下一代光通信技术的发展趋势

四、光纤拉曼放大器的研究
分布式： 分布式：直接利用传输光纤实现放大，其泵浦光会延
伸到整个传输光纤。
四、光纤拉曼放大器的研究
分立式： 分立式 是一种集总式的元件，它被插入到传输链路中以提
供增益，其泵浦功率被限制在集总元件中 ，通过放 大器两端的隔离器将反向传输的泵浦限制在放大器 单元中 ，泵浦光不会进入传输链路。
三、光纤通信存在的主要问题
模式
三、光纤通信存在的主要问题
模式(模间)色散:
三、光纤通信存在的主要问题
模式(模间)色散的解决方案（一）——渐变折射率光纤
三、光纤通信存在的主要问题
模式(模间)色散的解决方案（二）——单模光纤
三、光纤通信存在的主要问题
色散（Dispersion）： 1、模式(模间)色散 （Intermodal dispersion） 2、色度色散 （Chromatic dispersion）
四、光纤拉曼放大器的研究
光纤拉曼放大器的关键技术： （1）大功率泵浦技术 （2）增益平坦技术 （3）拉曼放大光纤的制造和设计
四、光纤拉曼放大器的研究
（1）大功率泵浦技术（偏振耦合激光二极管）
四、光纤拉曼放大器的研究
（1）大功率泵浦技术（拉曼光纤激光器）
四、光纤拉曼放大器的研究
（2）增益平坦技术
四、光纤拉曼放大器的研究
受激拉曼散射现象： 经典理论：介质中的分子振动对入射光的调制，即分子
内部粒子之间的相对运动导致分子感应电偶 极矩随时间的周期性调制，从而对入射光产 生散射作用。
设入射光的频率为vp，介质分子的振动频率为vν， 则散射光的频率分别为： ν as = ν p + ν v ν s = ν p −ν v
一、国内外光通信技术的研究现状 国内外光通信技术的研究现状
光纤网： 光纤网： (1)新光纤技术 (1)新光纤技术
零色散 λ0
= 1.55µm 单模光纤
(2)光纤放大器 (2)光纤放大器 (3)宽带接入 (3)宽带接入 (4)硅技术 (4)硅技术 硅光实验室(SIOB) 微电机械系统(MEMS)
一、国内外光通信技术的发展现状
三、当前主要的研究难题及存在问题
色度色散:
四、光纤拉曼放大器的研究
光放大器分类： （1）半导体光放大器 （2）稀土搀杂的光纤放大器（EDFA） （3）受激辐射的光放大器 光纤布里渊放大器 光纤拉曼放大器
四、光纤拉曼放大器的研究
光纤拉曼放大器原理：利用光纤中的受激拉曼散射现象。 受激拉曼散射现象： 经典理论： 量子理论
四、光纤拉曼放大器的研究
光纤拉曼放大器的优点： 结构简单：光纤拉曼放大器不需要采用特殊的放大介质，在普 结构简单 通的传输光纤中就可以实现光信号的放大。 低噪音：分布式的光纤拉曼放大器的噪音比EDFA要低得多，其 低噪音 噪音指数甚至可以是负的，而EDFA的噪声指数为大约 4到6dB。 增益带宽宽：拉曼增益的带宽非常宽，在1550nm波段附近，其 增益带宽宽 半宽度大约是60nm。另外还可以通过多泵浦技术 实现更宽的带宽，目前采用这种技术，已经可以 实现超过100nm的增益带宽。 灵活的增益波段：光纤拉曼放大器的增益波段只和泵浦波长有 灵活的增益波段 关，因此从理论上说，只要有合适的 泵浦 源，就可以放大任意波长的信号。
三、光纤通信存在的主要问题
三、光纤通信存在的主要问题
三、光纤通信存在的主要问题
三、光纤通信存在的主要问题
三、光纤通信存在的主要问题
色散（Dispersion）： 1、模式(模间)色散 （Intermodal dispersion） 2、色度色散 （Chromatic dispersion）
五、总结
光纤通信系统的研究未来
技术原理的突破 光纤通信系统中的光器件 和现有通信网络的融合
下一代光通信技术的发展趋势
下一代光通信技术的发展趋势
国内外光通信技术的研究现状 光通信技术的发展方向 光纤通信存在的主要问题 光纤拉曼放大器的研究 总结
一、国内外光通信技术的研究现状 国内外光通信技术的研究现状
国内外光通信技术的研究现状 1、自由空间光通信技术 2、光纤通信技术
一、国内外光通信技术的研究现状 国内外光通信技术的研究现状
一、国内外光通信技术的发展现状
韩国 MOST：基础性研究 MOCIE：与产业相关的研究与开发 MIC：光通信系统的研究
2004年， u—Korea BCN：基础技术开发 ETRI：最大的IT研发机构
一、国内外光通信技术的发展现状
韩国 宽带接入网技术的进展：
1999年，ADSL： 速率2Mb/s 2002年，VDSL： 速率20Mb/s 2005年，VDSL： 速率50Mb/s 2006年，FTTH 速率100Mb/s
dI s = gR I p Is − αs Is dz
dI p
νp = − gR I p Is − α p I p dz νs
四、光纤拉曼放大器的研究
光纤拉曼放大器原理：
四、光纤拉曼放大器的研究
耦合波方程：
dI s = gR I p Is − αs Is dz
dI dI p
I s ( L) = I s (0) exp( g R I 0 Leff − as L)
日本
2001年，e—Japan Strategy 2004年，u—Japan Strategy
一、国内外光通信技术的发展现状
日本 1、日本国家信息与通信技术研究院：
实验室验证，160Gbit/s的高速光包交换
2、NTT：平面光波电路（PLC）滤波，核心网的光波
长路由器
3、NEC：光量子密码方式对通信系统的安全防范 4、KDDI实验室：全光信号处理
其中：频率为vs的散射叫做斯托克斯散射， 频率为vas的散射叫做反斯托克斯散射。
四、光纤拉曼放大器的研究
光纤拉曼放大器原理：利用光纤中的受激拉曼散射现象。 受激拉曼散射现象： 经典理论： 量子理论
四、光纤拉曼放大器的研究
受激拉曼散射现象： 量子理论：入射光和介质分子相互作用时，光子吸收或发
射一个声子。 拉曼散射的光子可分为： 斯托克斯拉曼光子 反斯托克斯拉曼光子
二、光通信技术的发展方向
技术发展方向： 技术发展方向：
(1)40Gbit/s系统的发展，挑战和应用 (2)向超大容量超长距离波分复用系统的发展 (3)从点到点WDM走向光联网 (4)无源宽带光接入网技术的发展 (5)光纤技术的新发展
三、光纤通信存在的主要问题
衰减（Attenuation）： 1、弯曲损耗（Macrobending loss） 2、微弯损耗（Microbending loss） 3、散射（Scattering） 4、吸收（Absorption）
hν s = hν p − h∆ν
hν as = hν p + h∆ν
四、光纤拉曼放大器的研究
受激拉曼散射现象：
1962年，人们发现如果光强超过一定的阈值，斯托克斯 波会在介质内快速增加，大部分的泵浦功率都可以转换成 斯托克斯光的功率，这种现象就叫做受激拉曼散射。 泵浦光和斯托克斯光的相互作用符合下列耦合波方程：
香港 硅波导应用 硅波导拉曼放大器 半导体全光波长转换 非线性光纤的信号整形 光CDMA技术 光再生技术
一、国内外光通信技术的发展现状
中国
1979年，光通信实验系统在北京、上海试用850nm的多模光纤 80年代，1300（1310）nm的单模光纤 90年代，SDH技术 现在，八横八纵主干网，1550nm EDFA,DWDM
一、国内外光通信技术的发展现状
韩国
WDM技术的进展：
90年代中期：速率：10Gb/s╳10波道 2002年： 速率：1.6Tb/s╳10波道
速率：42.8Gb/s╳40波道 距离：320km 距离：2000km 距离：511km
基于波分的全光交叉技术，可重构型光分插复用器（ROADM）
一、国内外光通信技术的发展现状
多波长泵浦 光谱滤波技术 啁啾光纤
带宽：100nm 带宽：70μm 带宽：50μm 增益起伏≤1.27dB 增益起伏≤ ±0.6dB
四、光纤拉曼放大器的研究
（3）拉曼放大光纤的制造和设计 方法：小芯径、高掺锗的特种光纤来减小
有效截面提高增益效率
例如：DCF光纤（色散补偿光纤）
色散补偿的同时实现放大。
Leff = 1
νp = − gR I p Is − α p I p νs dz
αp
[1 − exp(−α p L)]
放大器的增益： 增益
I s ( L) G= = exp( g R P0 Leff / Aeff ) I s (0) exp(− as L)
来自百度文库
四、光纤拉曼放大器的研究
光纤拉曼放大器分类： （1）分布式 （2）分立式
1、自由空间光通信技术
一、国内外光通信技术的研究现状 国内外光通信技术的研究现状
国内外光通信技术的研究现状 1、自由空间光通信技术 2、光纤通信技术
一、国内外光通信技术的研究现状 国内外光通信技术的研究现状
光纤通信系统的发展历史
（1）GaAs半导体激光器 波段：0.8μm 速率：45Mb/s 距离：10km （2）InGaAsP半导体激光器 波段：1.3μm 速率：1.7Gb/s 距离：50km （3）单纵模激光器 波段：1.55μm 速率：2.5-10Gb/s 距离：60-70km （4）采用EDFA的WDM系统 采用EDFA的WDM系统 EDFA 波段：1530-1610nm 速率：10Tb/s 扩展的WDM系统—— WDM系统——FRA （5）扩展的WDM系统——FRA 波段：1480-1530nm（S带） 速率：2.5-10Gb/s 距离：60-70km 1565-1620 nm（L带）