第六章光放大器與波分復用技術(shù)

1、光纖通信第六章光放大及波分復用技術(shù)本章內(nèi)容：6.1 光放大器基礎(chǔ)6.2 半導體光放大器6.3 摻鉺光纖放大器6.4 波分復用技術(shù)6.1 光放大器基礎(chǔ)光纖的 損耗 和 色散 限制了通信距離。時間色散脈沖展寬衰減新頻率損耗非線性輸出信號輸入信號時間頻率6.1 光放大器基礎(chǔ)為了滿足長距離通信的需要，必須在光纖傳輸線路上每隔一定距離加入一個中繼器以補償光信號的衰減和對畸變信號進行整形，然后繼續(xù)向終端傳送。中繼方法：光電光混合中繼器結(jié)構(gòu)復雜，價格昂貴，且不能用于波分復用系統(tǒng)中。全光中繼器對光信號進行直接放大。6.1.1 光纖通信中的光電中繼器傳統(tǒng)的光通信系統(tǒng)采用的是光電轉(zhuǎn)換的中繼器。中繼原理：光信號首先

2、由光電二極管轉(zhuǎn)變成電信號。電信號經(jīng)電路整形放大后再重新驅(qū)動一個光源，實現(xiàn)光信號的再生。6.1.1 光纖通信中的光電中繼器對色散限制的系統(tǒng)，有必要對光信號進行再生，采用光電轉(zhuǎn)換的中繼器。對損耗限制的系統(tǒng)，只用對光信號進行放大，采用光放大器。缺點：裝置復雜體積大耗能多特別對多信道復用和雙向復用光纖通信系統(tǒng)，這種中繼方式十分復雜，極其昂貴。光放大器優(yōu)點： 結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜6.1.2 光放大器的種類半導體激光放大器（ SLA）非線性光纖光放大器摻雜光纖放大器6.1.2 光放大器的種類半導體光放大器半導體激光器芯片兩端鍍上增透膜。優(yōu)點：單程增益高，小型化，容易與其他半導體器件集成。缺點： 性能與光偏振

3、方向有關(guān)， 與光纖的耦合損耗大。6.1.2 光放大器的種類非線性光纖放大器利用光纖中的非線性效應，利用受激拉曼散射（SRS）和受激布里淵散射（SBS）。需要對光纖注入泵浦光，泵浦光能量通過 SRS或 SBS傳送到信號上，同時部分能量轉(zhuǎn)換成分子震動（ SRS）或聲子（ SBS）。光纖喇曼放大器（ FRA）泵浦光與信號光可同向或反向傳輸，增益帶寬約為6THz。光纖布里淵放大器（ FBA）泵浦光與信號光只能反向傳輸，增益帶寬相當窄，為 30100MHz。6.1.2 光放大器的種類優(yōu)點：摻鉺與摻鐠光纖放大器具有增益高、噪聲低、頻帶寬、輸出功率高等優(yōu)點，具有廣泛的應用前景。摻雜光纖放大器利用摻雜離子在泵

4、浦光作用下形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布，當有入射光信號通過時實現(xiàn)對入射光信號的放大作用。6.1.2 光放大器的種類摻雜光纖放大器的特性主要由摻雜元素決定：摻鉺 (Er)光纖放大器 (EDFA)：工作波長 1550 nm摻鐠 (Pr)光纖放大器 (PDFA)： 1300 nm摻銩 (Tm)光纖放大器 (TDFA)： 1400 nm放大器類型原理激勵方式工作長度噪聲特性與光纖耦合與光偏振關(guān)系穩(wěn)定性摻稀土光纖放大器粒子數(shù)反轉(zhuǎn)光數(shù)米到數(shù)十米好容易無好半導體光放大器粒子數(shù)反轉(zhuǎn)電100m1mm差很難大差光 纖 (喇曼 )放大器光學非線性 (喇曼 )效應光數(shù)千米好容易大好幾種光放大器的比較光放大器的功能：提供光信號增

5、益，以補償光信號在通路中的傳輸衰減，增大系統(tǒng)的無中繼傳輸距離。光放大器原理：在泵浦能量作用下實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，然后通過受激輻射實現(xiàn)對入射光信號的放大光放大器是基于 受激輻射或受激散射 原理實現(xiàn)入射光信號放大的一種器件，其機制與激光器完全相同。實際上，光放大器在結(jié)構(gòu)上是一個沒有反饋或反饋較小的激光器。6.1.3 光放大器的性能6.1.3 光放大器的性能6.1.3 光放大器的性能1 + ( 0 ) T2 + P / Ps6.1.3 光放大器的性能放大器的增益：不僅與信號光的頻率有關(guān)，而且還依賴于其強度。對于均勻展寬二能級系統(tǒng)，增益系數(shù) g可表示為：g0為 由 放 大 器 泵 浦 大 小 決 定 的

6、峰 值 增 益 ， 為 入 射光 信 號 的 頻 率 ， 0為 激 活 介 質(zhì) 的 躍 遷 頻 率 ， P為 信號 光 功 率 ， Ps為 飽 和 光 功 率 ， T為 橫 向 馳 豫 時 間 。g02 2g( ) =6.1.3 光放大器的性能增益和帶寬增益譜寬：增益譜寬定義為增益譜 g( )降至最大值一半處的全寬（ FWHM）。放大器的增益或放大倍數(shù)：放 大 器 帶 寬 A：放大器的帶寬定義為增益 G( )降至最大放大倍數(shù)一半處的全寬度（ FWHM） 。G = Pout / Pin6.1.3 光放大器的性能增益和帶寬當頻率 偏離 0時， G( )下降得比g( )快得多。6.1.3 光放大器的

7、性能增益飽和小信號增益：當 P / Ps 1，或 P 1；基態(tài)的粒子數(shù)6.1.3 光放大器的性能放大器噪聲ASE噪聲近似為白噪聲，噪聲功率譜密度為：6.1.3 光放大器的性能放大器噪聲接收機前接入光放大器后，新增加的噪聲主要來自 ASE噪聲與信號本身的差拍噪聲。噪聲指數(shù)為：表明：即使對 nsp=1的完全粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的理想放大器，被放大信號的 SNR也降低了 3dB。對大多數(shù)實際的放大器 Fn均超過 3dB ，并可能達到68dB。要求 Fn盡可能低。 2 n spG 1GF n = 2 n sp6.1.3 光放大器的性能放大器噪聲增益、輸出功率、噪聲指數(shù) 是表征光放大器性能的三項主要參數(shù)。此外：能

8、量轉(zhuǎn)換效率 增益 /泵功率。瞬態(tài)特性串音 由于其他信道的存在的引起的本信道的失真。實質(zhì)上是四波混頻效應。偏振靈敏性6.1.4 光放大器在光纖通信中的應用形式光放大器的應用線路放大 (In-line)：周期性補償各段光纖損耗功率放大 (Boost)：增加入 纖 功 率 ,延 長 傳 輸 距 離前置放大 (Pre-Amplify):提高接收靈敏度局域網(wǎng)的功率放大器：補償分配損耗，增大網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)6.1.4 光放大器在光纖通信中的應用形式6.2半導體光放大器所有靠近閾值但在閾值以下偏置的半導體激光器都可以實現(xiàn)光放大，做成半導體激光放大器。R1R2I半導體光放大器示意圖6.2.1工作原理半導體光放大器的

9、放大特性主要決定于激光腔的反射特性與有源層的介質(zhì)特性。根據(jù)光放大器端面反射率和工作偏置條件，將半導體光放大器分為：法布里珀羅放大器 (FPA)行波放大器 (TWA)6.2.1工作原理工作原理：LD兩端面構(gòu)成 FP諧振腔；入射光從左端面進入，通過具有增益的有源層 ;到達右端面后，部分從端面反射，然后反向通過有源層至左端面，部分光從左端面出射 ;其余部分又從端面反射，再次通過有源層 ;如此反復，使入射光得到放大。放大器輸出光為多次透射光之和。（等比數(shù)列求和： S = a1 / (1-q) ）多峰值、帶寬窄，不適合通信系統(tǒng)應用，只可用于一些信號處理。當 R1 2 G s 1時，G max6.2.1工

10、作原理增益起伏消失，相應于寬帶單程行波半導體放大器。通常 Gs應有足夠大的值，因此 R1和 R2必須做得很小。實際上，要使 R1和 R2做得很小是很困難的。因此， FPA的增益總存在一定的起伏，帶寬總是有限的。R 1， G FP G sG min6.2.1工作原理6.2.1工作原理為實現(xiàn)高增益放大，應使這將使帶寬 A變窄， A 40dB)、輸出功率大 (30dBm)、噪聲低(45dB)；全光纖結(jié)構(gòu)，與光纖系統(tǒng)兼容；增益與信號偏振態(tài)無關(guān)，故穩(wěn)定性好；所 需 的 泵 浦 功 率 低 (數(shù) 十 毫 瓦 )。6.3摻鉺光纖放大器摻鉺光纖放大器給光纖通信領(lǐng)域帶來的革命：EDFA解決了系統(tǒng)容量提高的最大的

11、限制 光損耗。補償了光纖本身的損耗，使長距離傳輸成為可能。大大增加了功率預算的冗余，系統(tǒng)中引入各種新型光器件成為可能。支持了最有效的增加光通信容量的方式 WDM。推動了全光網(wǎng)絡(luò)的研究開發(fā)熱潮。6.3摻鉺光纖放大器EDFA采用摻鉺離子單模光纖為增益介質(zhì)，在泵浦光作用下產(chǎn)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，在信號光誘導下實現(xiàn)受激輻射放大。Input signal1530nm-1570nmAmplifiedoutput signalPower laser(Pump)980nm or1480nmFiber containingerbium dopant6.3.2摻鉺光纖放大器的工作原理6.3.2摻鉺光纖放大器的工作原理ED

12、FA中的 Er3+能級結(jié)構(gòu)：由于石英的非晶態(tài)特性， Er3+能級展寬為一定寬度的能帶。泵浦波長可以是 800 nm、 980 nm、 1480 nm等。利用 980 nm和 1480 nm附近的半導體激光器可以有效泵浦 EDFA（泵浦效率高）。鉺離子簡化能級示意圖快速非輻射躍遷光放大受激輻射產(chǎn)生噪聲自發(fā)輻射基態(tài)能帶泵浦能帶吸收泵浦光980nm1480nm亞穩(wěn)態(tài)能帶受激吸收1550nm摻鉺光纖放大器的基本結(jié)構(gòu)摻鉺光纖：當一定的泵浦光注入到摻鉺光纖中時，Er3+從低能級被激發(fā)到高能級上，由于在高能級上的壽命很短，很快以非輻射躍遷形式到較低能級上，并在該能級和低能級間形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布。半導體泵浦二

13、極管：為信號放大提供足夠的能量，使物質(zhì)達到粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。波分復用耦合器：將信號光和泵浦光合路進入摻鉺光纖中。光隔離器：使光傳輸具有單向性，放大器不受發(fā)射光影響，保證穩(wěn)定工作。WDM2EDFAPCAPCinoutWDM1LDEDFAPCAPCinoutLDWDMWDMEDFAPCLD2APCLD1inout同向泵浦(前向泵浦)型：好的噪聲性能反向泵浦(后向泵浦)型：輸出信號功率高雙向泵浦型：輸出信號功率比單泵浦源高3dB，且放大特性與信號傳輸方向無關(guān)6.3.2摻鉺光纖放大器的工作原理三種泵浦方式的 EDFA6.3.2摻鉺光纖放大器的工作原理摻鍺 EDF的增益譜很寬（FWHM10nm），有雙峰結(jié)構(gòu)。

14、纖芯摻入鋁后，增益譜將進一步展寬。6.3.2摻鉺光纖放大器的工作原理6.3.3摻鉺光纖放大器的增益特性EDFA的工作特性光放大器的增益（小信號增益與增益飽和）放大器的噪聲EDFA的高速與多信道放大特性EDFA的大功率化6.3.3摻鉺光纖放大器的增益特性增 益 G是 描 述 光 放 大 器 對 信 號 放 大 能 力的參數(shù)。定義為：G與光放大器的泵浦功率、摻雜光纖的參數(shù)和輸入光信號有很復雜的關(guān)系。PoutPinG ( dB ) = 10 lg輸出信號光功率輸入信號光功率小信號增益隨泵浦功率而變的曲線對于給定的放大器長度（EDF長度），增益先隨泵浦功率在開始時按指數(shù)增加，當泵浦功率超過一定值時，增

15、益增加變緩，并趨于一恒定值。6.3.3摻鉺光纖放大器的增益特性小信號增益隨放大器長度而變的曲線當泵浦功率一定時，放大器在某一最佳長度時獲得最大增益，如果放大器長度超過此值，由于泵浦的消耗，最佳點后的摻鉺光纖不能受到足夠泵浦，而且要吸收已放大的信號能量，導致增益很快下降。因此，在EDFA設(shè)計中，需要在摻鉺光纖結(jié)構(gòu)參數(shù)的基礎(chǔ)上，選擇合適的泵浦功率和光纖長度，使放大器工作于最佳狀態(tài)。某典型參數(shù)EDFA在不同泵浦功率時增益隨輸出功率的變化及增益飽和特性。當增益降低3dB時飽和輸出功率6.3.3摻鉺光纖放大器的增益特性EDFA噪聲指數(shù) Fn可近似為：( SNR ) in( SNR ) out= 2 n

16、spF n =Fn的極限值為3dB。nsp=1時（理想放大器）被放大信號的SNR也降低了二倍（或3dB）。6.3.3摻鉺光纖放大器的增益特性6.3.4摻鉺光纖放大器的噪聲EDFA放大1540波長信號時產(chǎn)生的影響ASE噪聲疊加在信號上，導致信噪比下降。6.3.4摻鉺光纖放大器的噪聲6.3.5EDFA的高速與多信道放大特性高速信號放大特性：EDFA具有寬帶特性。普通型 EDFA： 12 nm。寬帶型：采用鋁基 EDF和增益均衡技術(shù)，帶寬 35 nm。超寬帶型：采用碲基 EDF和增益均衡技術(shù)，帶寬 80 nm。如此高的帶寬使其非常適用于放大高速超短脈沖和 WDM多信道信號。6.3.5EDFA的高速與

17、多信道放大特性EDFA的級聯(lián)特性信道間增益競爭，多級級連使用導致“尖峰效應”6.3.5EDFA的高速與多信道放大特性6.3.5EDFA的高速與多信道放大特性多信道放大特性：EDAF可同時放大多路信號，只要多信道的總帶寬小于放大器帶寬。適用于波分復用或頻分復用光波通信系統(tǒng)。多信道放大中存在的問題：串音等6.4 光波分復用技術(shù)WDM的概念頻分復用（ FDM）：在模擬載波通信系統(tǒng)中，為了充分利用電纜的帶寬資源，提高系統(tǒng)的傳輸容量，通常利用頻分復用（ FDM）的方法，即在同一根電纜中同時傳輸若干個信道的信號，接收端根據(jù)各載波頻率的不同，利用帶通濾波器就可濾出每一個信道的信號。6.4 光波分復用技術(shù)波分

18、復用（ WDM）：在光纖通信系統(tǒng)中也可以采用光的頻分復用的方法來提高系統(tǒng)的傳輸容量，在接收端采用解復用器（光帶通濾波器）將各信號光載波分開。由于在光的頻域上信號頻率差別比較大，人們更喜歡采用波長來定義頻率上的差別，因而這樣的復用方法稱為波分復用。6.4.1 光波分復用原理光波分復用（ WDM: WavelengthDivision Multiplexing）基本原理：在發(fā)送端將不同波長的光信號組合起來（復用），耦合到同一根光纖中進行傳輸，在接收端又將組合波長的光信號分開（解復用），恢復出原信號后送入不同的終端。6.4.1 光波分復用技術(shù)圖 中心波長在1.3 m和1.55 m的硅光纖低損耗傳輸窗

19、口（插圖表示1.55 m傳輸窗口的多信道復用）26(1.35 1.25) 10 3 10 (1.3 10 )= 17.7 10 Hz 17.7THz =6.4.1 光波分復用原理光纖的帶寬很寬。波長為 1.31 m（ 1.25 m 1.35 m）的窗口，相應的帶寬為 17700 GHz ：其中， 和 分別為中心波長和相應的波段寬度。 f = c 28 6122 cf = 26(1.60 1.50) 10 3 10 (1.55 10 ) = 12.5 10 Hz 12.5THz =6.4.1 光波分復用原理同理，波長為 1.55 m（ 1.50 m 1.60 m）的窗口， 相應的帶寬為 12 5

20、00 GHz。兩個窗口合在一起，總帶寬超過 30 THz。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個信道。8 6126.4.1 光波分復用原理波分復用的常規(guī)分類光頻分復用 (OFDM)：光頻 (信 )道間距很小的頻分復用。密集波分復用 (DWDM):光頻 (信 )道間距小于10nm的波分復用， D:Dense (密集 )粗波分復用 (CWDM)：光頻 (信 )道間距大于10nm 的波分復用 , C: Coarse (粗 )，也稱稀疏波分復用。DWDM(1550波段 )的標準信道間距： 1.6nm, 0.8nm, 0.4nm( f 200GHz, 100GHz,

21、 50GHz)6.4.1 光波分復用原理目前， “摻鉺光纖放大器（ EDFA） + 密集波分復用（ WDM） + 非零色散光纖（ NZDSF） +光子集成（ PIC） ”正成為國際上長途高速光纖通信線路的主要技術(shù)方向。6.4.1 光波分復用原理WDM系統(tǒng)的基本構(gòu)成：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用器 (也叫合波器 )。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用器(也叫分波器 )。復用器和解復用器一般是相同的 (除非有特殊的要求 )。6.4.1 光波分復用原理WDM系統(tǒng)的基本構(gòu)成主要有以下兩種形式：雙纖單向傳輸：單向 WDM傳輸：所有光通路同

22、時在一根光纖上沿同一方向傳送。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通過光復用器組合在一起，并在一根光纖中單向傳輸。在接收端通過光解復用器將不同波長的信號分開，完成多路光信號傳輸?shù)娜蝿铡?.4.1 光波分復用原理優(yōu)點：各信號通過不同光波長攜帶，彼此不會混淆。同一波長可以在兩個方向上重復利用。缺點：光纖以及光器件資源利用率不高。光 發(fā) 射 機 1光 發(fā) 射 機 n光 接 收 機 1光 接 收 機 n光 接 收 機 1光 接 收 機 n光 發(fā) 射 機 1光 發(fā) 射 機 n1NN+12N1NN+12N6.4.1 光波分復用原理單纖雙向傳輸：雙向 WDM傳輸：光通路在一根光

23、纖上同時向兩個不同的方向傳輸。所用波長相互分開， 以實現(xiàn)雙向全雙工的通信。光 發(fā) 射 機 1光 發(fā) 射 機 N光接收機 N+1光接收機 2N光 接 收 機 1光 接 收 機 N光發(fā)射機 N+1光發(fā)射機 2N1NN+12N6.4.1 光波分復用原理優(yōu)點：雙向 WDM系統(tǒng)可以減少使用光纖和線路放大器的數(shù)量，節(jié)約成本。缺點：雙向 WDM系統(tǒng)的開發(fā)和應用相對說來要求較高，需要解決多通道干擾，要進行光放大，以延長傳輸距離等。6.4.1 光波分復用原理含 OADM的傳輸：通過在中間設(shè)置光分 /插復用器（ OADM）或光交叉連接器（ OXC），可使各波長光信號進行合流與分流，實現(xiàn)波長的上 /下路 (Add/

24、Drop)和路由分配。這樣就可以根據(jù)光纖通信線路和光網(wǎng)的業(yè)務量分布情況，合理地安排插入或分出信號。1 1 1 6.4.1 光波分復用原理OADMOADM1 12 26.4.1 光波分復用原理光波分復用器的性能參數(shù) ：插入損耗 ：指由于增加光波分復用器 /解復用器而產(chǎn)生的附加損耗。定義為該無源器件內(nèi)的輸入和輸出之間的光功率 之 比 ， 即 :( dB ) = 10 lg P1 / P26.4.1 光波分復用原理串擾抑制度 ：串擾是指其他信道的信號耦合進某一信道，并使該信道傳輸質(zhì)量下降的影響程度，有時也可以用隔離度來表示這一程度。C ij = 10 lg( Pij / Pi )6.4.1 光波分復

25、用原理回波損耗 ：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RL = lg( Pr / Pj ) (dB )Pj 為發(fā)送進輸入端口的光功率， Pr 為從同一個輸入端口接收到的返回光功率。反射系數(shù) ：指在 WDM 給定端口的反射光功率與入射光功率之比。(dB )R = lg( Pr / Pj )6.4.1 光波分復用原理工作波長范圍 ：指 WDM夠按規(guī)定的性能要求工作的波長范圍。信道寬度 ：指各光源之間為避免串擾應具有的波長間隔。偏 振 相 關(guān) 損 耗 （ PDL, Polarization-dependent Loss） ： 指 由 于 偏 振 態(tài) 的 變 化 所造成的插入損耗的最

26、大變化值。6.4.2 WDM系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)實際的 DWM系統(tǒng)主要由五部分組成：光發(fā)射機光中繼放大光接收機光監(jiān)控信道網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)6.4.2 WDM系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)光轉(zhuǎn)發(fā)器1光轉(zhuǎn)發(fā)器nBA1光合波n 器1n光纖光監(jiān)控信道接收/發(fā)送LA光纖接收1接收nPA1光分波器 n1nssss光中繼放大光接收機光發(fā)射機光監(jiān)控信道發(fā)送器圖光監(jiān)控信道接收器網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)實際WDM系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)6.4.2 WDM系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)光發(fā)射機：光發(fā)射機位于 WDM系統(tǒng)的發(fā)送端。在發(fā)送端首先將來自終端設(shè)備輸出的光信號，利用光轉(zhuǎn)發(fā)器（ OUT）轉(zhuǎn)換成具有穩(wěn)定的特定波長的光信號。利用合波器合成多路光信號。通過光功率放大器（ BA: B

27、oosterAmplifier）放大輸出多路光信號。6.4.2 WDM系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)EDFA：經(jīng)過一定距離傳輸后，要用 EDFA對光信號進行中繼放大。可根據(jù)具體情況， 將 EDFA用作 “線放 (LA：Line Amplifier)”, “功放 (BA)”和 “前放 (PA：Preamplifier)”。在 WDM系統(tǒng)中，對 EDFA必須采用增益平坦技術(shù)，使得 EDFA對不同波長的光信號具有接近相同的放大增益。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。6.4.2 WDM系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)光接收機：由光前置放大器 (PA)放大經(jīng)傳輸而衰減的主信道光信號。光分波

28、器從主信道光信號中分出特定波長的光信號。接收機不但要滿足一般接收機對光信號靈敏度、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。6.4.2 WDM系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)光監(jiān)控信道（ OSC: Optical SupervisoryChannel）：主要功能：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)點產(chǎn)生的波長為 s（ 1510nm）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 波 長的光監(jiān)控信號和業(yè)務信道光信號。幀同步字節(jié)、公務字節(jié)和網(wǎng)管所用的開銷字節(jié)等都是通過光監(jiān)控信道來傳送的。6.4.2 WDM系統(tǒng)

29、的基本結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)：通過光監(jiān)控信道物理層傳送開銷字節(jié)到其他結(jié)點，或接收來自其他結(jié)點的開銷字節(jié)對 WDM系統(tǒng)進行管理，實現(xiàn)配置管理、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 TMN）相連。6.4.3 WDM技術(shù)的主要特點WDM技術(shù)的主要特點：充分利用光纖的巨大帶寬資源。光纖具有巨大的帶寬資源 (低損耗波段 )， WDM技術(shù)使一根光纖的傳輸容量比單波長傳輸增加幾倍至幾十倍甚至幾百倍， 從而增加光纖的傳輸容量，降低成本，具有很大的應用價值和經(jīng)濟價值。6.4.3 WDM技術(shù)的主要特點同時傳輸多種不同類型的信號。由于 WDM技術(shù)使用的各波長的信道相互獨立，因而可以傳輸特性和速率完全不

30、同的信號，完成各種電信業(yè)務信號的綜合傳輸，如 PDH信號和 SDH信號，數(shù)字信號和模擬信號，多種業(yè)務 (音 頻 、 視 頻 、 數(shù) 據(jù) 等 )的 混 合 傳 輸 等 。 6.4.3 WDM技術(shù)的主要特點節(jié)省線路投資。采用 WDM技術(shù)可使 N個波長復用起來在單根光纖中傳輸，也可實現(xiàn)單根光纖雙向傳輸，在長途大容量傳輸時可以節(jié)約大量光纖。另外，對已建成的光纖通信系統(tǒng)擴容方便。6.4.3 WDM技術(shù)的主要特點降低器件的超高速要求。隨著傳輸速率的不斷提高，許多光電器件的響應速度已明顯不足，使用 WDM技術(shù)可降低對一些器件在性能上的極高要求，同時又可實現(xiàn)大容量傳輸。高度的組網(wǎng)靈活性，經(jīng)濟性和可靠性。6.4

31、.4 光濾波器與光波分復用器光濾波器在 WDM系統(tǒng)中是一種重要元器件，與波分復用有著密切關(guān)系，常用來構(gòu)成各種波分復用器和解復用器。光濾波器的應用：單純的濾波應用波分復用器中應用波長路由器中應用31,2,3,41,2,3,41 ,2,3,41,2,3,46.4.4 光濾波器與光波分復用器圖 光濾波器的三種應用(a) 單純的濾波應用； (b) 波分復用器中應用； (c)波長路由器中應用光濾波器1,2,3,42,3,41(a)波分復用器(b)1241,2,3,44波長路由器(c)1 1 1 12 1 1 21 2 2 12 2 2 26.4.4 光濾波器與光波分復用器由波分復用器構(gòu)成的靜態(tài)路由器：圖

32、 由波分復用器構(gòu)成靜態(tài)路由器6.4.4 光濾波器與光波分復用器光濾波器的主要要求：低插入損耗，且損耗與輸入光的偏振態(tài)無關(guān)。溫度特性好。帶寬特性好。6.4.4 光濾波器與光波分復用器光柵（ Grating）：光柵被廣泛地用來將光分離為不同波長的單色光。在 WDM系統(tǒng)中，光柵主要用在解復用器中，以分離出各個波長。透射光柵反射光柵6.4.4 光濾波器與光波分復用器圖 光柵(a)透射光柵 (b)反射光柵6.4.4 光濾波器與光波分復用器光柵解復用原理：光柵方程為：a(sin i sin d ) = ma 和 i 一 定 時 ， 不 同的 d 對應不同的波長。像面上的不同點對應不同的波長，可用作WDM中

33、的解復用器。圖透射光柵的工作原理= 1 2 6.4.4 光濾波器與光波分復用器布喇格光柵（ Bragg Grating） :在光纖中，寫入布喇格光柵后可以用于光濾波器、光分插復用器和色散補償器。濾波原理：設(shè) 兩 列 波 沿 著 同 一 方 向 傳 播 ， 傳 播 常 數(shù) 分 別 為 0和 1 ， 如 果 滿 足 布 喇 格 條 件 ：則一個波的能量可以耦合到另一個波中去。2= = ) 2 00 0 (6.4.4 光濾波器與光波分復用器對于反射型濾波器，如果：則這個光波的能量可以耦合到沿它的反方向傳播的具有相同波長的反射光中去。設(shè) 0 = 2 neff / 0 ，即 0 = 2neff ，光波將

34、 發(fā) 生 反 射 ， 0 稱 作 布 喇 格 波 長 。如果具有幾個波長的光同時傳輸?shù)焦饫w布喇格光柵上，則只有波長等于布喇格波長的光才反射，而其它的光全部透射。26.4.4 光濾波器與光波分復用器光纖光柵（ Fiber Grating）：用途：可用作光濾波器、光分插復用器和色散補償器。優(yōu)點：是全光纖器件，插入損耗低，易于與光纖耦合，對偏振不敏感，溫度系數(shù)低，封裝簡單，成本較低。6.4.4 光濾波器與光波分復用器利用某種特殊光纖的光敏特性，就可在光纖中寫入光柵。在傳統(tǒng)光纖的 SiO2中摻入少量鍺 (Ge)后就具有了光敏特性，再由紫外 (UV)光照射，就可引起光纖纖芯的折射率變化。若用兩束相干的紫

35、外光照射摻雜后的光纖纖芯，則照射光束的強度將沿著光纖長度方向周期性地變化，強度高的地方纖芯折射率增加，強度低的地方纖芯折射率幾乎無任何變化，這樣就在光纖中寫入了光柵。6.4.4 光濾波器與光波分復用器光纖布喇格光柵（ FBG: Fiber BraggGrating）光柵使正向傳輸模同反向傳輸模之間發(fā)生耦合，只對在布喇格波長及其附近很窄的波長范圍內(nèi)的光發(fā)生反射，而不影響其它波長的光通過。6.4.4 光濾波器與光波分復用器基于光纖光柵結(jié)構(gòu)的光分插復用器原理：由一個三端口光環(huán)行器和一個光纖布喇格光柵構(gòu)成，由光柵反射回來的波長 2 從環(huán)行器的端口 3取出，余下的波長繼續(xù)前行。在上面的基礎(chǔ)上加上一個耦合

36、器，就可以實現(xiàn)光的分插功能。圖基于光纖光柵結(jié)構(gòu)的光分插復用器(a)簡單光分 (b)光分插6.4.4 光濾波器與光波分復用器長周期光纖光柵的工作原理：在長周期光纖光柵中，纖芯中正向傳輸模的能量耦合到包層里的正向傳輸模上，包層模沿著光纖傳輸時極容易消逝掉，因此相應波長位置的光波被衰減，出現(xiàn)一些損耗峰。長周期光纖光柵適合用作帶阻濾波器，主要用于 EDFA中作濾波器，使 EDFA增益平坦化。透射譜/dB圖7.17 長周期光纖光柵的透射譜1.536.4.4 光濾波器與光波分復用器01234561.541.571.581.55 1.56波長 / m6.4.4 光濾波器與光波分復用器法布里 -珀羅（ F-P: Fabry-Perot）濾波器：選擇波長的方法：改變腔長。改變腔內(nèi)介質(zhì)的折射率。圖F-P濾波器6.4.4 光濾波器與光波分復用器多層介質(zhì)薄膜濾波器（ MultilayerDielectric Thin Film Filter）：實質(zhì)上是 F-P干涉儀。可用作帶通濾波器，只允許特定波長的光通過而讓其它所有波長的光反射，腔的長度決定要通過的波長。這種濾波器多個級聯(lián)后，可以做成波分復用器。6.4.4 光濾波器與光波分復用器圖