光纤通信新技术1汇总
光通信新技术1
光通信新技术1.光通信的历史回顾原始光通信源远流长⏹用光来传送信息，可能是人类最早应用的一种远距离通信手段。
⏹人类学会取火和使用工具的同时就有了利用光的通信。
开始，人们用点火的方法使同伴在黑夜中知道自己的位置，后来发展到利用烽火来传送简单的信息。
古代的“烽火台”是大家都知道的古老的光通信手段。
⏹后来人们又联想到利用“有光“和“无光”的两种状态，来传送更多的信息。
例如用灯的亮和灭，可以发出各种信号。
这种通信方式至今仍在船舶上使用。
贝尔制作的“光电话”的装置⏹—利用光来传送电话也有100多年的历史了。
以发明电话而著名的贝尔，在1876年发明了电话之后，就想到利用光来通电话的问题。
⏹1880年，贝尔制作了一台叫做“光电话”的装置，利用太阳光作光源，用硒晶体作为接收光信号的器件，进行了实验，达到了能与最远相距213米的人通话。
贝尔本人认为：在他的发明中，光电话是最伟大的发明。
气象条件的限制⏹利用光在大气中传送信息方便简单，所以人们开始研究的光通信都是这种方式。
但是光在大气中的传送要受到气象条件的很大限制，遇到下雨、下雪、阴天、下雾等情况，由于能见度大大降低，使信号传输受到很大阻碍。
⏹此外，太阳光、灯光等普通的光源，都不适合作为通信的光源，因为从通信技术上看，这些光都是带有“噪声”的光。
两个最根本性问题⏹由于这些光的频率不稳定、光的性质是复杂的。
因此，真要用光来通信，必须要解决两个最根本性问题：⏹一是必须有能稳定传送光的介质；另一个问题是必须要找到理想的光源。
⏹长期以来，由于这两项关键技术没有得到解决，光通信就一直裹足不前。
关键技术的重大突破⏹1960年，美国人梅曼发明了红宝石激光器，从此人们便可获得频率稳定的光源。
研究现代化光通信的时代也从此开始。
⏹这种光的频率比已经广泛应用的微波（频率约为10兆赫）的频率高1万倍。
⏹因此，用这种光来传送信息从理论上来说，通信的容量可以比微波通信的容量也大1万倍！因此，激光器的发明对光通信的研究工作产生了重大的影响。
光纤通信新技术
光网络智能化技术
THANKS
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新型光网络技术
05
总结词
光传送网（OTN）是一种新型的光网络技术，它通过使用数字封装技术将客户信号封装在光层进行传输，具有高带宽利用率、低延迟、高可靠性等优点。
详细描述
OTN通过将客户信号封装在数字容器中，实现了对客户信号的透明传输，同时提供了强大的故障恢复和保护能力。此外，OTN还支持多播和广播功能，能够实现灵活的带宽管理和调度。
软件定义光网络（SDON）
未来展望
06
随着数据流量的快速增长，超高速光传输技术成为光纤通信领域的研究重点。
超高速光传输技术通过提高信号传输速率，实现更大容量的数据传输。目前已经实现了Tbps级别的传输速率，未来还有望进一步提高。
超高速光传输技术
详细描述
总结词
超长距离光传输技术
总结词
超长距离光传输技术是实现跨洲际、跨大洋光传输的关键技术。
详细描述
自动交换光网络（ASON）
总结词
软件定义光网络（SDON）是一种基于软件的光网络技术，它通过使用软件编程的方式实现光网络的配置和控制。
详细描述
SDON通过将光网络的配置和控制功能抽象化，使得网络管理员可以通过软件编程的方式实现光网络的配置和管理。这大大提高了网络的灵活性和可扩展性，同时也降低了运营成本。此外，SDON还支持多种协议和标准，能够与其他网络技术进行无缝集成。
详细描述
通过采用先进的信号处理技术和新型的光纤材料，超长距离光传输技术能够实现数千公里甚至上万公里的光信号传输，为全球通信网络的建设提供有力支持。
VS
光网络智能化技术是实现光网络高效运维和智能控制的重要发展方向。
详细描述
光纤通信新技术1汇总
术，如光放大技术，光波分复用技术，光交换技术，光孤子通
信，相干光通信，光时分复用技术和波长变换技术等。
7.1 光 纤 放 大
光放大器有半导体光放大器和光纤放大器两种类型。 • 半导体光放大器的优点是： 小型化，容易与其他半导体器件集成 • 半导体光放大器的缺点是： 性能与光偏振方向有关，器件与光纤的耦合损耗大。 光纤放大器的性能与光偏振方向无关，器件与光纤的耦 合损耗很小， 因而得到广泛应用。
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－0 25 1 截 面 / (× m2 )
8 6 4 2 0 吸收
6 4 2 增益 1 .4 8 1 .5 0 1 .5 2 1 .5 4 1 .5 6 波长 / m (b) 0
(a)
图 7.1 (a) 硅光纤中铒离子的能级图； (b) EDFA的吸收和增益频谱
为提高放大器增益， 应提高对泵浦光的吸收，使基态 Er3+尽
光纤放大器的实质是： 把工作物质制作成光纤形状的固体激光器，所以也称为光 纤激光器。
20世纪80年代末期，波长为1.55 μm的掺铒(Er)光纤放大器
(EDFA： Erbium
Doped Fiber Amplifier)研制成功并投入实
用，把光纤通信技术水平推向一个新高度，成为光纤通信发展 史上一个重要的里程碑。
波长为1.55 μm(1.50～1.60 μm)的窗口， 相应的带宽为12500 GHz。 两个窗口合在一起，总带宽超过30THz。如果信道频率间隔 为10 GHz， 在理想情况下， 一根光纤可以容纳3000个信道。 由于目前一些光器件与技术还不十分成熟，因此要实现光信 道十分密集的光频分复用 (OFDM)还较为困难。在这种情况下， 人们把在同一窗口中信道间隔较小的波分复用称为密集波分复用 (DWDM：Dense Wavelength Division Multiplexing)。
光纤通信新技术(1)
利用掺入石英光纤的稀土离子作为增益介质，在泵 浦光的激发下形成粒子数反转分布，实现光的放大。
放大器的特性主要由掺杂元素（ Er3+ 、 Pr3+ Nd3+) 决定。其中掺Er3+光纤放大器工作波长为1.55um， 掺Pr3+和Nd3+的光纤放大器工作波长为1.31um。
8
光纤放大器构成
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相干光通信的检测技术
相干检测的工作原理
到达接收端的信号光场为 Es As exp[ j(0t s )] 本振光场为 EL AL exp[ j( Lt L )] 光电流为 Is R(Ps PL ) 2R PsPL cos( IFt s L )
PL PS PsPL
其中，ωIF= ω0- ωL，称为中频。
本振信号可使接收光信号得到放大，称为本振增益。这使接
收机的灵敏度大大提高。
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相干光通信的检测技术
零差检测
本振光与信号光频率相等时，中频为零，称为零差检测。
Is 2R PsPL cos(s L )
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相干光通信的检测技术
外差检测
本振光与信号光频率不相等时，称为外差检测。
Is 2R Ps PL cos( IFt s L )
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相干光通信技术
相干光通信的关键技术
光源的频率稳定性和频谱纯度问题。
长外腔(LEC)激光器 分布反馈(DFB)激光器 分布布拉格反射(DBR)激光器
接收信号光波和本振光波必须匹配。
空间匹配、波前匹配和偏振方向匹配
相干光通信技术复杂，成本较高、离实用化尚有距离。
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“强度调制”是指在发送端，用电的脉冲信号来控制光源， 使其按照信号的强弱发光或者不发光；
光纤通信与光电子学的前沿技术
光纤通信与光电子学的前沿技术光纤通信是指通过利用光纤作为传输介质来实现信息传输的技术。
光纤通信相比传统的电信号传输方式具有传输速度快、容量大、抗干扰性强等优点，因此得到广泛应用和发展。
而光电子学则是光与电的相互转换过程中所涉及到的科学和技术领域。
在光纤通信与光电子学的研究中，不断涌现出一些前沿技术，为信息传输和处理领域带来了全新的发展机遇。
一、光纤传感技术随着现代科技的不断进步，光纤传感技术逐渐崭露头角。
光纤传感技术利用光纤在传输信号的同时感知外界的物理量，例如温度、压力、形变等。
这种技术通过测量光照射到光纤上的反射或透射信号的变化，实现对环境信息的检测和测量，具有高精度、快速响应以及远距离传输等优势。
光纤传感技术在工业、医疗和环境监测等领域具有广泛的应用前景。
二、光纤通信调制技术光纤通信调制技术是光纤通信中的关键环节，它决定了信息在光纤中传输的速度和质量。
传统的调制技术主要采用电调制方式，即利用电信号对光源进行调制。
然而，随着光电子学的快速发展，新型的调制技术也迅速崛起。
其中，利用光或其他非电调制方式来实现光信号调制的技术备受关注。
这种基于光调制的技术具有响应速度快、能耗低等特点，有望在未来的光纤通信中得到广泛应用。
三、光纤传输增强技术光纤传输增强技术是指在光纤通信中提高信号传输质量和距离的技术手段。
在长距离光纤通信中，光信号会出现衰减和失真的情况，从而影响信息的传输质量。
为了解决这一问题，研究人员不断进行技术攻关，提出了多种光纤传输增强技术。
例如，通过引入光放大器、光纤衰减补偿技术以及非线性光纤等方式，可以实现长距离高速的光纤传输，为光纤通信的发展打下坚实的基础。
四、光电子学集成技术光电子学集成技术是指将光学和电子学相结合，实现光学和电子功能的互通互联。
它可以使不同的光电子器件通过微细光纤或光波导进行连接，从而实现光信号的传输和处理。
光电子学集成技术不仅可以提高光纤通信的集成度和灵活性，还可以减小系统的体积和功耗。
光纤通信新技术 第一章 概述 要点
光纤通信新技术第一章概述要点1.光纤通信是采用光波作为信息载体，并采用光导纤维作为传输介质的一种通信方式。
其中，光导纤维就是我们通常说的光纤，之所以称为纤维，是因为它的半径很小，是微米量级。
制成光纤的主要材料是二氧化硅（玻璃），也有部分采用塑料拉制而成。
光纤的主要结构是圆柱体结构，包括了纤芯、包层和保护套。
纤芯：折射率较高，用来传送光；包层：折射率较低，与纤芯一起形成全反射条件，引导光在纤芯中不断发生全发射，从而将光传到远端。
保护套：强度大，能承受较大冲击，保护光纤。
2.利用光在玻璃或塑料制成的纤维中的全反射原理而达成的光传导器件。
光波是一种电磁波，电磁波按照波长或频率不同可分成如图所示的种类，其中，紫外光、可见光、红外光都属于光波，光纤通信工作在近红外区，即波长是0.8~1.8微米，对应的频率为167~375THz。
1.光纤通信是上世纪70年代诞生的一种新兴技术，到现在已经经历了3、40年的发展，发展速度很快，应用范围也很广泛。
光纤通信的飞速发展主要得益于它有线传输的显著优点的，主要有这么几个方面，第一点就是它的；另外，随着光纤生产工艺的提高，。
基于频带宽，通信容量大；◆损耗低，中继距离长；◆抗电磁干扰；◆无串音干扰，保密性好；◆光纤线径细、重量轻、柔软；◆原材料资源丰富，可节约金属材料；◆耐腐蚀，寿命长，不怕潮湿与卫星通信、移动通信一起被看做是三大主要通信技术。
光通信具有传输频带宽、通信容量大和抗电磁干扰能力强等优点。
光纤通信的应用领域是很广泛的，光纤通信主要用于遍及全球的电信网中作数字语言通信。
（长途干线、市话中继网）。
长距离通信（包括越洋洲际通信）系统要求有大容量的干线，光纤通信系统可发挥最大的优势。
短距离通信像城市之间，距离几十至几百公里。
光纤通信的发展通常由长途电信应用推动，光波系统的每一代系统都力争能工作于更高的比特率数据通信，早期主要用于计算机数据和传真信息的通信，距离一般比较短、速率较低，如工矿企业、办公大楼、宾馆医院、船舶、飞机、列车等场合，距离几百米到几公里，现在已开始向高速长距离方向发展，光纤通信系统将发挥巨大作用。
第7章_光纤通信新技术
微 fs1 解调器
波 分 fs2 解调器 离
电 路
fs3 解调器
LPF 频道1 LPF 频道2 LPF 频道3
技术成熟，应用于光纤CATV系统。
第7章 光纤通信新技术
第二节、波分复用原理
1、波分复用的理论依据
1310nm附近：通信带宽17700GHz
常用 窗口
30THz的带宽 信道间隔10GHz 3000个信道 1550nm附近:通信带宽12500GHz
1、 集成式WDM系统 光接口与其他设备必须一致，不能兼容其他设备。
2、 开放式WDM设备 能兼容其他厂家的设备
第7章 光纤通信新技术
三、WDM的特点 1、充分利用光纤的带宽 2、对信号透明 3、经济、灵活、方便 4、降低对器件的要求
第7章 光纤通信新技术 第四节、光滤波器和光波分复用器
光滤波器与光波分复用器密切相关， 有时也用做波分复用器
复 用
光接收机
器
/ 解
λ1+n 光发送机
复 用
λn+n 光发送机
器
第7章 光纤通信新技术
第三节、WDM系统的结构与特点
一、WDM系统组成图
光转发器
合
波
光转发器
器
BA
光监控信 道发送器
LA
光监控信道的接收与发送
分
波
PA 器
光监控信 道接收器
光转发器 光转发器
网
管
第7章 光纤通信新技术
二、WDM设备的分类
将多个低频的模拟基带信号用不同射频信号去调制， 然后混频后再驱动光源，以光的形式发送出去。
频道1 放 大
频道2 放 大
频道3 放 大
Rf1 调制
光纤通信系统的新型技术与应用
光纤通信系统的新型技术与应用随着科技的不断进步，光纤通信系统在现代通信领域中发挥着至关重要的作用。
光纤通信的快速发展，离不开新型技术的不断涌现和应用。
本文将探讨光纤通信系统的新型技术及其应用，旨在为读者提供对光纤通信系统的深入了解。
第一部分：光纤通信系统的基本原理光纤通信系统是利用光纤传输光信号进行通信的系统。
在光纤通信系统中，光源将电信号转换为光信号，通过光纤传输，再通过接收器将光信号转换回电信号。
光纤通信系统的基本原理是基于光的全内反射现象。
第二部分：新型技术与应用2.1 光纤放大器技术光纤放大器技术是一种用于放大光信号的技术，可以增强光信号的传输距离和质量。
其中，掺铥光纤放大器（EDFA）是目前应用最广泛的光纤放大器。
它具有高增益、宽带宽和稳定性好等特点，在长距离通信中有着重要的应用。
2.2 光时域反射技术（OTDR）光时域反射技术是一种通过测量反射光信号来检测光纤中的缺陷和故障的技术。
OTDR可以定位光纤中的断点、弯曲、损伤等问题，对于维护和排除故障具有重要意义。
这项技术被广泛应用于光网络的建设和维护。
2.3 光传感技术光传感技术是一种利用光信号进行测量和监测的技术。
通过将传感器与光纤相结合，可以实现对温度、应变、压力等物理量的测量和监测。
光传感技术具有高灵敏度、抗干扰性好等特点，在石油、环境监测、安全监控等领域有广泛的应用。
2.4 光波分复用技术光波分复用技术是一种将多个光信号通过不同的波长进行复用发送的技术。
通过利用不同波长的光信号共享光纤资源，可以大大提高光纤通信系统的传输容量和利用率。
光波分复用技术是目前光纤通信系统中常用的技术之一。
第三部分：光纤通信系统的应用3.1 高速宽带接入光纤通信系统的高带宽特性使其在宽带接入领域具有重要应用。
通过光纤通信系统提供的高速宽带接入，人们可以享受到更快的上网速度和更稳定的连接质量，满足多媒体传输、在线游戏等高带宽需求。
3.2 光纤传感网络光纤传感网络利用光传感技术，实现对环境的实时监测和测量。
光纤通信中应用的新技术
一﹑光纤通信中应用的新技术1.1光弧子通信1844年，苏格兰海军工程师约翰·斯科特·亚瑟对船在河道中运动而形成水的波峰进行观察，发现当船突然停止时，原来在船前被推起的水波依然维护原来的形状、幅度和速度向前运动，经过相当长的时间才消失。
这就是著名的孤立波现象。
孤立波是一种特殊形态的波，它仅有一个波峰，波长为无限，在很长的传输距离内可保持波形不变。
人们从孤立波现象得到启发，引出了孤子的概念，而以光纤为传输媒介，将信息调制到孤子上进行通信的系统则称作光孤子传输系统。
光脉冲在光纤中传播，当光强密度足够大时会引起光脉冲变窄，脉冲宽度不到1个Ps，这是非线性光学中的一种现象，称为光孤子现象。
若使用光孤子进行通信可使光纤的带宽增加10～100倍，使通信距离与速度大幅度地提高。
于常规的线性光纤通信系统而言，限制其传输容量和距离的主要因素是光纤的损耗和色散。
随着光纤制作工艺的提高，光纤的损耗已接近理论极限，因此光纤色散便成为实现超大容量光纤通信亟待解决的问题。
光纤的色散，使得光脉冲中不同波长的光传播速度不一致，结果导致光脉冲展宽，限制了传输容量和传输距离。
由光纤的非线性所产生的光孤子可抵消光纤色散的作用。
因此，利用光孤子进行通信可以很好地解决这个问题。
光纤的群速度色散和光纤的非线性，二者共同作用使得孤子在光纤中能够稳定存在。
当工作波长大于1．3¨m时，光纤呈现负的群速度色散，即脉冲中的高频分量传播速度快，低频分量传播速度慢。
在强输入光场的作用下，光纤中会产生较强的非线性克尔效应，即光纤的折射率与光场强度成正比，进而使得脉冲相位正比于光场强度，即自相位调制，这造成脉冲前沿频率低，后沿频率高，因此脉冲后沿比脉冲前沿运动得快，引起脉冲压缩效应。
当这种压缩效应与色散单独作用引起的脉冲展宽效应平衡时即产生了束缚光脉冲——光孤子，它可以传播得很远而不改变形状与速度。
光孤子通信的关键技术是产生皮秒数量级的光孤子和工作在微波频率的检测器。
光通信中的新型光纤技术研究
光通信中的新型光纤技术研究在信息时代，信息的传输和交流是必不可少的。
而光通信技术正是解决这一问题的关键。
随着人们对通信质量的需求不断提高，光纤传输技术也不断地得到升级和改进。
本文将从光通信中的新型光纤技术入手，介绍一些应用中的新进展和研究。
一、梳状光纤技术梳状光纤技术是一项新型的光通信技术。
其创新之处在于，它将光信号分解成多个频率，从而在相同的时间内传输更多的数据。
这种技术的应用非常广泛，可以用于高速数据传输、光谱分析等领域。
在梳状光纤技术中，通过使用非线性光学效应，将输入的光信号分解成多个频率。
这些频率之间存在特殊的关系，可以帮助我们更好地理解梳状光纤技术的机制。
梳状光纤技术的基本原理是，在光纤中注入一个非线性光学效应，并控制它的幅度和频率。
这个过程会产生多个频率的光信号，这些信号被称为“梳齿”。
我们可以选择一种适当的波长，并添加在所需的频率之间，从而在光信号中传递更多的数据。
在梳状光纤技术中，还有一个需要注意的问题就是信号的调制。
因为现在通信中的数据量越来越大，所以需要调制更高的频率。
这一点对梳状光纤技术来说也同样适用。
根据不同的应用场景，我们可以使用不同的调制技术。
例如，可以使用幅度调制、相位调制或频率调制。
二、微纳结构光纤技术微纳结构光纤技术是一种新型的光传输技术。
它与传统光纤技术的区别在于，微纳结构光纤是由纳米级别的材料构成的。
由于这种纳米级别的结构，微纳结构光纤具有更高的灵活性、更好的光学性能和更长的传输距离。
在微纳结构光纤中，光信号被传输的方式也略有不同。
在传统光纤技术中，光信号是通过光纤中心的玻璃芯传输的。
而在微纳结构光纤技术中，光信号是通过微纳结构材料中的控制空隙传输的。
由于这些空隙非常小，光信号的传播路径比传统光纤要更复杂。
因此，微纳结构光纤可以提供更高的带宽和传输速度。
微纳结构光纤技术的发展是一项持续的过程。
目前，该技术已经应用于多个领域，如光通信、生物医学、传感器等。
尽管微纳结构光纤技术的应用领域非常广泛，但目前仍存在一些挑战。
第七章 光纤通信新技术
第七章光纤通信新技术第一节光复用技术一、光波分（频分）复用技术通信技术的发展总是与复用技术的发展密切相关的。
各种复用技术的出现都在不同程度上起到扩大传输容量和提高传输效率的作用。
对于光纤通信而言，采用电时分复用（TDM）方式是提高传输效率、降低成本的有效措施。
目前，采用TDM方式的最高传输速率已经达到20Gb/s。
该传输速率已接近硅和镓砷技术的极限，再要提高已相当困难。
为了进一步提高传输容量，唯一的出路就是从电复用方式进入光复用方式。
光复用技术包括光时分复用（OTDM）、波分复用（WDM）、频分复用（FDM）等。
1、系统组成。
按传输方向，可以将波分复用系统划分为单向波分复用系统和双向波分复用系统。
在单向波分复用系统中，发送侧要设置N个不同发送波长的激光器，由合波器将这N个不同波长的信号光载波合并起来耦合进单根光纤传输。
在接收侧，再由一个分波器将这些不同波长的光载波分开，分别送给相应的光电检测器，从而恢复出各自所携带的信息。
在双向波分复用系统中，利用某些波长沿一个方向传输，同时另一些波长沿相反的方面传输，从而实现将不同方向的信息合在一根光纤上，达到单纤双向传输的目的。
2、合波器、分波器。
从波分复用系统的组成来看，合波分波器是波分复用系统的关键器件。
一般来说，光合波器、分波器有三种类型：棱镜型、光栅型和干涉膜滤光片型。
这是早期应用的一种合波、分波器。
它的结构简单，材料色散系数小，但插入损耗较大，难于达到所需要的特性，故现在不常用。
光栅型合波、分波器是利用光栅的衍射作用来进行分波和合波的。
这种器件的波长间隔较小（典型值为10nm），因而复用数较多。
这种器件的改进方向是减小体积，增加可复用信道数，提高可靠性和实用性，并逐步实现集成化。
目前在实验室已可复用32路。
多层介质干涉膜型合波、分波器是利用多层膜的滤光作用来分波、合波的。
此种器件结构比较复杂，但复用数也较大。
最近指导由干涉仪组成的频率选择开关或滤光器，复用信道数可做到100-300。
第9讲光纤通信新技术1
2019/12/5
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• 用掺铒光纤放大器(EDFA)对光信号进行中继放大。
为了抑制多通道干扰（MPI），必须注意到光 反射的影响、双向通路之间的隔离、串扰的类型和 数值、两个方向传输的功率电平值和相互间的依赖 性、光监控信道（OSC）传输和自动功率关断等问 题。
同时要使用双向光纤放大器， 所以双向WDM 系统的开发和应用相对说来要求较高，但与单向 WDM系统相比，双向WDM系统可以减少使用光纤 和线路放大器的数量。
时分复用 Time Division Multiplexing TDM
将一帧时间T划分为n个时隙，每一个时隙只传输固定的信道，与 TDM相比，OTDM中电光和光电转换分别位于复用之前和解复用之后， 电子器件及E/O和O/E变换单元只工作于支路信号速率上。
目前技术难点在于接收精确同步。
空分复用 Space Division Multiplexing SDM 副载波复用 Subcarrier Division Multiplexing SCM
5. WDM系统的基本结构
实际的WDM系统主要由五部分组成：光发射机、光中继放 大、光接收机、光监控信道和网络管理系统，如下图所示。
光发射机
光中继放大
光接收机
1 光转发器11 光
光 纤
光 纤
1
光
接收1
1
…
合 波 BA
n 光转发器n n 器
s
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光纤通信新技术
7.1 光纤放大器
7.2 光波分复用技术
7.3 光交换技术
7.4 光孤子通信
7.5 相干光通信技术
7.6 光时分复用技术
7.7 波长变换技术
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第 7 章 光纤通信新技术
光纤通信发展的目标是提高通信能力和通信质量，降低价 格，满足社会需要。进入20世纪90年代以后，光纤通信成为一 个发展迅速、 技术更新快、新技术不断涌现的领域。 本章主要介绍一些已经实用化或者有重要应用前景的新技
目前，“掺铒光纤放大器(EDFA)+密集波分复用(WDM)+非
零色散光纤(NZDSF，即G.655光纤)+光子集成(PIC)”正成为国际 上长途高速光纤通信线路的主要技术方向。
如果一个区域内所有的光纤传输链路都升级为 WDM传输， 我们就可以在这些 WDM 链路的交叉 ( 结点 ) 处设置以波长为单位 对光信号进行交叉连接的光交叉连接设备(OXC)，或进行光上下 路的光分插复用器(OADM)，则在原来由光纤链路组成的物理层 上面就会形成一个新的光层。 在这个光层中，相邻光纤链路中的波长通道可以连接起来， 形成一个跨越多个 OXC 和 OADM 的光通路，完成端到端的信息
35.0 30.0 25.0 增益 / dB 20.0 15.0 10.0 5.0 I I I 噪声指数 / dB 输出光功率 / dBm I I I I 增益 / dB
0.0
－5.0 －10.0 －40
－35 －30 －25 －20 －图7.4 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
如果加上1310 nm掺镨光纤放大器(PDFA)，频带可以增加一 倍。 所以“波分复用+光纤放大器”被认为是充分利用光纤带宽 增加传输容量最有效的方法。
1550 nm EDFA在各种光纤通信系统中得到广泛应用，并取得
了良好效果。 已经介绍过的副载波 CATV 系统，WDM 或OFDM 系统，相干 光系统以及光孤子通信系统，都应用了 EDFA ，并大幅度增加了 传输距离。
下表列出国外几家公司EDFA商品的技术参数。
7.1.3
掺铒光纤放大器的优点和应用
EDFA的主要优点有： • 工作波长正好落在光纤通信最佳波段(1500～1600 nm)； 其主体是一段光纤(EDF)，与传输光纤的耦合损耗很小， 可达 0.1 dB。 • 增益高，约为30～40 dB; 饱和输出光功率大， 约为 10～15 dBm； 增益特性与光偏振状态无关。 • 噪声指数小， 一般为4～7 dB； 用于多信道传输时， 隔离度大，无串扰，适用于波分复用系统。 • 频带宽，在1550 nm窗口，频带宽度为20～40 nm， 可 进行多信道传输，有利于增加传输容量。
EDFA的应用， 归纳起来可以分为三种形式， 如图7.5所示。 •中继放大器 （LA：Line Amplifier）在光纤线路上每隔一定的 距离设置一个光纤放大器，以延长干线网的传输距离）
•前置放大器 （PA：Preamplifier) 置于光接收机的前面，放大非 常微弱的光信号，以改善接收灵敏度。作为前置放大器，对噪声 要求非常苛刻。
由于1310/1550 nm的复用超出了EDFA的增益范围，只在一
些专门场合应用，所以经常用 WDM 这个更广义的名称来代替 DWDM。
WDM技术对网络升级、发展宽带业务(如CATV， HDTV 和
IP over WDM等)、充分挖掘光纤带宽潜力、实现超高速光纤通信
等具有十分重要意义，尤其是WDM加上EDFA更是对现代信息网 络具有强大的吸引力。
/ mW
80
增 益 / dB
40 转换效率 92.6％ 30 20 10 0 0 5 10 (b)
图7.2
输 出 信 号 光 功 率
60 40 20 0 0
增益系数 6.3 dB / mW
20 40 60 80 输入泵浦光功率 / mW (a)
15 20
输入泵浦光功率 / mW
(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
10
－0 25 1 截 面 / (× m2 )
8 6 4 2 0 吸收
6 4 2 增益 1 .4 8 1 .5 0 1 .5 2 1 .5 4 1 .5 6 波长 / m (b) 0
(a)
图 7.1 (a) 硅光纤中铒离子的能级图； (b) EDFA的吸收和增益频谱
为提高放大器增益， 应提高对泵浦光的吸收，使基态 Er3+尽
插入损耗小，反射损耗大。
图7.4是EDFA商品的特性曲线，图中显示出增益、 噪声指数 和输出信号光功率与输入信号光功率的关系。 在泵浦光功率一定的条件下，当输入信号光功率较小时，放 大器增益不随输入信号光功率而变化，基本上保持不变。
当信号光功率增加到一定值 ( 一般为-20 dBm) 后，增益开始 随信号光功率的增加而下降， 因此出现输出信号光功率达到饱 和的现。
等多种因素，通常由实验获得最佳增益。
对泵浦光源的基本要求是大功率和长寿命。波长为 1480
μm的InGaAsP多量子阱(MQW)激光器， 输出光功率高达100 mW,
泵浦光转换为信号光效率在6 dB/mW以上。
泵浦
掺铒光纤
输入信号
输出信号
光隔离器
波分复用器
光隔离器
图7.3(a)
图7.3(a)
光纤放大器构成原理图
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，因而信 号光得到放大。 但是激发态是不稳定的，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，因而信
光纤放大器的实质是： 把工作物质制作成光纤形状的固体激光器，所以也称为光 纤激光器。
20世纪80年代末期，波长为1.55 μm的掺铒(Er)光纤放大器
(EDFA： Erbium
Doped Fiber Amplifier)研制成功并投入实
用，把光纤通信技术水平推向一个新高度，成为光纤通信发展 史上一个重要的里程碑。
热
沉
光输入
＋5 V
输入隔离器
输入 WDM
电源
监视
0V －5 V 监视和
泵浦 LD 泵浦监视 和控制电路 泵浦 LD 掺铒 光纤
告警电路
PD
激光器驱动输入
探测器
光输出 输出耦合器 输出隔离器 输出 WDM
图7.3(b)
图7.3(b)
实用光纤放大器外形图及其构成方框图
波长为980 nm的泵浦光转换效率更高，达10 dB/mW， 而且 噪声较低，是未来发展的方向。 • 对波分复用器的基本要求是： 插入损耗小，熔拉双锥光纤耦合器型和干涉滤波型波分复用 器最适用。 • 光隔离器的作用是: 防止光反射，保证系统稳定工作和减小噪声 • 对光隔离器的的基本要求是：
7.1.1
图7.1示出掺铒光纤放大器(EDFA)的工作原理，说明了光信 号放大的原因。 从图7.1(a)可以看到，在掺铒光纤(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
当泵浦(Pump, 抽运)光的光子能量等于能级3和能级1的能量差 时，铒离子吸收泵浦光从基态跃迁到激发态(1→3)。 但是激发态是不稳定的，Er3+很快返回到能级2。
光波分复用（WDM）的基本原理是：在发送端将不同波长
的光信号组合起来(复用)，并耦合到光缆线路上的同一根光纤中 进行传输，在接收端又将组合波长的光信号分开 (解复用)，并作 进一步处理，恢复出原信号后送入不同的终端，因此将此项技术 称为光波长分割复用， 简称光波分复用技术。
4 .0
－1 km 衰 减 / (dB· )
目前该系统是在1550 nm波长区段内，同时用8，16或更多个
波长在一对光纤上(也可采用单光纤)构成的光通信系统，其中各 个波长之间的间隔为1.6 nm、 0.8 nm或更低，约对应于200 GHz,
100 GHz或更窄的带宽。
WDM、 DWDM和OFDM在本质上没有多大区别 以往技术人员习惯采用WDM 和DWDM来区分是1310/1550 nm 简单复用还是在1550 nm波长区段内密集复用，但目前在电信 界应用时，都采用DWDM技术。
号光得到放大。 由此可见，这种放大是由于泵浦光的能量转换为信号光的结 果。
－ 1) m 损 耗 或 增 益 /( dB·
4 F9 / 2 4 I9 / 2 4 I1 1 / 2 4 I1 3 / 2 1 .4 8m 泵浦 4 I1 5 / 2
0 .6 5m 0 .8 0m 3 0 .9 8m 2 1 .5 3m 光信号 1
可能跃迁到激发态，图7.1(b)示出EDFA增益和吸收频谱。
图7.2(a)示出输出信号光功率和输入泵浦光功率的关系， 泵浦 光功率转换为信号光功率的效率很高，达到92.6%。当泵浦光功率 为60 mW时，吸收效率［(信号输入光功率-信号输出光功率)/泵浦 光功率］为88%。 图7.2(b)是小信号条件下增益和泵浦光功率的关系，当泵浦 光功率小于6mW时，增益系数为6.3dB/mW。
3 .0 2 .0 1 .0 0 8 00
信道间隔 1~1 0 GHz
… 载波频率
1 00 0 1 20 0
1 40 0 1 60 0
1 80 0
波长 / n m
图7.6 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)
光纤的带宽有多宽？