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1、光纤通信复用技术光纤通信复用技术第一页，讲稿共八十九页哦1.光时分复用光时分复用(OTDM)2.光码分复用光码分复用(OCDM)3.光波分复用光波分复用(WDM)4.光频分复用光频分复用(OFDM)5.光空分复用光空分复用(OSDM)6.光副载波复用光副载波复用(OSCM)9.1 光纤通信复用技术的概念光纤通信复用技术的概念第二页，讲稿共八十九页哦9.1.1 光时分复用光时分复用(OTDM)技术技术 l定义定义：OTDM是用多路电信号调制具有同一个光频的不同光通道是用多路电信号调制具有同一个光频的不同光通道（时隙），经复用后在同一根光纤中传输的技术，它在系统发送（时隙），经复用后在同一根光纤中
2、传输的技术，它在系统发送端对多个低速率数据流在光域进行复用，在接收端用光学方法进端对多个低速率数据流在光域进行复用，在接收端用光学方法进行解复用。行解复用。第三页，讲稿共八十九页哦电电TDM和光和光TDM系统的比较系统的比较 电时分复用电时分复用 光时分复用光时分复用lOTDM技术是电时分复用技术在光学领域的延伸和扩展，使用高速光技术是电时分复用技术在光学领域的延伸和扩展，使用高速光电器件代替了电子器件，完全在光域上电器件代替了电子器件，完全在光域上实现从低速率到高速率的复用，实现从低速率到高速率的复用，克服了电克服了电TDM所固有的电子瓶颈问题所固有的电子瓶颈问题。第四页，讲稿共八十九页哦比
3、特间插比特间插 分组间插分组间插 OTDM可分为比特间插可分为比特间插OTDM和分组间插和分组间插OTDMl比特间插比特间插OTDM主要用于主要用于电路电路交换业务交换业务。l分组间插分组间插OTDM主要用主要用于于分组交换业分组交换业务务。第五页，讲稿共八十九页哦比特间插比特间插OTDM的实现如下：的实现如下：复用 解复用 第六页，讲稿共八十九页哦光时分复用的特点：光时分复用的特点：l（1）各光网络单元是在不同时隙依次进入光功率分配器，并合成一路光信号，其信号按时）各光网络单元是在不同时隙依次进入光功率分配器，并合成一路光信号，其信号按时间既紧凑又不重叠地排列着，与各光网络单元的输入信号相比
4、，间既紧凑又不重叠地排列着，与各光网络单元的输入信号相比，提高了传输速率提高了传输速率；l（2）OTDM系统采用的归零码完全系统采用的归零码完全适合于比特级的全光信号处理适合于比特级的全光信号处理，从而使，从而使超高速帧超高速帧头处理头处理成为可能；成为可能；l（3）光时分复用只利用一个光载波就可传送多路光脉冲信号，因此，可）光时分复用只利用一个光载波就可传送多路光脉冲信号，因此，可大幅度大幅度提高系统容量提高系统容量，如与，如与DWM相结合，即利用多个光载波来实现时分多路光脉冲信号的传送，相结合，即利用多个光载波来实现时分多路光脉冲信号的传送，可成倍地提高系统容量；可成倍地提高系统容量；l（
5、4）采用光时分复用技术比较）采用光时分复用技术比较容易实现信道的按需分配容易实现信道的按需分配。第七页，讲稿共八十九页哦9.1.2 光码分复用光码分复用(OCDM)技术技术l光码分复用光码分复用OCDM的工作原理与电码分复用相似，都是利用地址码调的工作原理与电码分复用相似，都是利用地址码调制和扩展频谱的原理来实现多址通信。制和扩展频谱的原理来实现多址通信。lOCDM系统给每个信道分配一个系统给每个信道分配一个唯唯一的光正交码一的光正交码作为该信道的地址码，作为该信道的地址码，对要传输的数据信息用该地址码进对要传输的数据信息用该地址码进行光编码，将多路光编码信号调制行光编码，将多路光编码信号调制
6、在同一光波上在光纤信道中传输，在同一光波上在光纤信道中传输，实现多信道复用，接收端用与发送实现多信道复用，接收端用与发送端相应的地址码进行光解码，即可端相应的地址码进行光解码，即可恢复出原信道的信号。恢复出原信道的信号。第八页，讲稿共八十九页哦OCDM系统与传统的电域系统与传统的电域CDMA系统比较系统比较lOCDM系统采用单极性正交码作为地址码，它与传统的电域系统采用单极性正交码作为地址码，它与传统的电域CDMA系系统所采用的扩频序列有着统所采用的扩频序列有着本质区别本质区别。l传统的扩频序列传统的扩频序列为双极性扩频码，取值为（为双极性扩频码，取值为（+1，-1，具有良好的自相关和互，具有
7、良好的自相关和互相关特性。而这种双极性扩频序列不能应用于现有的强度调制直接检测光纤通信相关特性。而这种双极性扩频序列不能应用于现有的强度调制直接检测光纤通信中，这种双极性扩频码中，这种双极性扩频码在二值域（在二值域（1，0）上取值，其互相关峰很大）上取值，其互相关峰很大，对系统，对系统的性能有致命影响。的性能有致命影响。l OCDM系统所采用的单极性正交码是在二值域（系统所采用的单极性正交码是在二值域（1，0）上取值，具有）上取值，具有尖锐的自尖锐的自相关峰和弱的互相关性相关峰和弱的互相关性。第九页，讲稿共八十九页哦OCDM系统的编解码方式：系统的编解码方式：l时域编码时域编码，时域编码利用时
8、域的光序列进行编码，也称为扩频编码；，时域编码利用时域的光序列进行编码，也称为扩频编码；l频域编码频域编码，它对光脉冲的光谱进行编码，又称为光谱编码；，它对光脉冲的光谱进行编码，又称为光谱编码；l空域编码空域编码，是利用空间光纤进行编码。技术上最成熟的是时域编码。，是利用空间光纤进行编码。技术上最成熟的是时域编码。第十页，讲稿共八十九页哦OCDM系统时域编码的原理系统时域编码的原理 第十一页，讲稿共八十九页哦光纤延迟线编解码器光纤延迟线编解码器是一种实现是一种实现时域编解码时域编解码的基本器件，利用的基本器件，利用短脉冲激励不同长度的光纤可获得不同的延迟。短脉冲激励不同长度的光纤可获得不同的延
9、迟。固定光纤延迟线编解码器固定光纤延迟线编解码器可调光纤延迟线编码器可调光纤延迟线编码器第十二页，讲稿共八十九页哦 定义：定义：为支持较多的用户同时接入，为支持较多的用户同时接入，必须增加地址码的码必须增加地址码的码长，这样光纤延迟线的数目、长度会相应增加，编解码器的结长，这样光纤延迟线的数目、长度会相应增加，编解码器的结构比较复杂。构比较复杂。为此，可采用跳频为此，可采用跳频OCDM系统系统,它采用二维的光正交它采用二维的光正交码，即每个地址码序列同时在时域和频域上扩展。码，即每个地址码序列同时在时域和频域上扩展。跳频跳频OCDM系统系统第十三页，讲稿共八十九页哦OCDM技术具有如下优势：技
10、术具有如下优势：l能实现能实现光信号的直接复用与交换光信号的直接复用与交换；l实现点到点、点到多点的通信实现点到点、点到多点的通信，并且一个节点的故障不影响系统中的其他，并且一个节点的故障不影响系统中的其他节点；节点；l具有很高的具有很高的保密性、安全性保密性、安全性；l光信号处理简单光信号处理简单，大大降低了收发设备的成本大大降低了收发设备的成本。第十四页，讲稿共八十九页哦9.1.3 光波分复用光波分复用(WDM)技术技术l定义：定义：在一根光纤中传输多个波长信道的技术就是波分复用（在一根光纤中传输多个波长信道的技术就是波分复用（WDM）技术，）技术，又称为光波长分割复用。又称为光波长分割复
11、用。l 特点特点：大量不同的波长信道可以同时在一芯光纤中传输，使通信大量不同的波长信道可以同时在一芯光纤中传输，使通信容量成倍或数十倍、数百倍地增长容量成倍或数十倍、数百倍地增长。第十五页，讲稿共八十九页哦波分复用分类波分复用分类l根据相邻信道波长之间的间隔不同根据相邻信道波长之间的间隔不同l粗波分复用（粗波分复用（CWDM）,相邻信道中心波长的间隔相邻信道中心波长的间隔为为50-100nml密集波分复用（密集波分复用（DWDM）,相邻信道中心波长的间相邻信道中心波长的间隔为隔为1-10nm第十六页，讲稿共八十九页哦9.1.4 光频分复用光频分复用(OFDM)技术技术 l定义定义：光频分复用是
12、指光频率的细分，当多个光信道在光频分复用是指光频率的细分，当多个光信道在光频域内排列非常密集时，不适于用波长来表征而更适光频域内排列非常密集时，不适于用波长来表征而更适于用频率来衡量，这时称之为光频分复用于用频率来衡量，这时称之为光频分复用。一般将相邻一般将相邻光载波间隔小于光载波间隔小于1nm的系统，称为的系统，称为OFDM系统系统。第十七页，讲稿共八十九页哦9.1.5 光空分复用光空分复用(OSDM)技术技术l定义定义：空分复用（空分复用（SDM）是指利用空间的分割实现复用的一种方式，）是指利用空间的分割实现复用的一种方式，将多根光纤组合成束实现空分复用，或者在同一根光纤中实现空将多根光纤
13、组合成束实现空分复用，或者在同一根光纤中实现空分复用。空分复用包括分复用。空分复用包括光纤复用光纤复用和和波面分割复用。波面分割复用。第十八页，讲稿共八十九页哦l光纤复用光纤复用是指将多根光纤组合成束，组成多个信道，相互独立传输。是指将多根光纤组合成束，组成多个信道，相互独立传输。l波面分割复用波面分割复用是指在同一根光纤中的纤芯区域光束沿空间进行波是指在同一根光纤中的纤芯区域光束沿空间进行波面分割复用面分割复用。第十九页，讲稿共八十九页哦9.1.6 光副载波复用光副载波复用(OSCM)技术技术l光副载波复用（光副载波复用（OSCM）技术是多路信号经不同的载波调制后，经由）技术是多路信号经不同
14、的载波调制后，经由同一光波长在光纤上传输的一种复用方式同一光波长在光纤上传输的一种复用方式。第二十页，讲稿共八十九页哦SCM系统具有以下特点：系统具有以下特点：l实现较为简单，成本较低；实现较为简单，成本较低；l可以传输可以传输模拟模拟信号，也可以传输信号，也可以传输数字数字信号，还可以信号，还可以同时传输；同时传输；l接收接收灵敏度较高；灵敏度较高；l信道之间相互独立信道之间相互独立，不需要复杂的定时同步技术。，不需要复杂的定时同步技术。第二十一页，讲稿共八十九页哦9.1 光纤通信复用技术的概念光纤通信复用技术的概念9.2 光波分复用技术光波分复用技术9.3 密集光波分复用密集光波分复用(D
15、WDM)技术技术 9.4 光波分复用系统的应用举例光波分复用系统的应用举例 第第9 9章章 光纤通信复用技术光纤通信复用技术 第二十二页，讲稿共八十九页哦l光波分复用原理光波分复用原理l光波分复用技术的主要特点光波分复用技术的主要特点 l WDM系统的分类系统的分类 9.2 光波分复用技术光波分复用技术第二十三页，讲稿共八十九页哦9.2.1 光波分复用原理光波分复用原理l在发送端采用复用器（合波器）将不同波长的光信号进行合并，在发送端采用复用器（合波器）将不同波长的光信号进行合并，l在在接接收收端端利利用用解解复复用用器器（分分波波器器）将将合合并并的的光光信信号号分分开开并并送送入入不不同同
16、的的终终端。端。第二十四页，讲稿共八十九页哦9.2.2 光波分复用技术的主要特点光波分复用技术的主要特点l超大容量传输。超大容量传输。l传输多种不同类型信号。传输多种不同类型信号。l多种网络应用形式。多种网络应用形式。l扩充网络容量、减少投资。扩充网络容量、减少投资。l组网灵活可靠。组网灵活可靠。l实用高效、性能优良、业务透明。实用高效、性能优良、业务透明。l降低器件的超高速要求。降低器件的超高速要求。l光波分复用器结构简单、体积小、可靠性高。光波分复用器结构简单、体积小、可靠性高。第二十五页，讲稿共八十九页哦9.2.3 WDM系统的分类系统的分类l集成式集成式WDM系统系统l要求复用终端的光
17、信号的波长符合系统的规范要求复用终端的光信号的波长符合系统的规范l开放式开放式WDM系统系统l复用终端光接口没有特别的要求复用终端光接口没有特别的要求第二十六页，讲稿共八十九页哦9.1 光纤通信复用技术的概念光纤通信复用技术的概念9.2 光波分复用技术光波分复用技术9.3 密集光波分复用密集光波分复用(DWDM)技术技术 9.4 光波分复用系统的应用举例光波分复用系统的应用举例 第第9 9章章 光纤通信复用技术光纤通信复用技术 第二十七页，讲稿共八十九页哦9.3 密集光波分复用密集光波分复用(DWDM)技术技术lDWDM系统构成系统构成lDWDM系统的关键技术系统的关键技术 lDWDM复用器复
18、用器 l光波长转换器（光波长转换器（OTU）第二十八页，讲稿共八十九页哦9.3.1 DWDM系统构成lDWDM系统主要由六部分组成，即系统主要由六部分组成，即光发射机、光中继放大器、光接收光发射机、光中继放大器、光接收机、光监控信道、网络管理系统和光纤机、光监控信道、网络管理系统和光纤，其基本结构和工作原理如下，其基本结构和工作原理如下图图。第二十九页，讲稿共八十九页哦l在在发发送送端端，光光发发射射机机将将来来自自终终端端设设备备符符合合G.957协协议议的的非非特特定定波波长长的的光光信信号号经经光光波波转转发发器器（OTU）转转换换为为G.692定定义义的的稳稳定定的的特特定定波波长长的
19、的光光信信号号，然然后后利利用用光光合合波波器器将将多多个个不不同同波波长长的的光光信信号号合合成成多通路光信号，再通多通路光信号，再通过过光功率放大器光功率放大器放大后送入光放大后送入光纤纤信道。信道。l光光中中继继放放大大器器把把单单根根光光纤纤中中多多个个波波长长的的光光信信号号同同时时放放大大以以补补偿偿线线路路损损耗耗，从从而而延延长长通通信信距离。目前一般使用距离。目前一般使用EDFA，对对不同波不同波长长增益平坦。增益平坦。l在在接接收收端端，经经传传输输而而衰衰减减的的主主信信道道光光信信号号由由光光前前置置放放大大器器放放大大后后，利利用用分分波波器器从从主主信信道道光光信信
20、号号中中分分出出各各个个特特定定波波长长的的光光信信号号，再再经经OTU转转换换成成原原终终端端设设备备所所具具有有的的非非特特定定波波长长的的光光信号。信号。l光光监监控控信信道道主主要要用用以以监监控控系系统统内内各各信信道道的的传传输输情情况况，在在发发送送端端插插入入本本节节点点产产生生的的波波长长为为s（1510nm）的的光光监监控控信信号号，与与主主信信道道的的光光信信号号合合波波输输出出；在在接接收收端端，从从接接收收到到的的光光信信号号中中分分离离出出光光监监控控信信号号。帧帧同同步步字字节节、公公务务字字节节和和网网管管所所用用的的开开销销字字节节等等都都能能通通过过光光监监
21、控控信信道道传传输输。由由于于光光监监控控信信号号是是利利用用EDFA工工作作波波段段以以外外的的波波长长，所所以以光光监监控控信信号号不不能能通通过过EDFA，只只能能在在EDFA后后面插入，在面插入，在EDFA前面取出。前面取出。l网网络络管管理理系系统统通通过过光光监监控控信信道道传传送送开开销销字字节节到到其其他他节节点点或或者者接接收收其其他他节节点点的的开开销销字字节节对对DWDM系系统统进进行行管管理理，实实现现配配置置管管理理、故故障障管管理理、性性能能管管理理、安安全全管管理理等等功功能能，并并与与上上层层管管理理系系统统（如（如TMN）相）相连连。第三十页，讲稿共八十九页哦
22、lDWDM系统的基本构成主要有三种基本形式系统的基本构成主要有三种基本形式l双纤单向传输双纤单向传输l单纤双向传输单纤双向传输l光分路插入传输光分路插入传输第三十一页，讲稿共八十九页哦双纤单向双纤单向DWDM传输传输如图所示。如图所示。第三十二页，讲稿共八十九页哦单纤双向单纤双向DWDM传输传输如图所示。如图所示。第三十三页，讲稿共八十九页哦光分路插入传输结构如下图所示光分路插入传输结构如下图所示第三十四页，讲稿共八十九页哦lDWDM系统中的主要设备系统中的主要设备lDWDM激光器激光器l光波复用器光波复用器l光接收器光接收器l光放大器光放大器第三十五页，讲稿共八十九页哦lDWDM激光器激光器
23、l几乎所有的几乎所有的DWDM系统都工作在系统都工作在1550nm的低耗波长区。光传输的低耗波长区。光传输功耗小功耗小，能保证尽可能大的传输距离和更好的信号完整性。，能保证尽可能大的传输距离和更好的信号完整性。l光波复用器光波复用器l光复用器是双向可逆的，将一个光复用器的输入和输出调换过来，光复用器是双向可逆的，将一个光复用器的输入和输出调换过来，就是解复用器。就是解复用器。l光接收器光接收器l负责检测进入的光波信号，并将它转换为一种适当的电信号，以便接负责检测进入的光波信号，并将它转换为一种适当的电信号，以便接收设备处理。收设备处理。l光放大器光放大器l用来提升光信号，补偿由于长距离传输而导
24、致光信号的功耗和衰减。用来提升光信号，补偿由于长距离传输而导致光信号的功耗和衰减。第三十六页，讲稿共八十九页哦9.3.2 DWDM系统的关键技术系统的关键技术lDWDM系统需要很多与其功能相适应的高新技术和器件，系统需要很多与其功能相适应的高新技术和器件，DWDM的的关键技术包括三个方面关键技术包括三个方面l光源技术光源技术l光滤波技术光滤波技术l光放大技术光放大技术第三十七页，讲稿共八十九页哦（1）光源技术）光源技术lDWDM系统中系统中光源的突出特点光源的突出特点是：有比较大的色散容纳值和标准而稳定是：有比较大的色散容纳值和标准而稳定的波长。的波长。l DWDM系统中系统中常用的光源常用的
25、光源主要有主要有l分布反馈激光器（分布反馈激光器（DFB）l量子阱（量子阱（QW）半导体激光器）半导体激光器l掺铒光纤激光器掺铒光纤激光器l波长可调谐激光器波长可调谐激光器第三十八页，讲稿共八十九页哦l分布反馈激光器（分布反馈激光器（DFB）是一种典型的单纵模激光器（）是一种典型的单纵模激光器（SLM），），其产生单纵模的机制是利用其产生单纵模的机制是利用布喇格反射原理布喇格反射原理。l布喇格反射是指光波在两种不同介质的交界面上具有周期性的反射布喇格反射是指光波在两种不同介质的交界面上具有周期性的反射点，当光入射时将产生周期性的反射，反射光的波长与光栅的距离点，当光入射时将产生周期性的反射，反
26、射光的波长与光栅的距离A有关，通过调整光栅的距离即可得到所需工作波长的激光。有关，通过调整光栅的距离即可得到所需工作波长的激光。第三十九页，讲稿共八十九页哦量子阱（量子阱（QW）半导体激光器是一种窄带隙有源区夹在宽）半导体激光器是一种窄带隙有源区夹在宽带隙半导体材料中间或交替重叠的半导体激光器，如图带隙半导体材料中间或交替重叠的半导体激光器，如图9.17所示所示 第四十页，讲稿共八十九页哦l掺铒光纤激光器利用光纤光栅技术，把掺铒光纤相隔一定长掺铒光纤激光器利用光纤光栅技术，把掺铒光纤相隔一定长度的两处写入光栅，两光栅之间相当于谐振腔，光波的传输由度的两处写入光栅，两光栅之间相当于谐振腔，光波的
27、传输由光纤承担。光纤承担。l泵浦光从掺铒光纤激光器左边光栅耦合进入光纤，由于光栅的选频泵浦光从掺铒光纤激光器左边光栅耦合进入光纤，由于光栅的选频作用，谐振腔只能反馈某一特定波长的光，输出单频激光，再经过隔作用，谐振腔只能反馈某一特定波长的光，输出单频激光，再经过隔离器输出线宽窄、功率高、噪声低的激光。离器输出线宽窄、功率高、噪声低的激光。第四十一页，讲稿共八十九页哦（2）光滤波技术）光滤波技术 l光光滤滤波器只允波器只允许许特定波特定波长长（频频率）的光率）的光顺顺利通利通过过，也称，也称为为滤滤光器。光器。l其作用是在接收机前从多信道复用的光信号中其作用是在接收机前从多信道复用的光信号中选择
28、选择出一出一定波定波长长的信号，以供接收机的信号，以供接收机进进行接收。行接收。lF-P光腔型滤波器光腔型滤波器l光栅型滤波器光栅型滤波器l介质膜滤波器介质膜滤波器l波导型滤波器波导型滤波器第四十二页，讲稿共八十九页哦F-P光滤波器光滤波器l三种介质由一对高度平行的高反射率镜面分割开，三种介质由一对高度平行的高反射率镜面分割开，形成一个波长选择性的形成一个波长选择性的F-P光滤波器腔体。光滤波器腔体。l谐振腔腔长为谐振腔腔长为L，材料折射率为，材料折射率为n，当光波入射，当光波入射左镜子的角度为左镜子的角度为时，其中部分入射光透过时，其中部分入射光透过镜子射向右镜子，光波在右镜子处部分透镜子射
29、向右镜子，光波在右镜子处部分透射（射（T1），部分反射。），部分反射。l反射的光波在左镜子处部分透射（反射的光波在左镜子处部分透射（R1），部分反），部分反射。然后新的反射光波在右镜子处又一次部射。然后新的反射光波在右镜子处又一次部分透射（分透射（T2），部分反射，这样一直持续下去，），部分反射，这样一直持续下去，以至于右镜子处有无数多的透射波。以至于右镜子处有无数多的透射波。l与激光的相干长度相比，镜子间的距离非常小，所有这些波可以看作来自同一相干激光与激光的相干长度相比，镜子间的距离非常小，所有这些波可以看作来自同一相干激光光源，如果这些波之间的相位差为光源，如果这些波之间的相位差为2的整
30、数倍，即同相，那么它们相干相加，这些波都将的整数倍，即同相，那么它们相干相加，这些波都将发送出去。确定波长的因素是发送出去。确定波长的因素是L，n和和，通过设计这三个参数，即可实现波长的可调谐。，通过设计这三个参数，即可实现波长的可调谐。第四十三页，讲稿共八十九页哦F-P光腔型滤波器又分多种形式光腔型滤波器又分多种形式l电致伸缩型电致伸缩型，通外加电压改变压电陶瓷的伸缩性，使谐振腔的腔，通外加电压改变压电陶瓷的伸缩性，使谐振腔的腔长发生变化，从而实现波长的调谐长发生变化，从而实现波长的调谐l电可调液晶光滤波器电可调液晶光滤波器，用外加直流电场改变液晶分子的取向，用外加直流电场改变液晶分子的取向
31、，从而改变腔中填充材料的折射率来实现谐振频率的微调。从而改变腔中填充材料的折射率来实现谐振频率的微调。l角度可调角度可调F-P光腔型滤波器光腔型滤波器，其中的基本元件是装在一个可旋转支架，其中的基本元件是装在一个可旋转支架上的上的F-P标准具（标准具（F-P谐振腔），通过转动支架改变谐振腔），通过转动支架改变F-P谐振腔的谐振腔的激光束的入射角来调整谐振波长。激光束的入射角来调整谐振波长。第四十四页，讲稿共八十九页哦电可调液晶光滤波器电可调液晶光滤波器 第四十五页，讲稿共八十九页哦角度可调角度可调F-P光腔型滤波器光腔型滤波器 第四十六页，讲稿共八十九页哦（3）光放大技术）光放大技术 l定义定
32、义：光放大器是一种不需要经过光：光放大器是一种不需要经过光/电电/光变换而直接对光信光变换而直接对光信号进行放大的有源器件，能高效补偿光功率在光纤传输中的损耗，号进行放大的有源器件，能高效补偿光功率在光纤传输中的损耗，延长通信系统的传输距离。延长通信系统的传输距离。l作用作用：光放大器不但可以对光信号进行放大，同时还具有实：光放大器不但可以对光信号进行放大，同时还具有实时、高增益、宽带、在线、低噪声、低损耗的全光放大功能，时、高增益、宽带、在线、低噪声、低损耗的全光放大功能，是长距离、大容量、高速率光通信系统不可缺少的关键器件。是长距离、大容量、高速率光通信系统不可缺少的关键器件。第四十七页，
33、讲稿共八十九页哦光放大器在光放大器在DWDM系统中主要有三种用途系统中主要有三种用途 l在发射机端在发射机端，用作功率放大器以提高发射机功率，称为功率放大；，用作功率放大器以提高发射机功率，称为功率放大；l在接收机端在接收机端，用作光预放大器以提高光接收机灵敏度，称为，用作光预放大器以提高光接收机灵敏度，称为前置放大；前置放大；l在光纤线路中在光纤线路中，用作中继放大器以补偿传输损耗延长传输距离，用作中继放大器以补偿传输损耗延长传输距离，称为中继放大或线路放大。称为中继放大或线路放大。第四十八页，讲稿共八十九页哦在在DWDM系统中，应用最多的是掺铒光纤放大器（系统中，应用最多的是掺铒光纤放大器
34、（EDFA）。）。l特点特点：EDFA具有高增益、低噪声、大输出功率，宽频带等优具有高增益、低噪声、大输出功率，宽频带等优点。为确保传输质量，点。为确保传输质量，DWDM系统中需要增益平坦和增益锁系统中需要增益平坦和增益锁定的定的EDFA。第四十九页，讲稿共八十九页哦为改善为改善EDFA的增益平坦性，目前采用的解决技术主要有两的增益平坦性，目前采用的解决技术主要有两种种 l增益均衡技术。增益均衡技术。l利用利用损损耗特性与放大器的同一波耗特性与放大器的同一波长长特性相反的增益均衡器来抵消特性相反的增益均衡器来抵消增益不均匀性增益不均匀性 l光纤技术。光纤技术。l采用改变光纤材料或者利用不同光纤
35、的组合来改变掺铒光纤的增益特采用改变光纤材料或者利用不同光纤的组合来改变掺铒光纤的增益特性，噪声特性和扩展增益带宽性，噪声特性和扩展增益带宽 第五十页，讲稿共八十九页哦9.3.3 DWDM复用器复用器l波分复用波分复用/解复用器件可实现将多个不同波长的光信号结合在一解复用器件可实现将多个不同波长的光信号结合在一起送入一根光纤中传输，或者将一根光纤中传输的多个不同波起送入一根光纤中传输，或者将一根光纤中传输的多个不同波长的光信号分解后送入不同接收机，也称为光合波器长的光信号分解后送入不同接收机，也称为光合波器/分波器。分波器。l波分复用器件提出的波分复用器件提出的基本要求基本要求，主要是，主要是
36、插入损耗及其偏差小，插入损耗及其偏差小，隔离度大；带内平坦，带外插入损耗变化陡峭；温度稳定性隔离度大；带内平坦，带外插入损耗变化陡峭；温度稳定性好，工作稳定、可靠；复用通路数多和尺寸小等。好，工作稳定、可靠；复用通路数多和尺寸小等。l 第五十一页，讲稿共八十九页哦插入损耗插入损耗l插入损耗是指由于增加光波分复用器插入损耗是指由于增加光波分复用器/解复用器而产生的解复用器而产生的附加损耗，定义为波分复用器件的附加损耗，定义为波分复用器件的输入和输出端口输入和输出端口之间之间的光功率之比，即的光功率之比，即第五十二页，讲稿共八十九页哦串扰抑制度串扰抑制度l串扰抑制度是指其他信道的信号耦合进某一信道
37、，并使该信道串扰抑制度是指其他信道的信号耦合进某一信道，并使该信道传输质量下降的影响程度，有时也可用隔离度来表示这一程度。传输质量下降的影响程度，有时也可用隔离度来表示这一程度。第五十三页，讲稿共八十九页哦回波损耗回波损耗l回波损耗是指从波分复用器件的输入端口返回的光功率与输入光功率回波损耗是指从波分复用器件的输入端口返回的光功率与输入光功率的比，即的比，即第五十四页，讲稿共八十九页哦反射系数反射系数l反射系数是指在波分复用器件的给定端口的反射光功率反射系数是指在波分复用器件的给定端口的反射光功率Pr与入射与入射光功率光功率Pj之比，即之比，即第五十五页，讲稿共八十九页哦l工作波长范围工作波长
38、范围:l指波分复用器件能够按照规定的性能要求工作的波长范围指波分复用器件能够按照规定的性能要求工作的波长范围（min到到max）。）。l信道宽度信道宽度:l指各光源之间为避免串扰应具有的波长间隔。指各光源之间为避免串扰应具有的波长间隔。l偏振相关损耗偏振相关损耗:l偏振相关损耗（偏振相关损耗（PDL:Polarization dependent Loss）是指由于偏振态的变化所造成的插入损耗的最大变化值。）是指由于偏振态的变化所造成的插入损耗的最大变化值。第五十六页，讲稿共八十九页哦波分复用器的分类波分复用器的分类1.熔锥光纤型光波分复用器熔锥光纤型光波分复用器2.Mach-Zahnder滤波
39、器型光波分复用器滤波器型光波分复用器3.光栅型光波分复用器光栅型光波分复用器4.多层介质膜干涉滤光片（多层介质膜干涉滤光片（MI）型波分复用器）型波分复用器5.光纤布拉格光栅（光纤布拉格光栅（FBG）型波分复用器）型波分复用器6.阵列波导光栅（阵列波导光栅（AWG）型波分复用器）型波分复用器第五十七页，讲稿共八十九页哦1.熔锥光纤型光波分复用器的制作与结构如下图熔锥光纤型光波分复用器的制作与结构如下图：利用消逝波耦合原理进行分波或合波。利用消逝波耦合原理进行分波或合波。当通过熔拉两根单模光纤使两根光纤的纤芯相互充分靠近时，单模光纤中的两个当通过熔拉两根单模光纤使两根光纤的纤芯相互充分靠近时，单
40、模光纤中的两个基模（基模（LP01横电横磁混合模）会通过瞬逝波产生相互耦合，在一定的耦合横电横磁混合模）会通过瞬逝波产生相互耦合，在一定的耦合系数和耦合长度下，不同波长成分的光功率可互易地由一根光纤转移到系数和耦合长度下，不同波长成分的光功率可互易地由一根光纤转移到另一根光纤，从而实现分波、合波效果。另一根光纤，从而实现分波、合波效果。第五十八页，讲稿共八十九页哦熔锥光纤型光波分复用器熔锥光纤型光波分复用器l优点优点:制作容易，使用方便，插入损耗非常低；缺点是尺寸稍大，复制作容易，使用方便，插入损耗非常低；缺点是尺寸稍大，复用波长数少，隔离度较差，复用的两光信号的波长差较大，一般不适用波长数少
41、，隔离度较差，复用的两光信号的波长差较大，一般不适合在合在DWDM 系统中应用。系统中应用。第五十九页，讲稿共八十九页哦2.Mach-Zahnder 滤波器型光波分复用器滤波器型光波分复用器使用两条不同长度的干涉路径来决定不同的波长输出。使用两条不同长度的干涉路径来决定不同的波长输出。第六十页，讲稿共八十九页哦lMZI作为一个解复用器作为一个解复用器l假设多波长信号从输入端口假设多波长信号从输入端口1输入，经过第一个定向耦合器后，输入光功率分输入，经过第一个定向耦合器后，输入光功率分成功率相等的两束分别进入两波导臂，但是在两臂上的信号有了成功率相等的两束分别进入两波导臂，但是在两臂上的信号有了
42、/2的相的相差，下臂上信号的相位比上臂滞后差，下臂上信号的相位比上臂滞后/2。l如果下臂与上臂的长度差为如果下臂与上臂的长度差为L，则下臂信号的相位进一步滞后，则下臂信号的相位进一步滞后L，=(2n)/，n为介质折射率，为介质折射率，为光波长。为光波长。l在第二个定向耦合器的输出端口在第二个定向耦合器的输出端口1处，来自下臂的信号又比来自上臂的信处，来自下臂的信号又比来自上臂的信号延迟了号延迟了/2，因此，在输出端口，因此，在输出端口1处，两信号总的相位差为处，两信号总的相位差为/2+L+/2。在。在输出端口输出端口2处，两信号总的相位差为处，两信号总的相位差为/2+L-/2=L。l输出端口输
43、出端口1:L=的奇数倍的奇数倍l输出端口输出端口2:L=的偶数倍的偶数倍第六十一页，讲稿共八十九页哦基于基于MZI的集成的四波分复用的集成的四波分复用/解复用器解复用器 第六十二页，讲稿共八十九页哦3.光栅型光波分复用器光栅型光波分复用器l定义定义：光栅是指在一块能够透射或反射的平面上刻出一系列平行：光栅是指在一块能够透射或反射的平面上刻出一系列平行且等距的槽痕，形成许多具有相同间隔的狭缝，可使入射的多波且等距的槽痕，形成许多具有相同间隔的狭缝，可使入射的多波长复合光分散为各个波长分量的光，或者相反，使入射的多个不长复合光分散为各个波长分量的光，或者相反，使入射的多个不同波长的光聚集为复合光。
44、同波长的光聚集为复合光。l光栅对不同波长光的衍射角不同，不同波长成分的光信号将以不同的光栅对不同波长光的衍射角不同，不同波长成分的光信号将以不同的角度出射角度出射.第六十三页，讲稿共八十九页哦光栅型光波分复用器原理图光栅型光波分复用器原理图传统的透镜作准直器件 第六十四页，讲稿共八十九页哦自聚焦透镜作准直器件自聚焦透镜作准直器件 第六十五页，讲稿共八十九页哦光栅种类较多，但用于光栅种类较多，但用于DWDM系统中的主要是闪耀光栅，闪系统中的主要是闪耀光栅，闪耀光纤能使入射光方向矢量几乎垂直于光栅表面上执行反耀光纤能使入射光方向矢量几乎垂直于光栅表面上执行反射的沟槽平面，形成所谓的利特罗（射的沟槽
45、平面，形成所谓的利特罗（Littow）结构，可以）结构，可以提高衍射效率，降低插入损耗。提高衍射效率，降低插入损耗。Littow结构的光栅方程为：结构的光栅方程为：对于对于Littrow安装方式，安装方式，i，因而器件的角色散本领为：，因而器件的角色散本领为：光栅的总槽数光栅的总槽数N和和k成正比，因此，要得到性能好的光栅，总槽数成正比，因此，要得到性能好的光栅，总槽数N应尽量多，光栅常数应尽量多，光栅常数d尽量小，并尽量选用高的衍射级数。尽量小，并尽量选用高的衍射级数。第六十六页，讲稿共八十九页哦4.多层介质膜滤波器多层介质膜滤波器利用多层介质膜的滤光作用选择波长，使某波长的光通过，其他利用
46、多层介质膜的滤光作用选择波长，使某波长的光通过，其他波长的光被反射。波长的光被反射。介质膜滤波器由多层不同折射率的介质膜组合而成，一层为高折射率介质膜滤波器由多层不同折射率的介质膜组合而成，一层为高折射率一层为低折射率相间组成。通过选择薄膜层的几何结构及折射系数，两一层为低折射率相间组成。通过选择薄膜层的几何结构及折射系数，两层之间的多个反射引起的干涉就会把需要传输的波长透射出去，并把其层之间的多个反射引起的干涉就会把需要传输的波长透射出去，并把其余的波长通过介质膜反射回来。余的波长通过介质膜反射回来。第六十七页，讲稿共八十九页哦4.介质膜滤波器介质膜滤波器当光程差等于光波长的整数倍时，当光程
47、差等于光波长的整数倍时，A1和和A2 同相相长而形成强的透同相相长而形成强的透射波。射波。第六十八页，讲稿共八十九页哦将多个波长的滤波器以一定的结构如图所示组合起来，可构成将多个波长的滤波器以一定的结构如图所示组合起来，可构成所需信道数的解复用器所需信道数的解复用器 信道1信道2信道8信道71,81287公共端第六十九页，讲稿共八十九页哦MI滤波器优缺点滤波器优缺点：l优点优点是可实现结构稳定的小型化器件，信号通带较平坦，与是可实现结构稳定的小型化器件，信号通带较平坦，与极化无关，温度特性很好，可达极化无关，温度特性很好，可达0.001nm/。l缺点缺点是插入损耗随复用通路数增多而加大，所以通
48、路数不会很多。是插入损耗随复用通路数增多而加大，所以通路数不会很多。第七十页，讲稿共八十九页哦5.光纤布喇格光栅（光纤布喇格光栅（FBG）型波分复用器）型波分复用器 l定义定义：是一种反射型光纤光栅，可以用作一个波长选择性的：是一种反射型光纤光栅，可以用作一个波长选择性的反射镜，使正向传输模同反向传输模之间发生耦合，这种光反射镜，使正向传输模同反向传输模之间发生耦合，这种光纤光栅只对在布喇格波长及其附近很窄的波长范围内的光发纤光栅只对在布喇格波长及其附近很窄的波长范围内的光发生反射，而不影响其他波长的光通过，光栅实际上就成为一生反射，而不影响其他波长的光通过，光栅实际上就成为一个窄带的反射滤波
49、器。个窄带的反射滤波器。第七十一页，讲稿共八十九页哦设两列波沿着同一方向传播，其传播常数分别为设两列波沿着同一方向传播，其传播常数分别为0和和1，布喇格相位匹配条件为：布喇格相位匹配条件为：假设传播常数为假设传播常数为0的光波从左向右传播，如果满足相位匹配条件：的光波从左向右传播，如果满足相位匹配条件：则这个光波的能量可以耦合到沿它相反的方向传播的具有相同波长的则这个光波的能量可以耦合到沿它相反的方向传播的具有相同波长的反射光中去。反射光中去。0 0=2=2n neffeff/0 0，其中，其中0 0为输入光的波长，为输入光的波长，n neffeff为为波导或光纤的有效折射率。也就是说，如果波
50、导或光纤的有效折射率。也就是说，如果0 0=2=2n neffeff，光波，光波将发生反射，这个波长将发生反射，这个波长0 0就称为布喇格波长。就称为布喇格波长。第七十二页，讲稿共八十九页哦随着入射光波的波长偏离布喇格波长，其反射率就会降随着入射光波的波长偏离布喇格波长，其反射率就会降低，如图所示低，如图所示 第七十三页，讲稿共八十九页哦利用光纤光栅的选择反射作用可以制作出光环形器（利用光纤光栅的选择反射作用可以制作出光环形器（Optical Circulator）l环形器的工作原理是任何一路光波信号从其一个端口输入，将环形器的工作原理是任何一路光波信号从其一个端口输入，将从其下一个环绕环形器