光纖通信 全套課件

7.1光纖放大器

光放大器有半導(dǎo)體光放大器和光纖放大器兩種類型。半導(dǎo)體光放大器的優(yōu)點(diǎn)是小型化，容易與其他半導(dǎo)體器件集成；缺點(diǎn)是性能與光偏振方向有關(guān)，器件與光纖的耦合損耗大。光纖放大器的性能與光偏振方向無(wú)關(guān)，器件與光纖的耦合損耗很小，因而得到廣泛應(yīng)用。光纖放大器實(shí)際上是把工作物質(zhì)制作成光纖形狀的固體激光器，所以也稱為光纖激光器。20世紀(jì)80年代末期，波長(zhǎng)為1.55μm的摻鉺(Er)光纖放大器(EDFA：ErbiumDopedFiberAmplifier)研制成功并投入實(shí)用，把光纖通信技術(shù)水平推向一個(gè)新高度，成為光纖通信發(fā)展史上一個(gè)重要的里程碑。

摻鉺光纖放大器工作原理圖7.1示出摻鉺光纖放大器(EDFA)的工作原理，說(shuō)明了光信號(hào)為什么會(huì)放大的原因。從圖7.1(a)可以看到，在摻鉺光纖(EDF)中，鉺離子(Er3+)有三個(gè)能級(jí)：其中能級(jí)1代表基態(tài)，能量最低；能級(jí)2是亞穩(wěn)態(tài)，處于中間能級(jí)；能級(jí)3代表激發(fā)態(tài)，能量最高。當(dāng)泵浦(Pump,抽運(yùn))光的光子能量等于能級(jí)3和能級(jí)1的能量差時(shí)，鉺離子吸收泵浦光從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)(1→3)。

圖7.1摻鉺光纖放大器的工作原理(a)硅光纖中鉺離子的能級(jí)圖；(b)EDFA的吸收和增益頻譜

圖7.3光纖放大器構(gòu)成方框圖(a)光纖放大器構(gòu)成原理圖；(b)實(shí)用光纖放大器外形圖及其構(gòu)成方框圖7.2光波分復(fù)用技術(shù)

隨著人類社會(huì)信息時(shí)代的到來(lái)，對(duì)通信的需求呈現(xiàn)加速增長(zhǎng)的趨勢(shì)。發(fā)展迅速的各種新型業(yè)務(wù)(特別是高速數(shù)據(jù)和視頻業(yè)務(wù))對(duì)通信網(wǎng)的帶寬(或容量)提出了更高的要求。為了適應(yīng)通信網(wǎng)傳輸容量的不斷增長(zhǎng)和滿足網(wǎng)絡(luò)交互性、靈活性的要求，產(chǎn)生了各種復(fù)用技術(shù)。在光纖通信系統(tǒng)中除了大家熟知的時(shí)分復(fù)用(TDM)技術(shù)外，還出現(xiàn)了其他的復(fù)用技術(shù)，例如光時(shí)分復(fù)用(OTDM)、光波分復(fù)用(WDM)、光頻分復(fù)用(OFDM)以及副載波復(fù)用(SCM)技術(shù)。本節(jié)主要講述WDM技術(shù)。

光波分復(fù)用原理

1.WDM的概念光波分復(fù)用(WDM：WavelengthDivisionMultiplexing)技術(shù)是在一根光纖中同時(shí)傳輸多個(gè)波長(zhǎng)光信號(hào)的一項(xiàng)技術(shù)。其基本原理是在發(fā)送端將不同波長(zhǎng)的光信號(hào)組合起來(lái)(復(fù)用)，并耦合到光纜線路上的同一根光纖中進(jìn)行傳輸，在接收端又將組合波長(zhǎng)的光信號(hào)分開(解復(fù)用)，并作進(jìn)一步處理，恢復(fù)出原信號(hào)后送入不同的終端，因此將此項(xiàng)技術(shù)稱為光波長(zhǎng)分割復(fù)用，簡(jiǎn)稱光波分復(fù)用技術(shù)。

圖7.6中心波長(zhǎng)在1.3μm和1.55μm的硅光纖低損耗傳輸窗口(插圖表示1.55μm傳輸窗口的多信道復(fù)用)

圖7.7雙纖單向WDM傳輸圖7.8單纖雙向WDM傳輸技術(shù)勢(shì)的主什要特捎點(diǎn)1.狠充供分利岸用光權(quán)纖的離巨大紙帶寬哨資源光纖家具有血巨大邀的帶敘寬資沸源(變低損瘦耗波腳段)稼，W撇DM膀技術(shù)介使一立根光甲纖的甘傳輸治容量賴比單宰波長(zhǎng)疤傳輸?shù)试黾酉妆锻现翈酌@十倍付甚至財(cái)幾百伐倍，愛從幼而增音加光搬纖的蒼傳輸瞞容量掘，降捐低成遙本，烏具有撓很大辨的應(yīng)扎用價(jià)暮值和逼經(jīng)濟(jì)速價(jià)值消。2.份同麻時(shí)傳孔輸多搶種不駁同類輕型的宿信號(hào)曬由于細(xì)WD居M技伐術(shù)使碎用的胡各波宇長(zhǎng)的窗信道考相互叼獨(dú)立雄，因艱而可餅以傳萬(wàn)輸特嘩性和借速率面完全兔不同蒼的信牲號(hào)，敗完成跨各種負(fù)電信積業(yè)務(wù)脊信號(hào)乎的綜賊合傳察輸，但如P悟DH肚信號(hào)餐和S昏DH簡(jiǎn)信號(hào)耽，數(shù)蛾字信從號(hào)和頓模擬猛信號(hào)永，多莖種業(yè)豈務(wù)(姥音頻蘋、視因頻、宴數(shù)據(jù)行等)恨的混誤合傳膽輸?shù)冉怠?.隔節(jié)朝省線緞路投港資采用村WD撥M技列術(shù)可昆使N兔個(gè)波醋長(zhǎng)復(fù)茶用起傲來(lái)在能單根現(xiàn)光纖旬中傳慌輸，罰也可征實(shí)現(xiàn)麥單根騰光纖炸雙向記傳輸罵，在還長(zhǎng)途餡大容獻(xiàn)量傳請(qǐng)輸時(shí)迷可以糾節(jié)約贏大量律光纖躺。另黨外，騎對(duì)已撕建成鞠的光般纖通縮慧信系遠(yuǎn)統(tǒng)擴(kuò)仗容方戒便，論只要柱原系裝統(tǒng)的刻功率也余量娃較大津，就狼可進(jìn)被一步擊增容極而不握必對(duì)指原系余統(tǒng)作顧大的迫改動(dòng)湖。4.隸降獄低器范件的菊超高付速要腫求隨著晶傳輸猴速率惹的不傻斷提錯(cuò)高，自許多框光電她器件秧的響癢應(yīng)速扭度已網(wǎng)明顯碰不足止，使之用W猛DM德技術(shù)懇可降穿低對(duì)些一些巷器件甘在性沙能上狗的極挨高要妥求，賞同時(shí)卡又可潮實(shí)現(xiàn)搭大容調(diào)量傳絮輸。鈴5.揭高接度的普組網(wǎng)據(jù)靈活選性、好經(jīng)熊濟(jì)性艇和可費(fèi)靠性WD垮M技拴術(shù)有宣很多管應(yīng)用恰形式傍，如著長(zhǎng)途兼干線老網(wǎng)、眉廣播翻分配榜網(wǎng)、急多路汗多址及局域祥網(wǎng)。睡可以輕利用滑WD洪M技泛術(shù)選擦擇路霧由，盆實(shí)現(xiàn)辛網(wǎng)絡(luò)狀交換胳和故許障恢紫復(fù)，授從而矛實(shí)現(xiàn)尊未來(lái)陽(yáng)的透釀明、瞇靈斜活、飄經(jīng)濟(jì)朗且具規(guī)有高授度生穴存性?shī)W的光躁網(wǎng)絡(luò)閣。圖7巷.1京6基與于光五纖光次柵結(jié)們構(gòu)的餡光分穴插復(fù)扭用器輕(a泉)姓簡(jiǎn)單伶光分朽；廳(b棍)嶺光分韻插圖7桿.1蹈8鞭F北P濾楊波器圖7指.2壇2陪基于巨多層龍介質(zhì)轎薄膜膝濾波松器的小波分減復(fù)用杜/解表復(fù)用救器7.害3光怒交踏換遭技嘩術(shù)含目前別的商劫用光桶纖通牢信系喚統(tǒng)，等單信蜜道傳喚輸速辨率已茂超過(guò)主10篇G虹b/垂s，圍實(shí)壯驗(yàn)W盟DM宴系統(tǒng)予的傳濫輸速鏟率已悉超過(guò)個(gè)3.堡28醫(yī)T動(dòng)b/孟s。肅但是彎，由煮于大月量新氏業(yè)務(wù)誰(shuí)的出?，F(xiàn)和瀉國(guó)際蘋互聯(lián)伶網(wǎng)的翁發(fā)展跪，今藥后通拾信網(wǎng)練絡(luò)還我可能遼變得學(xué)擁擠桂。原底因是巖在現(xiàn)脫有通銅信網(wǎng)寫絡(luò)中諷，高訓(xùn)速光后纖通鞠信系送統(tǒng)僅抓僅充蜂當(dāng)點(diǎn)計(jì)對(duì)點(diǎn)貼的傳魚輸手聞段，仗網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)中重閑要的文交換社功能藥還是踩采用摘電子聚交換困技術(shù)椒。傳賄統(tǒng)電柱子交判換機(jī)眨的端塑口速爐率只浩有幾假M(fèi)b末/s菜到幾喂百M(fèi)袍b/搬s，寨不僅待限制氣了光鍵纖通孕信網(wǎng)金絡(luò)速捐率的飽提高巧，愿而且雨要求乏在眾童多的嶺接口沈進(jìn)行賽頻繁爐的復(fù)策用/遇解復(fù)鵲用，泊光/皇電和晚電/輛光轉(zhuǎn)斗換，押因而胃增加單了設(shè)維備復(fù)披雜性羨和成沃本，室降低妹了系民統(tǒng)的輩可靠房誠(chéng)性。圖7癢.3欠1空豆分光宰交換錫(a暑)暮2×乎2光否交換細(xì)單元?。粩?b墓)輕平行蜓連接費(fèi)和交段叉連枕接；劑(陣c)籍4伯×4遣光交炭換單忠元圖7霜.3餓2時(shí)怒分光兇交換躲(a東)臂時(shí)分慨復(fù)用狂原理?yè)Q；猛(b崖)時(shí)時(shí)隙俊互換雀原理頭；螞(c莖)勸等效攝的空留分交深換圖7喊.3堪3波曠分交壇換的暈原理求框圖圓(a鋼)肺波長(zhǎng)資選擇畜法交損換；劉(袋b)閃波激長(zhǎng)變寧換法仇交換7.夫6光祖時(shí)分士復(fù)用敢技術(shù)提高獨(dú)速率盤和增懶大容圈量是陡光纖落通信更的目室標(biāo)。慣電子伶器件考的極氣限速王率大精約在討20妄G劣b/軌s左舞右，駛現(xiàn)在旋通過(guò)劑電時(shí)冬分復(fù)謝用(失TD助M)廉已經(jīng)鉆達(dá)到餅這個(gè)鉆極限辣速率云。動(dòng)若想灑要繼內(nèi)續(xù)提床高速攪率，皮就必泥須在銳光域喊中想擺辦法顧。一掀般有恨兩種墾途徑痛：波瓦分復(fù)愛用(賽WD抓M)趨和光截時(shí)分度復(fù)用驚(O孕TD般M)邪。般如今綱WD愁M技拿術(shù)研太究非團(tuán)常熱拌，有處的技酷術(shù)已缸經(jīng)成溪熟并裝實(shí)用淚化；車而O臉TD絲式M技皺術(shù)還錦處于喂實(shí)驗(yàn)怪研究努階段惱，許憐多關(guān)楚鍵技辯術(shù)還捆有待狗解決合。民O暈TD敬M是愿在光涉域上準(zhǔn)進(jìn)行鑰時(shí)間立分割蜻復(fù)用危，童一般薦有兩鳴種復(fù)擋用方脆式：事比特西間插跑(B洋it興i仆nt最er鋸le碌av驢ed找)和曾信元失間插韻(C專el料l南in窯te優(yōu)rl蹈ea坦ve蛇d)糕,沖比特博間插突是目愛前廣迅泛被磚使用斗的方具式，憶信元槐間插靜也稱平為光毫分組充(O手pt約ic樸al現(xiàn)P第ac璃ke缺t)政復(fù)用帽。圖券7.馳45濫是O叛TD依M系梢統(tǒng)框歡圖。圖7扮.4伴5鄰光時(shí)障分復(fù)昏用系掀統(tǒng)框箱圖7.惹7波初長(zhǎng)變她換技鋤術(shù)波長(zhǎng)鄰變換糟(W年C:蓄W蠅av勢(shì)el切en成gt盈h孝Co窯nv熔er賴si醬on刪)是深將信拾息從怎承載秧它的字一個(gè)跳波長(zhǎng)富上轉(zhuǎn)妨到另寸一個(gè)禮波長(zhǎng)付上。尺在W淘DM燦光網(wǎng)求絡(luò)中破使用途波長(zhǎng)約變換占技術(shù)淹的原蜂因有擔(dān)：首先鼠，信召息可神以通賓過(guò)W阻DM矮網(wǎng)絡(luò)揀中不異適宜眾使用級(jí)的波飛長(zhǎng)進(jìn)野入W錦DM牌網(wǎng)絡(luò)時(shí)。例襪如在織現(xiàn)階奪段光出纖通葬信中饑大量膛使用席13泳10垃n嗓m窗鞠口的剛LE懇D或野FP亮LD烘光源軌，這切些波德長(zhǎng)或擾光源電均不輕適合細(xì)WD塞M系港統(tǒng)，防因住此在冶WD俱M系瘦統(tǒng)的軌輸入周和輸見出處斬，都么要在漢這些且波長(zhǎng)些與1遷55裳0貴nm死附近喪的波承長(zhǎng)之煌間進(jìn)合行轉(zhuǎn)美換。厚其次記，在絞網(wǎng)絡(luò)烘內(nèi)部尸，可副以提命高鏈般路上腔現(xiàn)有積波長(zhǎng)緊的利齊用率幸。匙引入秧波長(zhǎng)映變換比技術(shù)拆，可荒以實(shí)橋現(xiàn)波玩長(zhǎng)的鴿再利唱用，考有效違地進(jìn)雀行波陶長(zhǎng)路朽由選木擇，驢降低帖網(wǎng)絡(luò)鏈阻塞籮率，芽從而呈提高熊WD癥M網(wǎng)扣絡(luò)的作靈活閃性和卷可擴(kuò)軟充性藏。最后舊，如吸果不淡同網(wǎng)顯絡(luò)由織不同崗的組沸織管角理，瓦并且嚼這些榴網(wǎng)絡(luò)僵沒有質(zhì)協(xié)調(diào)旋一致私的波衣長(zhǎng)分慮配，使那么釣在網(wǎng)腹絡(luò)之糕間就屬可以敞使用苗波長(zhǎng)占變換苦器。東波長(zhǎng)緒變換習(xí)的基絨本方掃法有資兩種村：光圣/電迎/光見方法孝和全谷光方斃法。魯1.撤光毯/電拾/光帆方法斤將光寨信號(hào)贊經(jīng)光放/電宏轉(zhuǎn)換日變成父電信澆號(hào)，扎電信城號(hào)再晴調(diào)制拍所需田波長(zhǎng)考的激邪光器殼，從鍬而實(shí)輕現(xiàn)波憂長(zhǎng)變發(fā)換。屆這恢是目份前惟威一成悶熟的腰波長(zhǎng)返變換糾技術(shù)太，粗其優(yōu)源點(diǎn)有幕：俘輸入真動(dòng)態(tài)將范圍爭(zhēng)大，系不費(fèi)需要姿光濾沸波器寧，對(duì)狠輸入悄光的巖偏振卡不敏名感，匪并且稈對(duì)信誰(shuí)號(hào)具荒有再請(qǐng)生能乘力。榮其缺創(chuàng)點(diǎn)是乎失去趴了全朝光網(wǎng)亭絡(luò)的矛透明閘性。趁2.敢全兵光方匠法全光插波長(zhǎng)梢變換北技術(shù)朵主要捉有基秩于半獻(xiàn)導(dǎo)體引光放陰大器匠(S攏OA軟:惰Se構(gòu)mi招co況nd叢uc與to簽r吹Op焦ti商ca章l蓬A(yù)m襯pl般if菊ie拆r)堂中的擴(kuò)交叉件增益給調(diào)制狠(X朝GM輕:畢Cr闊o(wú)s