光纖通信 第05章

1、 IL = RL = R = 1010log()ppr010log()ppr010log()pp最小波長（最小波長（ min）到最大波長（）到最大波長（ max）的）的范圍范圍 對于所有的偏振態(tài)，由于偏振態(tài)的變化造對于所有的偏振態(tài)，由于偏振態(tài)的變化造成的插入損耗的最大變化值成的插入損耗的最大變化值block0log(/)ISpp 光連接器的功能是將兩根光纖連接起來光連接器的功能是將兩根光纖連接起來 影響光連接器的插入損耗的因素影響光連接器的插入損耗的因素 :l被連接的兩根光纖是否匹配被連接的兩根光纖是否匹配l安裝的精度安裝的精度 光通信中經(jīng)常需要把多個光信號耦合到一光通信中經(jīng)常需要把多個光信號

2、耦合到一起，或?qū)⒐庑盘柗值蕉喔饫w中，光耦合起，或?qū)⒐庑盘柗值蕉喔饫w中，光耦合器可以實現(xiàn)這些功能器可以實現(xiàn)這些功能 簡單的耦合器簡單的耦合器 常用的制造光耦合器的方法有研磨拋光法、常用的制造光耦合器的方法有研磨拋光法、熔融拉錐法和平面波導(dǎo)法熔融拉錐法和平面波導(dǎo)法 基本結(jié)構(gòu)和基本原理與光耦合器類似基本結(jié)構(gòu)和基本原理與光耦合器類似 光纖中折射率周期性變化的結(jié)構(gòu)光纖中折射率周期性變化的結(jié)構(gòu)M-Z濾波器由兩個濾波器由兩個3dB耦合器和兩段長度耦合器和兩段長度不等的波導(dǎo)臂組成不等的波導(dǎo)臂組成 輸入光功率輸入光功率Pi經(jīng)第一個經(jīng)第一個3dB耦合器后等分耦合器后等分為為Pi1和和Pi2兩部分兩部分,光功率

3、可以表示為光功率可以表示為 iiipEElieitEAi22i1i222iEApp由于兩波導(dǎo)的長度不同，傳輸時延不同，由于兩波導(dǎo)的長度不同，傳輸時延不同，到達第二個到達第二個3dB耦合器時，兩束光的電場耦合器時，兩束光的電場強度可以表示為強度可以表示為 1(/ )l1e2it LvAEi2(/ )l2e2it LvAEi合成光波的電場強度和輸出光功率可以表合成光波的電場強度和輸出光功率可以表示為示為12(/ )(/ )l12ee2itLvitLvAEEEi2*2212012()1 coscos ()2LLApE EALLvv 定義輸出光功率與輸入光功率的比值為透定義輸出光功率與輸入光功率的比值

4、為透射率，透射率的表達式為射率，透射率的表達式為 2oi12/cos ()TPpLLv非線性環(huán)路鏡（非線性環(huán)路鏡（Non-Linear Optical Loop Mirror，NOLM）是一個可以具有多種用途的快速開關(guān)器）是一個可以具有多種用途的快速開關(guān)器件，在消除脈沖序列的背景噪聲、光時分復(fù)用件，在消除脈沖序列的背景噪聲、光時分復(fù)用（OTDM）系統(tǒng)和光邏輯器件的研究中有廣泛的）系統(tǒng)和光邏輯器件的研究中有廣泛的應(yīng)用應(yīng)用 非線性環(huán)路鏡的典型結(jié)構(gòu)非線性環(huán)路鏡的典型結(jié)構(gòu) 輸出光功率隨輸入功率的變化輸出光功率隨輸入功率的變化 非線性環(huán)路鏡可以采用多種不同的結(jié)構(gòu)，實非線性環(huán)路鏡可以采用多種不同的結(jié)構(gòu)，實

5、現(xiàn)不同的目的現(xiàn)不同的目的,下圖為改進的非線性放大環(huán)下圖為改進的非線性放大環(huán)路鏡路鏡 非線性環(huán)路鏡可以用于不同的系統(tǒng)中，實現(xiàn)非線性環(huán)路鏡可以用于不同的系統(tǒng)中，實現(xiàn)不同的目的不同的目的 NOLM可以作為一個光邏輯與門，在光時分可以作為一個光邏輯與門，在光時分復(fù)用（復(fù)用（OTDM）系統(tǒng)中實現(xiàn)解復(fù)用的功能）系統(tǒng)中實現(xiàn)解復(fù)用的功能 雙折射棱鏡型偏振分束器雙折射棱鏡型偏振分束器 法拉第電磁旋轉(zhuǎn)效應(yīng)法拉第電磁旋轉(zhuǎn)效應(yīng) 光環(huán)行器是在光通信中應(yīng)用廣泛的微光學(xué)光環(huán)行器是在光通信中應(yīng)用廣泛的微光學(xué)器件，它具有多個端口，最常用的是器件，它具有多個端口，最常用的是3端口端口和和4端口器件端口器件 光環(huán)行器可以有不同的結(jié)

6、構(gòu)，可以使用不同的光環(huán)行器可以有不同的結(jié)構(gòu)，可以使用不同的器件構(gòu)成，但其最基本的原理是利用法拉第電器件構(gòu)成，但其最基本的原理是利用法拉第電磁旋轉(zhuǎn)效應(yīng)實現(xiàn)光的單向傳輸。磁旋轉(zhuǎn)效應(yīng)實現(xiàn)光的單向傳輸。 3端口光環(huán)行器的結(jié)構(gòu)以及端口端口光環(huán)行器的結(jié)構(gòu)以及端口1到端口到端口2的光路圖的光路圖 自聚焦透鏡（自聚焦透鏡（GRIN）是應(yīng)用廣泛的無源）是應(yīng)用廣泛的無源光器件，主要作用是準(zhǔn)直光束光器件，主要作用是準(zhǔn)直光束 自聚焦光纖的折射率分布近似為自聚焦光纖的折射率分布近似為自聚焦透鏡中光線的軌跡自聚焦透鏡中光線的軌跡 2 2012( )(1)2n rnra在自聚焦透鏡中，近軸光線的軌跡在自聚焦透鏡中，近軸光線

7、的軌跡r（z）及其導(dǎo)數(shù)為及其導(dǎo)數(shù)為在自聚焦透鏡中，入射光線的軌跡是一條在自聚焦透鏡中，入射光線的軌跡是一條正弦曲線，而且所有的入射光線都有相同正弦曲線，而且所有的入射光線都有相同的周期，稱之為自聚焦透鏡的節(jié)距，表示的周期，稱之為自聚焦透鏡的節(jié)距，表示為為Ln 。00( )cossinrr zrzz00( )sincosr zrz rz00d2,dznrrLz 兩束透射波兩束透射波A1和和A2的路程差為的路程差為相位差為相位差為cos22 coscoscosllABBCll 2l n 當(dāng)相位差為當(dāng)相位差為2 的整數(shù)倍時，所有的透射波同的整數(shù)倍時，所有的透射波同相相長，形成強的輸出光束，對應(yīng)的透射

8、波相相長，形成強的輸出光束，對應(yīng)的透射波長為長為 2cos1,2,3,Tnlmm光柵形狀光柵形狀基本的光柵方程可以表示為基本的光柵方程可以表示為 k = 1，2，3， (sinsin)indkb角色散本領(lǐng)和色分辨本領(lǐng)是角色散元件的主角色散本領(lǐng)和色分辨本領(lǐng)是角色散元件的主要性能指標(biāo)要性能指標(biāo) 。角色散本領(lǐng)是相距為單位波長的光波散開角角色散本領(lǐng)是相距為單位波長的光波散開角度，其表達式為度，其表達式為色分辨本領(lǐng)定義為色分辨本領(lǐng)定義為光柵的角色散本領(lǐng)為光柵的角色散本領(lǐng)為光柵的色分辨本領(lǐng)為光柵的色分辨本領(lǐng)為 Dmin2 coskDdNk波分復(fù)用波分復(fù)用(WDM): 是指將兩種或多種各自攜帶有大量信是指將

9、兩種或多種各自攜帶有大量信息的不同波長的光載波信號，在發(fā)射端經(jīng)息的不同波長的光載波信號，在發(fā)射端經(jīng)復(fù)用器匯合，并將其耦合到同一根光纖中復(fù)用器匯合，并將其耦合到同一根光纖中進行傳輸，在接收端通過解復(fù)用器對各種進行傳輸，在接收端通過解復(fù)用器對各種波長的光載波信號進行分離，然后由光接波長的光載波信號進行分離，然后由光接收機做進一步的處理，使原始信號復(fù)原。收機做進一步的處理，使原始信號復(fù)原。對波分復(fù)用器件的主要要求是：對波分復(fù)用器件的主要要求是：l l 插入損耗小，隔離度大，串?dāng)_?。徊迦霌p耗小，隔離度大，串?dāng)_??；l l 帶內(nèi)平坦，帶外插入損耗變化陡峭；帶內(nèi)平坦，帶外插入損耗變化陡峭；l l 溫度穩(wěn)定性

10、好，工作穩(wěn)定、可靠；溫度穩(wěn)定性好，工作穩(wěn)定、可靠；l l 復(fù)用通路數(shù)多，各路插入損耗相差不大，復(fù)用通路數(shù)多，各路插入損耗相差不大，尺寸小尺寸小 波分復(fù)用、解復(fù)用器件的性能參數(shù)波分復(fù)用、解復(fù)用器件的性能參數(shù) l插入損耗插入損耗l回波損耗回波損耗l反射系數(shù)反射系數(shù)l偏振相關(guān)損耗偏振相關(guān)損耗l中心波長和通帶特性中心波長和通帶特性 l中心波長是指各信道的中心波長中心波長是指各信道的中心波長 l通帶特性是指波分復(fù)用器的各個信道的濾波特性，可以用通帶特性是指波分復(fù)用器的各個信道的濾波特性，可以用0.5dB帶寬、帶寬、3dB帶寬和帶寬和20dB帶寬來表示帶寬來表示 l信道隔離度和串?dāng)_信道隔離度和串?dāng)_l信道隔

11、離度定義信道隔離度定義l隔離度和串?dāng)_是一對相關(guān)聯(lián)的參數(shù)，其絕對值相等，符號相隔離度和串?dāng)_是一對相關(guān)聯(lián)的參數(shù)，其絕對值相等，符號相反反 ()10lg(dB)()iijijiPIP光柵型解復(fù)用器的三種結(jié)構(gòu)光柵型解復(fù)用器的三種結(jié)構(gòu) 當(dāng)入射波被準(zhǔn)直成平行光照射到光柵上，當(dāng)入射波被準(zhǔn)直成平行光照射到光柵上，不同波長的主最大相互分開一個角度，即將不同波長的主最大相互分開一個角度，即將多波長信號進行解復(fù)用。多波長信號進行解復(fù)用。光柵型解復(fù)用器是一種并行器件，它可光柵型解復(fù)用器是一種并行器件，它可以同時分開多路不同波長的信號，使各路的以同時分開多路不同波長的信號，使各路的插入損耗都一樣，具有解復(fù)用路數(shù)多，分辨

12、插入損耗都一樣，具有解復(fù)用路數(shù)多，分辨率較高等優(yōu)點，目前被廣泛應(yīng)用于率較高等優(yōu)點，目前被廣泛應(yīng)用于DWDM系系統(tǒng)中。統(tǒng)中。 基本的干涉膜濾波器型解復(fù)用器件的結(jié)構(gòu)基本的干涉膜濾波器型解復(fù)用器件的結(jié)構(gòu) 陣列波導(dǎo)光柵型陣列波導(dǎo)光柵型（Arrayed Wavequide Grating，AWG）復(fù)用、）復(fù)用、解復(fù)用器的原理結(jié)構(gòu)和解復(fù)用器的原理結(jié)構(gòu)和輸出特性輸出特性 隨著復(fù)用波長數(shù)的不斷增加，一種稱為波隨著復(fù)用波長數(shù)的不斷增加，一種稱為波長交織器的復(fù)用、解復(fù)用器問世。長交織器的復(fù)用、解復(fù)用器問世。 這種器件是一種梳狀濾波器，可以對信號這種器件是一種梳狀濾波器，可以對信號的頻譜進行梳理和交織，也稱為光數(shù)字

13、波的頻譜進行梳理和交織，也稱為光數(shù)字波分復(fù)用器分復(fù)用器 。光開關(guān)是構(gòu)成光網(wǎng)絡(luò)中光交叉連接（光開關(guān)是構(gòu)成光網(wǎng)絡(luò)中光交叉連接（OXC）和光分插復(fù)用（和光分插復(fù)用（OADM）設(shè)備的核心器件，）設(shè)備的核心器件，也是光網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)保護倒換的必需器件，其主也是光網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)保護倒換的必需器件，其主要性能除了插入損耗、隔離度、開關(guān)速度和要性能除了插入損耗、隔離度、開關(guān)速度和偏振敏感性等外，還有消光比和阻塞性質(zhì)偏振敏感性等外，還有消光比和阻塞性質(zhì) 。消光比消光比是指開關(guān)是指開關(guān)on和和off時輸出功率之比（常時輸出功率之比（常用用dB表示）；表示）；阻塞性質(zhì)阻塞性質(zhì)是指任一輸入端的信號能否在任意是指任一輸入端的信號能

14、否在任意時刻接通到任意輸出端的性質(zhì)時刻接通到任意輸出端的性質(zhì) 。機械光開關(guān)可以分為移動光纖、移動套管、移動準(zhǔn)直器、機械光開關(guān)可以分為移動光纖、移動套管、移動準(zhǔn)直器、移動反光鏡、移動棱鏡和移動耦合器等多種類型移動反光鏡、移動棱鏡和移動耦合器等多種類型 圖示為三種采用不同技術(shù)的開關(guān)結(jié)構(gòu)：移動光纖、移動圖示為三種采用不同技術(shù)的開關(guān)結(jié)構(gòu)：移動光纖、移動棱鏡和轉(zhuǎn)動反射鏡棱鏡和轉(zhuǎn)動反射鏡 微電機械（微電機械（MEMS）器件基本原理是通過）器件基本原理是通過靜電的作用使可以活動的微鏡面發(fā)生轉(zhuǎn)動，靜電的作用使可以活動的微鏡面發(fā)生轉(zhuǎn)動，從而改變輸入光的傳播方向。從而改變輸入光的傳播方向。MEMS既有機械光開關(guān)的

15、低損耗、低串?dāng)_、既有機械光開關(guān)的低損耗、低串?dāng)_、低偏振敏感性和高消光比的優(yōu)點，又有體低偏振敏感性和高消光比的優(yōu)點，又有體積小、易于大規(guī)模集成等優(yōu)點，非常適合積小、易于大規(guī)模集成等優(yōu)點，非常適合于骨干網(wǎng)或大型交換業(yè)務(wù)的應(yīng)用場合。于骨干網(wǎng)或大型交換業(yè)務(wù)的應(yīng)用場合。二維二維MEMS光開關(guān)光開關(guān) 三維三維MEMS光開關(guān)光開關(guān) 基本結(jié)構(gòu)有兩種：基本結(jié)構(gòu)有兩種：Y型分路器結(jié)構(gòu)型分路器結(jié)構(gòu)MuchZahnder（MZI）干涉儀型結(jié)構(gòu)）干涉儀型結(jié)構(gòu) 利用電光效應(yīng)達到改變波導(dǎo)材料的折射率利用電光效應(yīng)達到改變波導(dǎo)材料的折射率來實現(xiàn)的光開關(guān)來實現(xiàn)的光開關(guān) 。開關(guān)速度快、集成方便，是未來光交換技開關(guān)速度快、集成方便，

16、是未來光交換技術(shù)中需要的高速器件。術(shù)中需要的高速器件。光纖傳輸系統(tǒng)的目的：光纖傳輸系統(tǒng)的目的： 提高傳輸速率和擴大傳輸容量提高傳輸速率和擴大傳輸容量相同：本質(zhì)上都是光波長分割復(fù)用（或光頻相同：本質(zhì)上都是光波長分割復(fù)用（或光頻率分割復(fù)用）率分割復(fù)用）不同：復(fù)用信道波長間隔不同不同：復(fù)用信道波長間隔不同目前目前WDM系統(tǒng)主要指密集波分復(fù)用系統(tǒng)，它的系統(tǒng)主要指密集波分復(fù)用系統(tǒng)，它的主要優(yōu)點為：主要優(yōu)點為： （1）充分利用光纖的低損耗波段，大大增加光）充分利用光纖的低損耗波段，大大增加光纖的傳輸容量，降低成本；纖的傳輸容量，降低成本；（2）對各信道傳輸?shù)男盘柕乃俾?、格式具有透）對各信道傳輸?shù)男盘柕乃俾?/p>

17、、格式具有透明性，有利于數(shù)字信號和模擬信號的兼容；明性，有利于數(shù)字信號和模擬信號的兼容；（3）節(jié)省光纖和光中繼器，便于對已建成的系）節(jié)省光纖和光中繼器，便于對已建成的系統(tǒng)進行擴容；統(tǒng)進行擴容；（4）可提供波長選路，使建立透明、靈活、具）可提供波長選路，使建立透明、靈活、具有高度生存性的有高度生存性的WDM光通信網(wǎng)成為可能。光通信網(wǎng)成為可能。 WDM系統(tǒng)可以分為單向傳輸方式和雙向傳輸方式系統(tǒng)可以分為單向傳輸方式和雙向傳輸方式 單向單向WDM系統(tǒng)的組成系統(tǒng)的組成 波長轉(zhuǎn)換器波長轉(zhuǎn)換器雙向雙向WDM光纖通信系統(tǒng)的組成光纖通信系統(tǒng)的組成 lITU-T已建議已建議193.1THz（即（即1552.52n

18、m）值作為）值作為WDM的參考頻率，從而為的參考頻率，從而為WDM光信號提供較光信號提供較高的頻率精度和頻率穩(wěn)定度。高的頻率精度和頻率穩(wěn)定度。 lWDM的通道間隔是指相鄰?fù)烽g的標(biāo)稱頻率的通道間隔是指相鄰?fù)烽g的標(biāo)稱頻率差，可以是均勻間隔，也可以是非均勻間隔的。差，可以是均勻間隔，也可以是非均勻間隔的。適當(dāng)設(shè)計的非均勻間隔可以用來抑制適當(dāng)設(shè)計的非均勻間隔可以用來抑制G.653光纖光纖中的四波混頻效應(yīng)（中的四波混頻效應(yīng)（FWM），減小非線性串?dāng)_。），減小非線性串?dāng)_。 l中心頻率偏移定義為標(biāo)稱中心頻率與實際中心中心頻率偏移定義為標(biāo)稱中心頻率與實際中心頻率之差。頻率之差。 光監(jiān)控信道（光監(jiān)控信道（O

19、SC）可以減少系統(tǒng)故障幾率、故障修復(fù)）可以減少系統(tǒng)故障幾率、故障修復(fù)時間，增強網(wǎng)絡(luò)生存性，降低運行、維護和管理成本。時間，增強網(wǎng)絡(luò)生存性，降低運行、維護和管理成本。根據(jù)我國國標(biāo)的規(guī)定，光監(jiān)控信道應(yīng)滿足以下條件：根據(jù)我國國標(biāo)的規(guī)定，光監(jiān)控信道應(yīng)滿足以下條件： （1）監(jiān)控通路不限制光放大器的泵浦波長；）監(jiān)控通路不限制光放大器的泵浦波長；（2）監(jiān)控通路不應(yīng)限制兩線路放大器之間的距離；）監(jiān)控通路不應(yīng)限制兩線路放大器之間的距離；（3）監(jiān)控通路不能限制未來在）監(jiān)控通路不能限制未來在1310nm波長的業(yè)務(wù)；波長的業(yè)務(wù)；（4）線路放大器失效時監(jiān)控通路仍然可用；）線路放大器失效時監(jiān)控通路仍然可用；（5）OSC傳輸應(yīng)該是分段的且具有傳輸應(yīng)該是分段的且具有3R功能和雙向傳輸功功能和雙向