光纖通信進(jìn)展李淳飛

3月20日光纖通信進(jìn)展李淳飛主講人簡介李淳飛，男，1961年畢業(yè)于哈爾濱工業(yè)大學(xué)，現(xiàn)任哈爾濱工業(yè)大學(xué)現(xiàn)代光學(xué)研究所所長，教授。李淳飛教授是國家首屆863打算信息領(lǐng)域?qū)＜椅瘑T會委員，中國光學(xué)學(xué)會理事，美國光學(xué)學(xué)會和光學(xué)工程學(xué)會會員。它的要緊研究方向是非線性光學(xué)和光子技術(shù)，專門是普遍應(yīng)用于光通信、光計算和光傳感中的光開關(guān)器件，長期參加國際科研合作和學(xué)術(shù)交流，在國際學(xué)術(shù)界享有較高聲譽(yù)。進(jìn)入新世紀(jì)，李淳飛教授在哈爾濱工業(yè)大學(xué)開辟了光通信網(wǎng)絡(luò)器件與系統(tǒng)研究的新方向，取得多項創(chuàng)新性研究功效。內(nèi)容簡介現(xiàn)代的工業(yè)是以信息技術(shù)為先導(dǎo)，也是最大的產(chǎn)業(yè)。20世紀(jì)下半年，信息技術(shù)進(jìn)展專門快，在咱們的生活和生產(chǎn)當(dāng)中，起到一個關(guān)鍵作用。大伙兒都明白互聯(lián)網(wǎng)是很重要的，咱們能夠通過互聯(lián)網(wǎng)來傳遞各類各樣的信息，能夠進(jìn)行信息處置，乃至于在咱們的生活當(dāng)中也普遍應(yīng)用?？墒谴丝痰碾娮踊ヂ?lián)網(wǎng)它的速度不夠快，咱們常常感到上網(wǎng)有困難。為了改變電子互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)速度慢、信息量少等缺點，科學(xué)家門研制出了光纖通信互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。光纖通信具有傳輸速度快、傳遞信息量大和保密性強(qiáng)等優(yōu)勢。過去的電子互聯(lián)網(wǎng)就相當(dāng)于一個羊腸小道，而那個光纖互聯(lián)網(wǎng)就像是一個寬帶的信息的高速公路。中國光通信的進(jìn)展超級迅速，20世紀(jì)80年代上海第一鋪設(shè)了一條千米的數(shù)字光通信線路。20世紀(jì)80年代國家投資武漢郵電研究院，研制光纖器件。1995年到1998年，上海交大完成了九五項目，四個節(jié)點的全光城域網(wǎng)、實驗網(wǎng)。20世紀(jì)90年代起，全國各地都普遍鋪設(shè)和利用單路的光纖通信線路，此刻是一直到農(nóng)村，咱們都能夠看到光纖線路。2000年末中國網(wǎng)通公司建成了3400千米的波分復(fù)用的光纖通信網(wǎng)，2001年完成了863項目，中國高速示范網(wǎng)。2000年，國家自然科學(xué)基金資助了一個項目，中國高速互聯(lián)研究實驗網(wǎng)。目前，光纖通信系統(tǒng)已經(jīng)進(jìn)入到我國廣大的城市和鄉(xiāng)村，為人民生活和經(jīng)濟(jì)進(jìn)展提供了便利效勞。哈爾濱工業(yè)大學(xué)教授李淳飛通過對光發(fā)射、光同意、光放大等技術(shù)的研究，向咱們描述了利用互聯(lián)網(wǎng)傳遞郵件、查找資料、收看電視、打的多功能前景。全文今天我講的題目是《光纖通信進(jìn)展》。要緊講的內(nèi)容，第一談一談光纖通信進(jìn)展的歷史，然后咱們再介紹光纖通信一些關(guān)鍵技術(shù)，包括光纖及其特性，光纖通信系統(tǒng)，還有光纖通信器件。我偏重于光纖通信器件，最后咱們給個結(jié)論。咱們先談光纖通信是怎么進(jìn)展起來的。咱們都明白，現(xiàn)代的工業(yè)是以信息技術(shù)為先導(dǎo)，也是最大的產(chǎn)業(yè)。20世紀(jì)下半年，信息技術(shù)進(jìn)展專門快，在咱們的生活，咱們的生產(chǎn)當(dāng)中，起到一個關(guān)鍵作用。20世紀(jì)的信息技術(shù)，是有什么樣的特點呢？它是以微電子學(xué)為基礎(chǔ)，微電子學(xué)的進(jìn)展，增進(jìn)了信息技術(shù)的進(jìn)展，它的關(guān)鍵技術(shù)是晶體管等電子器件。晶體管大伙兒都明白是PN結(jié)形成的，有了晶體管以后，就有了開關(guān)，有了放大，有了調(diào)制各類各樣的器件。把這些器件和這些元件集成在一路，就成為集成電路。咱們電子運算機(jī)的芯片，確實是集成電路組成的，集成電路做得愈來愈小，因此咱們的運算機(jī)也就變得愈來愈小，而且速度愈來愈快。同時，電子通信也取得專門大的進(jìn)展，電子通信和電子運算機(jī)結(jié)合起來，就成了咱們今天的電子互聯(lián)網(wǎng)。大伙兒都明白互聯(lián)網(wǎng)是很重要的，咱們能夠通過互聯(lián)網(wǎng)來傳遞各類各樣的信息，能夠進(jìn)行信息處置，乃至于在咱們的生活當(dāng)中也普遍應(yīng)用。可是此刻的電子互聯(lián)網(wǎng)它的速度不夠快，咱們常常感到上網(wǎng)有困難，因此要進(jìn)一步進(jìn)展通信網(wǎng)。到了21世紀(jì)，據(jù)我的明白得，我的了解，光電子學(xué)將要有專門大的進(jìn)展。這是什么意思呢？確實是把光子器件和電子器件放在一路，來組成一個光電子學(xué)的關(guān)鍵技術(shù)。那個技術(shù)呢，確實是異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)和器件和光電子集成。異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，確實是PN結(jié)，大伙兒都明白，確實是N形P形半導(dǎo)體中間形成一個PN結(jié)。此刻咱們光電子器件，是采取不同的材料，做P形的或N形的，因此叫異質(zhì)結(jié)的結(jié)構(gòu)器件。有了那個器件，咱們就能夠夠設(shè)計產(chǎn)生激光二極管，這確實是作為光纖通信的光源。另外咱們能夠做砷化鎵的快速開關(guān)器件，如此咱們就能夠夠做高速的運算機(jī)。以后的運算機(jī)我估量也會把光纖的技術(shù)放進(jìn)去，確實是光電混合的，咱們就要做光子和電子器件的混合集成，因此叫光電子集成。有了這兩個關(guān)鍵技術(shù)，咱們就能夠夠進(jìn)展光纖通信和高速運算機(jī)，然后咱們能夠?qū)崿F(xiàn)高速的光纖互聯(lián)網(wǎng)，寬帶的，就像是高速公路一樣，有很多條線路，同時來能夠開車，能夠不受到阻攔。過去呢，電子互聯(lián)網(wǎng)就相當(dāng)于一個羊腸小道，而那個光纖互聯(lián)網(wǎng)就像是一個信息的高速公路。由于在現(xiàn)代信息技術(shù)當(dāng)中，一些科學(xué)家們，做了專門大的奉獻(xiàn)，因此2000年諾貝爾獎物理學(xué)獎就獎給了現(xiàn)代光學(xué)技術(shù)的奠基者。把那個獎分成兩半，一部份就授予發(fā)明半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)的兩位專家，一個是俄羅斯約飛物理技術(shù)研究所的所長，Alferov；另外一名是美國加州大學(xué)UCSB分校的教授叫Kroemer，這是一部份，另外一半是獎給了集成電路的發(fā)明者，也是美國德克薩斯儀器公司的發(fā)明家，Kilby，這說明咱們物理學(xué)界也超級重視現(xiàn)代技術(shù)的現(xiàn)代信息技術(shù)的進(jìn)展。此刻咱們看一看，國際光纖通信進(jìn)展的里程碑，可能前后只有四十連年。1955年，英國科學(xué)家卡帕尼，發(fā)明了玻璃光導(dǎo)纖維。1960年華人高錕等人，他們第一提出了用低吸收的光纖做光通信，高錕咱們稱他為光纖之父，他是原先香港中文大學(xué)的校長。在1970年，光纖通信有專門大的進(jìn)展，成立一個很強(qiáng)的基礎(chǔ)，一方面是傳導(dǎo)光波的光纖，那個美國的柯林公司已經(jīng)做出了每千米20分貝的低損耗。另外一方面，光源是很重要的，貝爾實驗室研制成功室穩(wěn)持續(xù)運轉(zhuǎn)的半導(dǎo)體激光器，這兩個一結(jié)合，光纖通信就有了基礎(chǔ)。因此七八年以后，美國在芝加哥市第一開辟了第一條光纖通信線路，再過10年左右，微米波長的光纖損耗率它低到個分貝每千米，這確實是有兩個數(shù)量級的降低它的損耗，如此就能夠夠傳輸很遠(yuǎn)。在同年，這是英國的南安普敦大學(xué)，他們發(fā)明了摻鉺光纖放大器。如此的話，就不需要把光信號變成電進(jìn)行放大，然后再輸送出去，再轉(zhuǎn)成光信號，不用光電光的轉(zhuǎn)換，而是直接用光來放大。如此光纖通信就有專門大的進(jìn)展了，有很多好消息出來。1989年美國第一次進(jìn)行了波分復(fù)用的光通信實驗，是四個頻道的，四個通道。因為過去的光纖通信，只是一根光纖通一個光波的載波，從此以后，就能夠夠一根光纖通很多條光的通道。1998年，美國實現(xiàn)了密集波分復(fù)用的遠(yuǎn)程光通信，它的傳輸速度達(dá)到每秒一個太比特，因此咱們叫太比特。咱們就進(jìn)入了如此一個高速的時期，太比特的時期。中國光通信的歷史是怎么樣的呢？20世紀(jì)80年代咱們在上海第一鋪設(shè)了一條千米的數(shù)字光通信線路。20世紀(jì)80年代投資了武漢郵電研究院，研制光纖的器件和光纖本身，此刻也成為光纖器件的一個最大的研究單位。1995年到1998年，上海交大完成了九五項目，四個節(jié)點的全光城域網(wǎng)、實驗網(wǎng)。20世紀(jì)90年代起，全國各地都普遍鋪設(shè)和利用單路的光纖通信線路，此刻是一直到農(nóng)村，咱們都能夠看到光纖線路。2000年末中國網(wǎng)通公司建成了3400千米的波分復(fù)用的光纖通信網(wǎng)，2001年完成了863項目，中國高速示范網(wǎng)，2000年，國家自然科學(xué)基金資助了一個項目，中國高速互聯(lián)研究實驗網(wǎng)。此刻，咱們國內(nèi)有很多的公司能夠批量生產(chǎn)光纖通信的系統(tǒng)和器件。中國網(wǎng)通公司波分復(fù)用網(wǎng)絡(luò)是如此的，它是利用了鐵道部的單根光纖進(jìn)行波分復(fù)用。從深圳通過上海，一直到北京，然后呢，武漢再回到廣州。中間還有合肥和南昌，一共跨越了6個省市。它的容量是怎么樣的呢？它是S，單路的光纖，單路的速度，然后乘上16路，有16路并行處置，如此咱們就能夠夠達(dá)到每秒400Gb速度，2000年末，通信已經(jīng)開通運行。咱們此刻回憶一下，光纖通信進(jìn)展的情形，技術(shù)上的情形，另外它進(jìn)展的趨勢。第一咱們從數(shù)字通信開始，確實是用脈沖編碼，數(shù)字通信，開始是用的時分復(fù)用。時分復(fù)用確實是在時刻上，把光的信號分段傳送，前后不同。開始是進(jìn)展一次群，二次群三次群四次群，這都是指的速度，最高到了140M比特，那個是用的準(zhǔn)同步數(shù)字系列。以后又有新的進(jìn)展和技術(shù)上的進(jìn)步，如此的話，能夠使得傳輸?shù)乃俣却蟠蠹铀?，?55M比特，一直到比特，還有10每秒GB.此刻，單路的通信一樣都是用每秒，也能夠達(dá)到10GB.可是再高就困難了，因為不管是電子的仍是光子的，這些器件速度上不去，已經(jīng)碰上了瓶頸了。因此怎么進(jìn)一進(jìn)展呢！咱們就采取另外一條路，確實是科學(xué)家們研究的結(jié)果，以為能夠用不同的頻率放在一個通道里邊。這就叫波分復(fù)用單纖多通道，從4個通道，8個通道，16個通道，32個通道，一直到上百個通道。光纖通信進(jìn)展的趨勢是如此的，光纖傳輸這是沒問題，解決了一個光的傳輸，確實是信號的載波是光，而不是電了。那個已經(jīng)解決了，下邊還要向光互換，向互換那個問題上去盡力。此刻仍是電子的互換確實是打要有一個互換器啊仍是電子的。此刻正在研究光的互換器，如此就慢慢慢慢地變成全光化，充分發(fā)揮那個光的優(yōu)勢。還有一個趨勢呢！此刻咱們明白運算機(jī)聯(lián)網(wǎng)，有個數(shù)據(jù)網(wǎng)，另外咱們打有個通信網(wǎng)，咱們看電視有線電視網(wǎng)。這三個網(wǎng)以后都會把它合在一路，三網(wǎng)合一，如此的話咱們有專門大的方便了，光纖就很容易到戶了。咱們只要一根光纖既能夠打，能夠看電視，能夠送E—mail,所有的對外的聯(lián)系一根光纖解決問題，這確實是光纖到戶了。固然此刻尚未實現(xiàn)，光纖網(wǎng)絡(luò)在21世紀(jì)的戰(zhàn)略地位是怎么樣的呢？有一個日本專家做了一個預(yù)測，確實是世界經(jīng)濟(jì)當(dāng)中，行業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施排名那個地址有工業(yè)園區(qū)口岸，高速公路，國際機(jī)場，光網(wǎng)絡(luò)，從那個圖能夠看到，光網(wǎng)絡(luò)以后會是最大的投資，最大的效益，最大規(guī)模的基礎(chǔ)設(shè)施。此刻咱們介紹第二個問題，光纖通信技術(shù)簡介，第一談?wù)劰饫w本身，這確實是光纖的一個簡單的示用意。中間兩層都是硅材料，可是它們的折射率不同，中間的高一點，隔壁的略微低一點。用攙雜的方法來調(diào)整那個折射率，外邊有塑料，有機(jī)材料的包覆層。咱們看看光纖怎么分類，一個是依照折射率分類，折射率的散布，那個叫做階躍折射率光纖，它是N1N2是兩個不同的折射率，中間高隔壁低，如此才能實現(xiàn)全反射，因此光波在里邊是如此的反射。后來進(jìn)一步進(jìn)展，咱們生產(chǎn)了一種叫做漸變折射率光纖，它的中間的折射率是漸變的，如此光波在里邊是如此的傳播。第二種分類確實是依照模式分類，確實是單模光纖和多模光纖，多模確實是有很多模，光傳輸?shù)墓獠ǖ哪Ｊ?。單模就只有一個模，單模的很細(xì)只有2到12個微米量級。它的折射率確實是相對兩種折射率的相對照呢，是比較小一點，多模光纖折射率比比較大一點，它的芯徑比較粗，50到500個微米，若是依照用途來分的話，咱們能夠看到在市場上能夠買到各類不同的光纖，有保偏光纖，確實是維持偏振態(tài)不變，確實是光的偏振態(tài)不變；另外確實是能夠避光色散，希望它不要色散，是零色散的光纖，所謂零色散的光纖。以后呢，確實是咱們又采納了波分復(fù)用，就要用微米的那個光纖，那個就叫色散位移光纖，它在微米那個地址沒有色散；另外咱們還能夠制造出在微米到微米之間都是有很平坦的色散特性的如此的光纖，咱們叫做色散平坦光纖。咱們先來談吸收，光纖的吸收。大伙兒明白光纖盡管石英透射率很高，可是它還存在著吸收，因此阻礙了咱們傳輸?shù)木嚯x，吸收越小，傳輸就越遠(yuǎn)，放大器能夠越少。這是一根實際測量到的一個光纖吸收的曲線，那個縱坐標(biāo)是吸收，橫坐標(biāo)是波長。那么咱們怎么會形成如此一個曲線的呢？這是因為在光纖里邊有雜質(zhì)，這些雜質(zhì)造成了紫外的吸收和紅外的吸收。另外還有它是一個波導(dǎo)器件，也有缺點，另外確實是瑞利散射分子的瑞利散射，也能夠產(chǎn)生吸收。因此，在這些缺點的包羅下，就取得了如此一條曲線。那個曲線有幾個低的窗口，那個地址能夠看到，這是低吸收的窗口，可是那個地址有一個吸收峰。咱們看下面的圖比較清楚，這是通過改良以后的一個光纖的吸收特性曲線。那個峰很不行，它是由于0H根，有人叫水根如此一種雜質(zhì)在里邊造成了一個吸收。其他有幾個吸收的谷，確實是吸收的窗口。因此，此刻科學(xué)家們正在研究所謂全波光纖，確實是它的帶寬能夠達(dá)到400納米，從1250納米到1650納米這么寬都是低吸收的，就把那個峰啊給它砍掉，此刻已經(jīng)做到了，可是市場上還很少。下面咱們講光纖的色散。色散有幾個分類，若是是光源，由于光源不是很純，再加上光的調(diào)制進(jìn)程當(dāng)中要使帶寬展寬，因此如此的話就造成了波長色散。關(guān)于多模光纖來講，由于模式很多，它們模式之間速度也不一樣，因此確實是模式色散就產(chǎn)生了。單模光纖本身也是有色散的，它的色散是由于材料本身有色散，另外那個波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，一個高折射的，一個低折射的，形成的一個柱形的波導(dǎo)，它的結(jié)構(gòu)也不必然是很完善，本身它也產(chǎn)生色散。另外，光纖本身它的形狀可能不對稱，可不能做得超級圓。另外，它有的時候要受到硬力，受到外界的磁場的干擾，這些因素就產(chǎn)生了雙折射現(xiàn)象，確實是兩個偏振的方向彼此垂直的模。它們傳播的速度不一樣，這確實是雙折射。如此就引發(fā)了偏振色散，因此色散能夠分成如此幾類。咱們從這張圖上能夠看到，這邊是縱坐標(biāo)是色散，橫坐標(biāo)是波長。關(guān)于過去那個常規(guī)光纖，確實是微米那個周圍的那個波長的光纖咱們開始把它零色散點設(shè)在微米，那個叫做常規(guī)光纖。它的色散曲線是如此的，隨著波長而變。以后咱們進(jìn)展了色散位移光纖，確實是把它的零色散點，放在微米那個地址，那么如此的光纖特性是如此的，在微米周圍咱們都能夠用如此的光纖，因為色散比較小。下面咱們介紹光纖通信系統(tǒng)，咱們先從單路的光纖通信開始，最先的光纖通信是光電混合的，它要把光信號由電來調(diào)制，調(diào)制咱們那個發(fā)光二極管，或是激光器，確實是半導(dǎo)體激光器。使它發(fā)出的信號除載波之外，還有一個被調(diào)制的信號在上面，把那個光波送到光纖里去傳輸?？赡苓^了100千米左右，就需要加一個放大器，那個放大器在過去是電子的，要把光信號變成電信號進(jìn)行放大、整形，咱們叫中繼器，然后由它再轉(zhuǎn)成光信號發(fā)射出去。這邊有個同意器，主若是有一個光電探測器，能夠把光信號變成電信號，然后解開信號的載波，載波的信號。因此那個是光電光中繼的，如此的一種數(shù)字通信系統(tǒng)。后來咱們進(jìn)展了光放大器，這是一個很重要的發(fā)明，如此就不需要通過電了，確實是光光光的傳輸，這是單信道的光中繼器的數(shù)字通信系統(tǒng)，其他部份都是很像的，都是一樣的。咱們再談?wù)劜ǚ謴?fù)用的光通信系統(tǒng)。它是如此的，它是激光器有好多個，發(fā)出不同顏色的光，不同頻率的光，然后把它用光的合波器，咱們叫做WDM的那個器件，把這些光信號都合在一路，送到單根光纖里去。然后中間通過功率放大，線路放大，前置放大，一直到用戶手里，這確實是咱們此刻波分復(fù)用的光通信系統(tǒng)的一個原理。適才講的波分復(fù)用是WDM,此刻常常又提到DWDM，這是什么意思呢？這是密集波分復(fù)用。密集波分復(fù)用什么意思呢？確實是它那個波超級密，它的距離很小，同一個光纖的窗口，信道距離很小，那個叫密集波分復(fù)用。因為咱們此刻能夠利用的是光纖放大器，它的頻帶是有必然的寬度，可能40納米左右，正好是在C波段，因此咱們在C波段就做成很密集的波的信號，那個波束的數(shù)量能夠從8個到16個、到32個、到64個，再繼續(xù)增多。這就隨著技術(shù)的進(jìn)展，距離就愈來愈小。此刻咱們看一看，一個點到點的密集波分復(fù)用系統(tǒng)它的原理圖。那個地址是很多信道，合在一路復(fù)用，然后放大，可是中間呢，咱們可能要下載一個信號。比如說咱們從哈爾濱發(fā)一個信號到廣州，或許北京就要下載一個信號，另外北京還要送一個信號上去。能夠下能夠上，那個呢，咱們叫做分插復(fù)用器，或上路下路如此一個復(fù)用器。還有一種加倍改良的確實是環(huán)狀的網(wǎng)絡(luò)。中間還要除那個0ADM之外，關(guān)于外網(wǎng)要進(jìn)行上下的工作，另外還要有一個中心站來操縱，里邊有一個路由器，那個電子學(xué)里邊都有路由器。它就決定了你的光波向哪個方向走。那個中心站發(fā)出信號，分派這些配置這些光波，使它朝不同的方向去，送到不同的站點、結(jié)點。很多的網(wǎng)確實是能夠是很多的圓圈，很多的環(huán)狀的網(wǎng)把它組成，這是很復(fù)雜的。咱們能夠把它分成三個層次，一個確實是遠(yuǎn)程干線網(wǎng)，那個是遠(yuǎn)距離的。那個是城市里邊一個大城市它有很多的光纖的用戶，組成了一個城市網(wǎng)。另外還有到用戶手里，比如一個單位、一個大樓，一個家庭，咱們那個地址所用的叫本地確實是接入網(wǎng)。有如此三個：遠(yuǎn)程、城域、本地網(wǎng)。這三個點之間要有連接，咱們是用光交叉連接，叫OXC這么一個東西來把它連起來。確實是一些光開關(guān)，要使得咱們光纖能夠每一個信道都能夠通到另外其他的信道里邊，能夠自由互換。因此這些干線之間，這些大的城市之間，都要加上光交叉連接的網(wǎng)絡(luò)。另外，到用戶去咱們要有上路下路，確實是光分插復(fù)用器，叫OADM，藍(lán)顏色的確實是如此。每一個用戶都是需要有如此的東西，這確實是咱們此刻光纖通信的一個網(wǎng)絡(luò)情形。下面咱們要說一下波分復(fù)用，專門是密集波分復(fù)用，它有什么優(yōu)越性。它的優(yōu)勢是如此的，有如此三點，一個確實是能夠充分利用光纖帶寬的資源。比如說咱們對全波光纖它有400個納米，距離若是是25G赫茲的話，那么就能夠夠容納640個波長，一根光纖能夠有640個信道，固然咱們那個距離若是再小，能夠加倍多。因此，那個光纖本身是有專門大專門大的潛力，咱們要充分地挖掘，因此用這種WDM的形式，咱們用單通光纖能夠同時輸送音頻、數(shù)據(jù)、文字、圖像等多媒體的信號。第二個優(yōu)勢確實是這種方式比較靈活，能夠適應(yīng)于各類網(wǎng)絡(luò)形式，干線網(wǎng)、局域網(wǎng)、廣播網(wǎng)都能夠，配合了0XC和0ADM?如此的話，咱們就能夠夠在網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中上下路由互換很自由。乃至于一根光纖能夠?qū)χv，對傳信號。第三個優(yōu)勢確實是節(jié)約光纖和器件的投資。因為咱們不用為了多一個信道就加一根光纖，把那個地下挖起來再埋設(shè)，咱們就一根光纖就增加它的容量就能夠夠了，節(jié)約大量的光纖材料。另外，關(guān)于器件的要求也不那么高了。盡管你達(dá)不到很高的速度，可是若是并行的數(shù)量比較高的話，就能夠夠了。就像咱們的頭腦，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，它的運算速度并非專門快，可是由于它是高度互聯(lián)，因此它照樣是能夠提高運算的速度，一樣的。下面咱們講光纖通信器件，那個光纖通信器件咱們把它分類一下，可能光纖通信分成兩部份，一個是光的傳輸，另外一個是光的互換。那個傳輸部份呢，咱們有很多的器件，必需用的，有源的器件，和無源的器件。有源確實是說咱們要用電來操縱的，比如說半導(dǎo)體激光器光源，是把電信號變成光信號，探測器是把光信號變成電信號。光纖放大器也是需要用電來操縱，要有一個泵浦源，還有光的調(diào)制器等等。無源器件連接起兩個光纖，一擰把它連接起來，耦合器。一根光纖要分成幾路，就叫分路器，環(huán)形器下面再介紹。濾波器要把光纖的頻率讓它變得很窄，很純。隔離器也是為了隔離這些信號之間的干擾的。另外呢，衰減器，能夠隨意地調(diào)劑輸出的大小，專門是波分復(fù)用要求它出來的光都是一樣的強(qiáng)度。偏振操縱器，適才我講了，那個光纖是很容易改變偏振方向的，因此咱們要用偏振操縱器來補(bǔ)償。下面是色散補(bǔ)償，那個已經(jīng)介紹了。分岔器，這主若是為波分復(fù)用器效勞的。下面咱們講光互換器。光互換的系統(tǒng)，那個地址面所需要的器件，光開關(guān)，那個開關(guān)不僅是空間的開關(guān)，還有波長的轉(zhuǎn)換。另外，還有上路下路的分叉復(fù)用，還有互聯(lián)、開關(guān)互聯(lián)。下面咱們先講光傳輸器件，那個圖給出了DWDM系統(tǒng)，發(fā)射端的光器件。那個地址是有很多不同顏色的發(fā)光激光器，另外每一個激光器都要進(jìn)行信號的調(diào)制，把信號載進(jìn)去。還要調(diào)整它的光強(qiáng)，使它們都是很均勻的，一樣的強(qiáng)度。然后要鎖定它的頻率。最后進(jìn)入到合波器里邊，然后再變成了一路光纖傳輸，中間要通過放大器，后面還有探測器，咱們別離介紹一下。第一是半導(dǎo)體激光器，那個半導(dǎo)體激光器呢，有很多種，我那個地址只介紹兩種。那個叫做FP型的，這是兩個諧振腔，這兩個腔是平行腔，是晶體的結(jié)，里面組成，一個前面一個后面，中間是放大介質(zhì)，主若是PN結(jié)材料，這種激光器發(fā)射的光不夠窄，它的頻率不夠窄，上面還有點小峰。頻帶比較寬，就不太理想。咱們把那個反射器做一個改良，不是用兩個鏡子，而是用PN結(jié)，一端做上了周期性轉(zhuǎn)變的一個光柵，那個折射率周期性轉(zhuǎn)變。如此的話，那個光柵本身確實是一個反射器，它是一個布拉克光柵，光在里面要來回地反射。最后，只能輸出一個單純的光，因此那個光就超級窄，一個單脈沖，那個是散布反饋激光器。下面咱們介紹探測器。如此一個器件的作用，確實是把光變成電，后來又進(jìn)一步進(jìn)展了具有放大能力的，不僅是轉(zhuǎn)換，還有放大，叫有倍增區(qū)的，在那個地址。因此叫雪崩光電二極管。它也是把光信號變成電信號，可是它效率更高，下面講光放大器，那個地址它的要緊的原理咱們簡單地說一下。信號從這兒輸進(jìn)去，通過一個耦合器，這是能夠說是兩個波長，一個980的，一個的，混到那個地址面去，然后放大。最后出來以前，給它濾波一下，把那些噪音信號去掉。中間還要加兩個隔離器，隔離器的作用確實是它只能一個方向傳播，反的方向是不能傳播的。如此是能夠避免光源受到損害，這確實是摻鉺光纖放大器的一個簡單的結(jié)果。下面咱們談半導(dǎo)體的光放大器。半導(dǎo)體的PN結(jié)結(jié)構(gòu)，咱們不要那個諧振腔，那么它確實是一個放大器，弱信號進(jìn)來以后，通過增益介質(zhì)、放大介質(zhì)，就能夠夠輸出一個強(qiáng)光。那個器件有缺點，確實是它的噪聲比較大，另外還有一些其他的問題，因此沒有被普遍應(yīng)用，通過改良以后仍是能夠用的。光調(diào)制器，確實是把電信號調(diào)制，咱們所需要的那個信號調(diào)制進(jìn)去。聲頻的或是電視信號，各類信號調(diào)進(jìn)去。怎么調(diào)制呢？有兩種方式：一種方式是內(nèi)調(diào)制，確實是在半導(dǎo)體激光器上面加電壓，那個電壓的大小不同，就取得不同的調(diào)制信號，這叫內(nèi)調(diào)制?？墒撬俣仁怯邢薜?，它只能在以下。G以上。比如10G那就必需用外調(diào)制的，確實是一個外調(diào)制的鈮酸鋰電光調(diào)制器。它是把光分成兩路，這兩路聚集到這兒進(jìn)行干與。它的相位它干與的情形決定于這兩個相位差，而那個相位差是由電場來造成的。下面咱們講光互換器件。大伙兒明白光信號，一個波分復(fù)用的信號進(jìn)來，要進(jìn)行解復(fù)用，這些不同的頻率的信號，要進(jìn)行互換。比如說我那個信道1要跑到信道4去，信道2要跑到信道6去，要進(jìn)行互換，那個互換確實是靠中間那個名叫OXC,確實是光學(xué)交叉連接器。它確實是一個開關(guān)陣列，光開關(guān)的陣列。因此那個開關(guān)陣列它的大體的器件是光開關(guān)，因此下面咱們要講光開關(guān)。光開關(guān)的應(yīng)用有很多，一個是交叉互聯(lián)系統(tǒng)，另外，分插復(fù)用系統(tǒng)。還有光路的愛惜監(jiān)控，要切換，這也需要光開關(guān)。先來看看交叉互聯(lián)那個網(wǎng)絡(luò)，它的單元是開關(guān)，開關(guān)有很多種，咱們介紹七種