下一代光通信技术的发展趋势课件

下一代光通信技术的发展趋势,下一代光通信技术的发展趋势,国内外光通信技术的研究现状 光通信技术的发展方向 光纤通信存在的主要问题 光纤拉曼放大器的研究 总结,一、国内外光通信技术的研究现状,国内外光通信技术的研究现状,1、自由空间光通信技术 2、光纤通信技术,一、国内外光通信技术的研究现状,1、自由空间光通信技术,一、国内外光通信技术的研究现状,国内外光通信技术的研究现状,1、自由空间光通信技术 2、光纤通信技术,一、国内外光通信技术的发展现状,日本 2001年，eJapan Strategy 2004年，uJapan Strategy,一、国内外光通信技术的发展现状,日本 1、日本国家信息与通信技术研究院： 实验室验证，160Gbit/s的高速光包交换 2、NTT：平面光波电路（PLC）滤波，核心网的光波 长路由器 3、NEC：光量子密码方式对通信系统的安全防范 4、KDDI实验室：全光信号处理,一、国内外光通信技术的发展现状,韩国 MOST：基础性研究 MOCIE：与产业相关的研究与开发 MIC：光通信系统的研究 2004年， uKorea BCN：基础技术开发 ETRI：最大的IT研发机构,一、国内外光通信技术的发展现状,韩国 宽带接入网技术的进展： 1999年，ADSL： 速率2Mb/s 2002年，VDSL： 速率20Mb/s 2005年，VDSL： 速率50Mb/s 2006年，FTTH 速率100Mb/s,一、国内外光通信技术的发展现状,韩国 WDM技术的进展： 90年代中期：速率：10Gb/s10波道 距离：320km 2002年： 速率：1.6Tb/s10波道 距离：2000km 速率：42.8Gb/s40波道 距离：511km 基于波分的全光交叉技术，可重构型光分插复用器（ROADM）,一、国内外光通信技术的发展现状,香港 硅波导应用 硅波导拉曼放大器 半导体全光波长转换 非线性光纤的信号整形 光CDMA技术 光再生技术,一、国内外光通信技术的发展现状,中国 1979年，光通信实验系统在北京、上海试用850nm的多模光纤 80年代，1300（1310）nm的单模光纤 90年代，SDH技术 现在，八横八纵主干网，1550nm EDFA,DWDM,二、光通信技术的发展方向,技术发展方向： (1)40Gbit/s系统的发展，挑战和应用 (2)向超大容量超长距离波分复用系统的发展 (3)从点到点WDM走向光联网 (4)无源宽带光接入网技术的发展 (5)光纤技术的新发展,三、光纤通信存在的主要问题,衰减（Attenuation）： 1、弯曲损耗（Macrobending loss） 2、微弯损耗（Microbending loss） 3、散射（Scattering） 4、吸收（Absorption）,三、光纤通信存在的主要问题,三、光纤通信存在的主要问题,三、光纤通信存在的主要问题,三、光纤通信存在的主要问题,三、光纤通信存在的主要问题,色散（Dispersion）： 1、模式(模间)色散 （Intermodal dispersion） 2、色度色散 （Chromatic dispersion）,三、光纤通信存在的主要问题,模式,三、光纤通信存在的主要问题,模式(模间)色散:,三、光纤通信存在的主要问题,模式(模间)色散的解决方案（一）渐变折射率光纤,三、光纤通信存在的主要问题,模式(模间)色散的解决方案（二）单模光纤,三、光纤通信存在的主要问题,色散（Dispersion）： 1、模式(模间)色散 （Intermodal dispersion） 2、色度色散 （Chromatic dispersion）,三、当前主要的研究难题及存在问题,色度色散:,四、光纤拉曼放大器的研究,光放大器分类： （1）半导体光放大器 （2）稀土搀杂的光纤放大器（EDFA） （3）受激辐射的光放大器 光纤布里渊放大器 光纤拉曼放大器,四、光纤拉曼放大器的研究,光纤拉曼放大器原理：利用光纤中的受激拉曼散射现象。,经典理论： 量子理论,受激拉曼散射现象：,受激拉曼散射现象： 经典理论：介质中的分子振动对入射光的调制，即分子 内部粒子之间的相对运动导致分子感应电偶 极矩随时间的周期性调制，从而对入射光产 生散射作用。 设入射光的频率为vp，介质分子的振动频率为v，则散射光的频率分别为：,四、光纤拉曼放大器的研究,其中：频率为vs的散射叫做斯托克斯散射， 频率为vas的散射叫做反斯托克斯散射。,四、光纤拉曼放大器的研究,光纤拉曼放大器原理：利用光纤中的受激拉曼散射现象。,经典理论： 量子理论,受激拉曼散射现象：,受激拉曼散射现象： 量子理论：入射光和介质分子相互作用时，光子吸收或发 射一个声子。,四、光纤拉曼放大器的研究,拉曼散射的光子可分为： 斯托克斯拉曼光子 反斯托克斯拉曼光子,四、光纤拉曼放大器的研究,受激拉曼散射现象： 1962年，人们发现如果光强超过一定的阈值，斯托克斯波会在介质内快速增加，大部分的泵浦功率都可以转换成斯托克斯光的功率，这种现象就叫做受激拉曼散射。,泵浦光和斯托克斯光的相互作用符合下列耦合波方程：,四、光纤拉曼放大器的研究,光纤拉曼放大器原理：,四、光纤拉曼放大器的研究,耦合波方程：,放大器的增益：,四、光纤拉曼放大器的研究,光纤拉曼放大器分类： （1）分布式 （2）分立式,四、光纤拉曼放大器的研究,分布式：直接利用传输光纤实现放大，其泵浦光会延 伸到整个传输光纤。,四、光纤拉曼放大器的研究,分立式：是一种集总式的元件，它被插入到传输链路中以提 供增益，其泵浦功率被限制在集总元件中 ，通过放 大器两端的隔离器将反向传输的泵浦限制在放大器 单元中 ，泵浦光不会进入传输链路。,四、光纤拉曼放大器的研究,光纤拉曼放大器的关键技术： （1）大功率泵浦技术 （2）增益平坦技术 （3）拉曼放大光纤的制造和设计,四、光纤拉曼放大器的研究,（1）大功率泵浦技术（偏振耦合激光二极管）,四、光纤拉曼放大器的研究,（1）大功率泵浦技术（拉曼光纤激光器）,四、光纤拉曼放大器的研究,（2）增益平坦技术 多波长泵浦 带宽：100nm 光谱滤波技术 带宽：70m 增益起伏1.27dB 啁啾光纤 带宽：50m 增益起伏 0.6dB,四、光纤拉曼放大器的研究,（3）拉曼放大光纤的制造和设计 方法：小芯径、高掺锗的特种光纤来减小 有效截面提高增益效率 例如：DCF光纤（色散补偿光纤） 色散补偿的同时实现放大。,四、光纤拉曼放大器的研究,光纤拉曼放大器的优点： 结构简单：光纤拉曼放大器不需要采用特殊的放大介质，在普 通的传输光纤中就可以实现光信号的放大。 低噪音：分布式的光纤拉曼放大器的噪音比EDFA要低得多，其 噪音指数甚至可以是负的，而EDFA的噪声指数为大约 4到6dB。 增益带宽宽：拉曼增益的带宽非常宽，在1550nm波段附近，其 半宽度大约是60nm。另外还可以通过多泵浦技术