的4～5倍。

要想进一步扩大传输容量，采用“光复用” 的方式是唯一的出路。 “光复用”就是在光域上用复用的方式来 进一步提高传输容量。波分复用（WDM） 技术就是光复用中最有前景的一种方式。


光纤通信技术方兴未艾

光纤通信虽为人们提供了过去难以想象的巨大 通信容量和超高速率，但它的巨大潜力却远远 没有发挥。 现在我们实际上只利用了光纤巨大潜力的1／ 1000。可以说，光纤通信的技术还正方兴未艾。 这里介绍几种重点开发的新技术。


光纤通信新技术

新型波分复用/解复用器技术 新型光纤及其相关技术 高速外调制器技术 宽带光放大技术