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文檔簡介

1、7.1 光纖放大器光纖放大器 7.2 光波分復(fù)用技術(shù)光波分復(fù)用技術(shù) 7.3 光交換技術(shù)光交換技術(shù) 7.4 光孤子通信光孤子通信 7.5 相干光通信技術(shù)相干光通信技術(shù) 7.6 光時分復(fù)用技術(shù)光時分復(fù)用技術(shù) 7.7 波長變換技術(shù)波長變換技術(shù) 第第 7 章章 光纖通信新技術(shù)光纖通信新技術(shù) 返回主目錄 第第 7 章章 光纖通信新技術(shù)光纖通信新技術(shù) 光纖通信發(fā)展的目標(biāo)是提高通信能力和通信質(zhì)量,降低價 格,滿足社會需要。進(jìn)入20世紀(jì)90年代以后,光纖通信成為一 個發(fā)展迅速、 技術(shù)更新快、新技術(shù)不斷涌現(xiàn)的領(lǐng)域。 本章主要介紹一些已經(jīng)實(shí)用化或者有重要應(yīng)用前景的新技 術(shù),如光放大技術(shù),光波分復(fù)用技術(shù),光交換技術(shù)

2、,光孤子通光放大技術(shù),光波分復(fù)用技術(shù),光交換技術(shù),光孤子通 信,相干光通信,光時分復(fù)用技術(shù)和波長變換技術(shù)信,相干光通信,光時分復(fù)用技術(shù)和波長變換技術(shù)等。 7.1 光光 纖纖 放放 大大 器器 光放大器有半導(dǎo)體光放大器半導(dǎo)體光放大器和光纖放大器光纖放大器兩種類型。 半導(dǎo)體光放大器的優(yōu)點(diǎn)是: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 半導(dǎo)體光放大器的缺點(diǎn)是:半導(dǎo)體光放大器的缺點(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。 光纖放大光纖放大器的實(shí)質(zhì)是:的實(shí)質(zhì)是: 把工作物質(zhì)制作成光纖形狀的固體

3、激光器,所以也稱為光光 纖激光器。纖激光器。 20世紀(jì)80年代末期,波長為1.55 m的摻鉺摻鉺(Er)光纖放大器光纖放大器 (EDFA: ErbiumDoped Fiber Amplifier)研制成功并投入實(shí) 用,把光纖通信技術(shù)水平推向一個新高度,成為光纖通信發(fā)展 史上一個重要的里程碑。 7.1.1 摻鉺光纖放大器工作原理摻鉺光纖放大器工作原理 圖7.1示出摻鉺光纖放大器摻鉺光纖放大器(EDFA)的工作原理,說明了光信 號放大的原因。 從圖7.1(a)可以看到,在摻鉺光纖摻鉺光纖(EDF)中,鉺離子(Er3+)有 三個能級: 能級1代表基態(tài)基態(tài), 能量最低 能級2是亞穩(wěn)態(tài)亞穩(wěn)態(tài),處于中間能

4、級 能級3代表激發(fā)態(tài)激發(fā)態(tài), 能量最高 當(dāng)泵浦泵浦(Pump, 抽運(yùn))光的光子能量等于能級3和能級1的能量差 時,鉺離子吸收泵浦光從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)激發(fā)態(tài)(13)。 但是激發(fā)態(tài)激發(fā)態(tài)是不穩(wěn)定的,Er3+很快返回到能級2。 如果輸入的信號光的光子能量等于能級2和能級1的能量差, 則處于能級2的Er3+將躍遷到基態(tài)基態(tài)(21),產(chǎn)生受激輻射光受激輻射光,因而信 號光得到放大。 但是激發(fā)態(tài)激發(fā)態(tài)是不穩(wěn)定的,Er3+很快返回到能級2。 如果輸入的信號光的光子能量等于能級2和能級1的能量差, 則處于能級2的Er3+將躍遷到基態(tài)(21),產(chǎn)生受激輻射光受激輻射光,因而信 號光得到放大。 由此可見,這種放大

5、是由于泵浦光的能量轉(zhuǎn)換為信號光的結(jié)這種放大是由于泵浦光的能量轉(zhuǎn)換為信號光的結(jié) 果。果。 圖圖 7.1摻鉺光纖放大器的工作原理摻鉺光纖放大器的工作原理 (a) 硅光纖中鉺離子的能級圖;硅光纖中鉺離子的能級圖; (b) EDFA的吸收和增益頻譜的吸收和增益頻譜 4F9 / 2 4I9 / 2 4I11 / 2 4I13 / 2 4I15 / 2 1.48 m 泵 浦 0.65 m 0.80 m 0.98 m 1.53 m 1 2 3 光 信 號 1.481.501.521.541.56 0 2 4 6 0 2 4 6 8 10 吸 收 增 益 波 長 / m 損 耗 或 增 益 /( dBm 1)

6、 (b) (a) 截 面 / (10 25m2) 為提高放大器增益, 應(yīng)提高對泵浦光的吸收,使基態(tài)基態(tài)Er3+盡可 能躍遷到激發(fā)態(tài)激發(fā)態(tài),圖7.1(b)示出EDFA增益增益和吸收頻譜吸收頻譜。 圖7.2(a)示出和的關(guān)系, 泵浦 光功率轉(zhuǎn)換為信號光功率的效率很高,達(dá)到92.6%。當(dāng)泵浦光功率 為60 mW時,吸收效率(信號輸入光功率-信號輸出光功率)/泵浦 光功率為88%。 圖7.2(b)是小信號條件下增益和泵浦光功率的關(guān)系,當(dāng)泵浦 光功率小于6mW時,增益系數(shù)為6.3dB/mW。 圖圖7.2摻鉺光纖放大器的特性摻鉺光纖放大器的特性 (a) 輸出信號光功率與泵浦光功率的關(guān)系;輸出信號光功率與泵

7、浦光功率的關(guān)系; (b) 小信號增益與泵浦光功率的關(guān)系小信號增益與泵浦光功率的關(guān)系 0 020406080 20 40 60 80 轉(zhuǎn) 換 效 率 92.6 輸 入 泵 浦 光 功 率 / mW 輸 出 信 號 光 功 率 / mW 0 20 0 10 30 40 5101520 增 益 系 數(shù) 6.3 dB / mW 輸 入 泵 浦 光 功 率 / mW 增 益 / dB (a)(b) 7.1.2 摻鉺光纖放大器的構(gòu)成和特性摻鉺光纖放大器的構(gòu)成和特性 圖7.3(a)為光纖放大器構(gòu)成原理圖,圖7.3(b)為實(shí)用光纖放大 器構(gòu)成方框圖。 和是關(guān)鍵器件,把泵浦光與 信號光耦合在一起的波分復(fù)用器和置

8、于兩端防止光反射的光隔離 器也是不可缺少的。 設(shè)計高增益摻鉺光纖設(shè)計高增益摻鉺光纖(EDF)是實(shí)現(xiàn)光纖放大器的技術(shù)關(guān)鍵,是實(shí)現(xiàn)光纖放大器的技術(shù)關(guān)鍵, EDF的增益取決于Er3+的濃度、光纖長度和直徑以及泵浦光功率 等多種因素,通常由實(shí)驗(yàn)獲得最佳增益。 對泵浦光源的基本要求是大功率和長壽命。對泵浦光源的基本要求是大功率和長壽命。波長為1480 m 的InGaAsP多量子阱(MQW)激光器, 輸出光功率高達(dá)100 mW, 泵 浦光轉(zhuǎn)換為信號光效率在6 dB/mW以上。 圖圖7.3(a) 光纖放大器構(gòu)成原理圖光纖放大器構(gòu)成原理圖 輸入信號輸入信號 光隔離器光隔離器 波分復(fù)用器波分復(fù)用器 泵浦泵浦 摻

9、鉺光纖摻鉺光纖 光隔離器 輸出信號輸出信號 圖圖7.3(a) 監(jiān)視和監(jiān)視和 告警電路告警電路 泵浦監(jiān)視泵浦監(jiān)視 和控制電路和控制電路 泵浦泵浦LD PD探測器探測器 泵浦泵浦LD 輸入隔離器輸入隔離器輸入輸入 WDM 輸出耦合器輸出耦合器 輸出隔離器輸出隔離器 輸出輸出WDM 摻鉺摻鉺 光纖光纖 熱熱 沉沉 光輸入光輸入 5 V 0 V 5 V 電源電源 監(jiān)視監(jiān)視 激光器驅(qū)動輸入激光器驅(qū)動輸入 光輸出光輸出 圖圖7.3(b) 圖圖7.3(b) 實(shí)用光纖放大器外形圖及其構(gòu)成方框圖實(shí)用光纖放大器外形圖及其構(gòu)成方框圖 波長為980 nm的泵浦光轉(zhuǎn)換效率更高,達(dá)10 dB/mW, 而且 噪聲較低,是未

10、來發(fā)展的方向。 對波分復(fù)用器的基本要求是:對波分復(fù)用器的基本要求是: 插入損耗小,熔拉雙錐光纖耦合器型和干涉濾波型波分復(fù)用 器最適用。 光隔離器的作用是光隔離器的作用是: 防止光反射,保證系統(tǒng)穩(wěn)定工作和減小噪聲 對光隔離器的的基本要求是:對光隔離器的的基本要求是: 插入損耗小,反射損耗大。 圖7.4是EDFA商品的特性曲線,圖中顯示出增益、 噪聲指數(shù) 和輸出信號光功率與輸入信號光功率的關(guān)系。 在泵浦光功率一定的條件下,當(dāng)輸入信號光功率較小時,放在泵浦光功率一定的條件下,當(dāng)輸入信號光功率較小時,放 大器增益不隨輸入信號光功率而變化,基本上保持不變大器增益不隨輸入信號光功率而變化,基本上保持不變。

11、 當(dāng)信號光功率增加到一定值(一般為-20 dBm)后,增益開始 隨信號光功率的增加而下降, 因此出現(xiàn)輸出信號光功率達(dá)到飽 和的現(xiàn)。 圖圖7.4 摻鉺光纖放大器增益、摻鉺光纖放大器增益、 噪聲指數(shù)和輸出光功率與輸入光功率的關(guān)系曲線噪聲指數(shù)和輸出光功率與輸入光功率的關(guān)系曲線 10.0 40 5.0 0.0 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0 30.0 35.0 35302520151050 I I I I III 噪聲指數(shù)噪聲指數(shù) / dB 輸出光功率輸出光功率 / dBm 增益增益 / dB 輸入光功率輸入光功率 / dBm 增益增益 / dB 下表列出國外幾家公司EDFA商品的技術(shù)

12、參數(shù)。 7.1.3 摻鉺光纖放大器的優(yōu)點(diǎn)和應(yīng)用摻鉺光纖放大器的優(yōu)點(diǎn)和應(yīng)用 EDFA的主要優(yōu)點(diǎn)有:的主要優(yōu)點(diǎn)有: 工作波長正好落在光纖通信最佳波段工作波長正好落在光纖通信最佳波段(15001600 nm); 其主體是一段光纖(EDF),與傳輸光纖的耦合損耗很小, 可達(dá) 0.1 dB。 增益高增益高,約為3040 dB; 飽和輸出光功率大, 約為 1015 dBm; 增益特性與光偏振狀態(tài)無關(guān)。 噪聲指數(shù)小噪聲指數(shù)小, 一般為47 dB; 用于多信道傳輸時, 隔離度大,無串?dāng)_,適用于波分復(fù)用系統(tǒng)。 頻帶寬頻帶寬,在1550 nm窗口,頻帶寬度為2040 nm, 可 進(jìn)行多信道傳輸,有利于增加傳輸容量

13、。 如果加上1310 nm摻鐠光纖放大器摻鐠光纖放大器(PDFA),頻帶可以增加一 倍。 所以“波分復(fù)用波分復(fù)用+光纖放大器光纖放大器”被認(rèn)為是充分利用光纖帶寬被認(rèn)為是充分利用光纖帶寬 增加傳輸容量最有效的方法。增加傳輸容量最有效的方法。 1550 nm EDFA在各種光纖通信系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用,并取得 了良好效果。 已經(jīng)介紹過的副載波CATV系統(tǒng),WDM或OFDM系統(tǒng),相干 光系統(tǒng)以及光孤子通信系統(tǒng),都應(yīng)用了EDFA,并大幅度增加了 傳輸距離。 圖圖7.5 (a) 光纖放大器的應(yīng)用形式光纖放大器的應(yīng)用形式 LDPD 中繼放大器中繼放大器 EDFA的應(yīng)用, 歸納起來可以分為三種形式, 如圖7.

14、5所示。 (LA:Line Amplifier)在光纖線路上每隔一定的 距離設(shè)置一個光纖放大器,以延長干線網(wǎng)的傳輸距離) (PA:Preamplifier) 置于光接收機(jī)的前面,放大非 常微弱的光信號,以改善接收靈敏度。作為前置放大器,對噪聲 要求非??量獭?(BA: Booster Amplifier) 置于光接收機(jī)的后面, 以提高發(fā)射機(jī)功率。對后置放大器噪聲要求不高,而飽和輸出光 功率是主要參數(shù)。 圖圖7.5 (b) 光纖放大器的應(yīng)用形式光纖放大器的應(yīng)用形式和和 LDPD 后置放大器后置放大器前置放大器前置放大器 光纖光纖 7.2 光波分復(fù)用技術(shù)光波分復(fù)用技術(shù) 隨著人類社會信息時代的到來,

15、對通信的需求呈現(xiàn)加速增長 的趨勢。 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分復(fù)用時分復(fù)用(TDM)技術(shù)外, 還出現(xiàn)了其他的復(fù)用技術(shù),例如光時分復(fù)用光時分復(fù)用(OTDM)、光波分復(fù)光波分復(fù) 用用(WDM)、 光頻分復(fù)用光頻分復(fù)用(OFDM)以及副載波復(fù)用副載波復(fù)用(SCM)技術(shù)。 7.2.1 光波分復(fù)用原理光波分復(fù)用原理 1. WDM的概念的概念 光波分復(fù)用光波分復(fù)用(WDM: Wavelength Division M

16、ultiplexing)技 術(shù)是在一根光纖中同時傳輸多個波長光信號的一項技術(shù)。 光波分復(fù)用(光波分復(fù)用(WDM)的基本原理是:的基本原理是:在發(fā)送端將不同波長 的光信號組合起來(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的光信號分開(解復(fù)用),并作 進(jìn)一步處理,恢復(fù)出原信號后送入不同的終端,因此將此項技術(shù) 稱為光波長分割復(fù)用光波長分割復(fù)用, 簡稱光波分復(fù)用技術(shù)光波分復(fù)用技術(shù)。 圖圖7.6 中心波長在中心波長在1.3 m和和1.55 m的硅光纖低損耗傳輸窗口的硅光纖低損耗傳輸窗口 (插圖表示插圖表示1.55 m傳輸窗口的多信道復(fù)用傳輸窗口的多信道復(fù)用) 800 0

17、1.0 2.0 3.0 4.0 10001200140016001800 載 波 頻 率 信 道 間 隔 110 GHz 波 長 / nm 衰減 / (dBkm 1 ) 光纖的帶寬有多寬?光纖的帶寬有多寬? 如圖7.6所示,在光纖的兩個低損耗傳輸窗口: 波長為1.31 m(1.251.35m)的窗口,相應(yīng)的帶寬(, 和分別 為中心波長和相應(yīng)的波段寬度, c為真空中光速)為17700 GHz; 波長為1.55 m(1.501.60 m)的窗口, 相應(yīng)的帶寬為12500 GHz。 兩個窗口合在一起,總帶寬超過30THz。如果信道頻率間隔 為10 GHz, 在理想情況下, 一根光纖可以容納3000個

18、信道。 由于目前一些光器件與技術(shù)還不十分成熟,因此要實(shí)現(xiàn)光信 道十分密集的光頻分復(fù)用光頻分復(fù)用(OFDM)還較為困難。在這種情況下, 人們把在同一窗口中信道間隔較小的波分復(fù)用稱為密集波分復(fù)用密集波分復(fù)用 (DWDM:Dense Wavelength Division Multiplexing)。 目前該系統(tǒng)是在1550 nm波長區(qū)段內(nèi),同時用8,16或更多個 波長在一對光纖上(也可采用單光纖)構(gòu)成的光通信系統(tǒng),其中各 個波長之間的間隔為1.6 nm、 0.8 nm或更低,約對應(yīng)于200 GHz, 100 GHz或更窄的帶寬。 WDM、 DWDM和和OFDM在本質(zhì)上沒有多大區(qū)別在本質(zhì)上沒有多大區(qū)

19、別 以往技術(shù)人員習(xí)慣采用WDM 和DWDM來區(qū)分是1310/1550 nm 簡單復(fù)用還是在1550 nm波長區(qū)段內(nèi)密集復(fù)用,但目前在電信目前在電信 界應(yīng)用時,都采用界應(yīng)用時,都采用DWDM技術(shù)。技術(shù)。 由于1310/1550 nm的復(fù)用超出了EDFA的增益范圍,只在一 些專門場合應(yīng)用,所以經(jīng)常用經(jīng)常用WDM這個更廣義的名稱來代替這個更廣義的名稱來代替 DWDM。 WDM技術(shù)對網(wǎng)絡(luò)升級、發(fā)展寬帶業(yè)務(wù)(如CATV, HDTV 和 IP over WDM等)、充分挖掘光纖帶寬潛力、實(shí)現(xiàn)超高速光纖通信 等具有十分重要意義,尤其是WDM加上EDFA更是對現(xiàn)代信息網(wǎng) 絡(luò)具有強(qiáng)大的吸引力。 目前,“摻鉺光纖

20、放大器摻鉺光纖放大器(EDFA)+密集波分復(fù)用密集波分復(fù)用(WDM)+非非 零色散光纖零色散光纖(NZDSF,即,即G.655光纖光纖)+光子集成光子集成(PIC)”正成為國際正成為國際 上長途高速光纖通信線路的主要技術(shù)方向。上長途高速光纖通信線路的主要技術(shù)方向。 如果一個區(qū)域內(nèi)所有的光纖傳輸鏈路都升級為WDM傳輸, 我們就可以在這些WDM鏈路的交叉(結(jié)點(diǎn))處設(shè)置以波長為單位 對光信號進(jìn)行交叉連接的光交叉連接設(shè)備光交叉連接設(shè)備(OXC),或進(jìn)行光上下 路的光分插復(fù)用器光分插復(fù)用器(OADM),則在原來由光纖鏈路組成的物理層 上面就會形成一個新的光層。 在這個光層中,相鄰光纖鏈路中的波長通道可以

21、連接起來, 形成一個跨越多個OXC和OADM的光通路,完成端到端的信息 傳送,并且這種光通路可以根據(jù)需要靈活、動態(tài)地建立和釋放, 這就是目前引人注目的、 新一代的WDM全光網(wǎng)絡(luò)。 2. WDM系統(tǒng)的基本形式系統(tǒng)的基本形式 光波分復(fù)用器和解復(fù)用器是WDM技術(shù)中的關(guān)鍵部件,將不 同波長的信號結(jié)合在一起經(jīng)一根光纖輸出的器件稱為復(fù)用器復(fù)用器(也也 叫合波器叫合波器)。 反之,經(jīng)同一傳輸光纖送來的多波長信號分解為各個波長 分別輸出的器件稱為解復(fù)用器解復(fù)用器(也叫分波器也叫分波器)。 從原理上講, 這種器件是互易的(雙向可逆),即只要將解 復(fù)用器的輸出端和輸入端反過來使用, 就是復(fù)用器。 因此復(fù)用器和解復(fù)

22、用器是相同的因此復(fù)用器和解復(fù)用器是相同的(除非有特殊的要求除非有特殊的要求)。 WDM系統(tǒng)的基本構(gòu)成主要有以下兩種形式:系統(tǒng)的基本構(gòu)成主要有以下兩種形式:雙纖單向傳輸雙纖單向傳輸和 單纖雙向傳輸。單纖雙向傳輸。 (1) 雙纖單向傳輸。雙纖單向傳輸。 單向WDM傳輸是指所有光通路同時在一根光纖上沿同一方向 傳送。 如圖7.7所示,在發(fā)送端將載有各種信息的、具有不同波長的 已調(diào)光信號1,2,n通過光復(fù)用器組合在一起,并在一根光纖中 單向傳輸。 由于各信號是通過不同光波長攜帶的,因而彼此之間不會混淆。 在接收端通過光解復(fù)用器將不同波長的信號分開, 完成多路 光信號傳輸?shù)娜蝿?wù)。 反方向通過另一根光纖傳

23、輸?shù)脑砼c此相同。 圖圖7.7 雙纖單向雙纖單向WDM傳輸傳輸 光發(fā)射機(jī) 光發(fā)射機(jī) 復(fù)用器光纖放大器解復(fù)用器 光接收機(jī) 光接收機(jī) 1 n 1 n 1n 1 n 光接收機(jī) 光接收機(jī) 解復(fù)用器光纖放大器復(fù)用器 光發(fā)射機(jī) 光發(fā)射機(jī) 1 n 1n 1 n 1 n (2) 單纖雙向傳輸。單纖雙向傳輸。 雙向WDM傳輸是指光通路在一根光 纖上同時向兩個不同的方向傳輸。如圖7.8所示,所用波長相 互分開, 以實(shí)現(xiàn)雙向全雙工的通信。 光發(fā)射機(jī) 光發(fā)射機(jī) 光接收機(jī) 光接收機(jī) 1 n 1 n 1n 1 n 光接收機(jī) 光接收機(jī) 復(fù)用/解復(fù)用器 光纖 放大器 光發(fā)射機(jī) 光發(fā)射機(jī) 1 n n 12n 1 n 復(fù)用/解復(fù)

24、用器 n 1 2n 圖圖7.8 單纖雙向單纖雙向WDM傳輸傳輸 雙向雙向WDM系統(tǒng)在設(shè)計和應(yīng)用時必須要考慮幾個關(guān)鍵的系系統(tǒng)在設(shè)計和應(yīng)用時必須要考慮幾個關(guān)鍵的系 統(tǒng)因素:統(tǒng)因素: 如為了抑制多通道干擾多通道干擾(MPI),必須注意到光反射的影響、 雙向通路之間的隔離、串?dāng)_的類型和數(shù)值、兩個方向傳輸?shù)墓?率電平值和相互間的依賴性、光監(jiān)控信道光監(jiān)控信道(OSC)傳輸和自動功 率關(guān)斷等問題,同時要使用雙向光纖放大器。 所以雙向WDM系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用相對說來要求較高,但與 單向WDM系統(tǒng)相比,雙向WDM系統(tǒng)可以減少使用光纖和線路 放大器的數(shù)量。 另外,通過在中間設(shè)置光分插復(fù)用器光分插復(fù)用器(OADM)或

25、光交叉連光交叉連 接器接器(OXC),可使各波長光信號進(jìn)行合流與分流,實(shí)現(xiàn)波長的 上下路上下路(Add/Drop)和路由分配路由分配,這樣就可以根據(jù)光纖通信線路 和光網(wǎng)的業(yè)務(wù)量分布情況,合理地安排插入或分出信號。 插入損耗小 隔離度大 帶內(nèi)平坦,帶外插入損耗變化陡峭 溫度穩(wěn)定性好 復(fù)用通路數(shù)多 尺寸小等 3. 光波分復(fù)用器的性能參數(shù)光波分復(fù)用器的性能參數(shù) 光波分復(fù)用器是波分復(fù)用系統(tǒng)的重要組成部分,為了確保 波分復(fù)用系統(tǒng)的性能,對波分復(fù)用器的基本要求是:對波分復(fù)用器的基本要求是: (1) 插入損耗插入損耗 插入損耗是指由于增加光波分復(fù)用器/解復(fù)用器 而產(chǎn)生的附加損耗,定義為該無源器件的輸入和輸出

26、端口之間的 光功率之比,即 其中Pi為發(fā)送進(jìn)輸入端口的光功率;Po為從輸出端口接收 到的光功率。 o i P P lg10(dB) (7.1) (2) 串?dāng)_抑制度串?dāng)_抑制度 串?dāng)_是指其他信道的信號耦合進(jìn)某一信道, 并使該信道傳輸質(zhì)量下降的影響程度,有時也可用隔離度來表示 這一程度。 對于解復(fù)用器 其中Pi是波長為i的光信號的輸入光功率,Pij是波長為i的光 信號串入到波長為j信道的光功率。 )(lg10dB p p C i ij ij (7.2) (7.3) )(lg10dB p p RL j r 其中Pj為發(fā)送進(jìn)輸入端口的光功率,Pr為從同一個輸入端口接收 到的返回光功率。 (3) 回波損耗

27、回波損耗 回波損耗是指從無源器件的輸入端口返回的 光功率與輸入光功率的比,即 (4) 反射系數(shù)反射系數(shù) 反射系數(shù)是指在WDM器件的給定端口的反射 光功率Pr與入射光功率Pj之比,即 j r p p Rlg10(7.4) (5) 工作波長范圍工作波長范圍 工作波長范圍是指WDM器件能夠按照 規(guī)定的性能要求工作的波長范圍(min到max)。 (6) 信道寬度信道寬度 信道寬度是指各光源之間為避免串?dāng)_應(yīng)具有 的波長間隔。 (7) 偏振相關(guān)損耗偏振相關(guān)損耗 偏振相關(guān)損耗(PDL: Polarization dependent Loss)是指由于偏振態(tài)的變化所造成的插入損耗的最 大變化值。 7.2.2

28、WDM系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu) 實(shí)際的實(shí)際的WDM系統(tǒng)主要由五部分組成:系統(tǒng)主要由五部分組成:光發(fā)射機(jī)、光中繼放光發(fā)射機(jī)、光中繼放 大、光接收機(jī)、光監(jiān)控信道和網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)大、光接收機(jī)、光監(jiān)控信道和網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng),如下圖所示。 光轉(zhuǎn)發(fā)器 1 光 合 波 器 光轉(zhuǎn)發(fā)器 n BA 1 n 1 n 光 纖 光監(jiān)控信道 接收/發(fā)送 LA 光 纖 接收 1 光 分 波 器 接收 n PA 1 n 1 n 光監(jiān)控信 道發(fā)送器 s s s s 光監(jiān)控信 道接收器 網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng) 光中繼放大光接收機(jī)光發(fā)射機(jī) 位于WDM系統(tǒng)的發(fā)送端。 在發(fā)送端首先將來自終端設(shè)備(如SDH端機(jī))輸出的光信號, 利用光轉(zhuǎn)發(fā)器光轉(zhuǎn)發(fā)器

29、(OTU)把符合ITU-T G.957建議的非特定波長的光 信號轉(zhuǎn)換成符合ITU-T G.692建議的具有穩(wěn)定的特定波長的光信 號。 對輸入端的信號波長沒有特殊要求,可以兼容任意廠 家的SDH信號,其輸出端滿足G.692的光接口,即標(biāo)準(zhǔn)的光波長 和滿足長距離傳輸要求的光源;利用合波器合成多路光信號; 通過光功率放大器光功率放大器(BA: Booster Amplifier)放大輸出多路光信號。 用摻鉺光纖放大器摻鉺光纖放大器(EDFA)對光信號進(jìn)行中繼放大中繼放大。 在應(yīng)用時可根據(jù)具體情況, 將EDFA用作“線放線放(LA: Line Amplifier)”, “功放功放(BA)”和“前放前放

30、(PA: Preamplifier)”。 在WDM系統(tǒng)中,對EDFA必須采用增益平坦技術(shù)增益平坦技術(shù),使得 EDFA對不同波長的光信號具有接近相同的放大增益。與此同時, 還要考慮到不同數(shù)量的光信道同時工作的各種情況,保證光信道 的增益競爭不影響傳輸性能。 在接收端,光前置放大器光前置放大器(PA)放大經(jīng)傳輸而衰減的主信道光 信號,分波器從主信道光信號中分出特定波長的光信號。 接收機(jī) 不但要滿足一般接收機(jī)對光信號靈敏度、過載功率靈敏度、過載功率等參數(shù)的要求, 還要能承受有一定光噪聲的信號,要有足夠的電帶寬。 光監(jiān)控信道光監(jiān)控信道(OSC: Optical Supervisory Channel)

31、的主要功能是:的主要功能是: 監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)各信道的傳輸情況,在發(fā)送端,插入本結(jié)點(diǎn)產(chǎn)生 的波長為s(1510 nm)的光監(jiān)控信號,與主信道的光信號合波輸出; 在接收端,將接收到的光信號分離,輸出s(1510 nm)波長的光監(jiān) 控信號和業(yè)務(wù)信道光信號。 幀同步字節(jié)、公務(wù)字節(jié)幀同步字節(jié)、公務(wù)字節(jié)和網(wǎng)管所用的開銷字節(jié)網(wǎng)管所用的開銷字節(jié)等都是通過光等都是通過光 監(jiān)控信道來傳送的。監(jiān)控信道來傳送的。 通過光監(jiān)控信道物理層傳送開銷字節(jié)到其他結(jié)點(diǎn) 或接收來自其他結(jié)點(diǎn)的開銷字節(jié)對WDM系統(tǒng)進(jìn)行管理, 實(shí)現(xiàn)配配 置管理、故障管理、性能管理和安全管理置管理、故障管理、性能管理和安全管理等功能,并與上層管理 系統(tǒng)(如T

32、MN)相連。 目前國際上已商用的系統(tǒng)有:目前國際上已商用的系統(tǒng)有:42.5 Gb/s(10 Gb/s), 82.5 Gb/s(20 Gb/s), 162.5 Gb/s(40 Gb/s), 402.5 Gb/s(100 Gb/s), 3210 Gb/s(320 Gb/s), 4010 Gb/s(400 Gb/s)。 實(shí)驗(yàn)室已實(shí)現(xiàn)了8240 Gb/s(3.28 Tb/s)的速率,傳輸距離 達(dá)3100 km=300 km。OFC2000(Optical Fiber Communication Conference)提供的情況有:提供的情況有: Bell Labs: 82路40 Gb/s=3.28 T

33、b/s在3100 km=300 km的True Wave(商標(biāo))光纖(即G.655光纖)上,利用C和L兩個波 帶聯(lián)合傳輸; 日本日本NEC: 16020 Gb/s=3.2 Tb/s, 利用歸零信號沿色 散平坦光纖,經(jīng)過增益寬度為64 nm的光纖放大器,傳輸距離達(dá) 1500 km; 日本富士通日本富士通(Fujitsu): 128路10.66 Gb/s, 經(jīng)過C和L波 帶注:C波帶為15251565 nm,L波帶為15701620 nm。, 用 分布喇曼放大(DRA: Distributed Raman Amplification), 傳輸距離達(dá) 6140 km=840 km; 日本日本NTT: 30路42.7 Gb/s, 利用歸零信號, 經(jīng)過增益 寬度為50 nm的光纖放大器,傳輸距離達(dá)3125 km376 km; 美國美國Lucent Tech: 100路10 Gb/s=1 Tb/s,各路波長的間 隔縮小到25 GHz, 利用L波帶,沿NZDF光纖(G.655光纖)傳輸400 km; 美國美國Mciworldcom和加拿大和加拿大Nortel: 100路10 Gb/s=1 Tb/s, 沿NZDF光纖在C和L波帶傳輸4段, 約200 km; 美國美國Qtera 和和Qwest: 兩個波帶4路10 Gb/s和2路10 Gb/s沿NZDF光纖傳輸23105 km=2415 k

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