（光学专业论文）通信系统中光纤激光器及光纤放大器的研究.pdf

南开大学博士生学位论文 波长的大范围不连续调谐，激射波长基本与f - p l d谐振模重盈。首次将大范围 不 连 续 调 谐 技 术 与 l d 的 波 长 温 度 连 续 蝉 锁模激光， 连续调谐范围可达几十纳米 少 技术结合， 得到大范围连续可调谐的 2 .光纤光姗外腔反该半导体徽光餐的 研究: 采用光纤光栅外腔反馈法对普通f p 半导体激光器性能进行改进， 得到光纤 光 栅外 腔反馈半导 体 激光 器。 ， 理 论 和实 脸证明 光 纤光 栅外 腔反 馈半 导体 激光 器 有着良 好的静态特性。 理论研究表明，光纤光栅外腔反 馈半导体激光器同 样具 有良 好的动态特性。实验中我们则利用增益开关技术，在光纤光姗外腔反馈半 导体激光器上获得了单波长的超短光脉冲。结合光纤光栅调谐技术，可以得到 波 长 可 调 谐 的 超 短 光 脉 冲 光 源 。 3 . l 波段多 波长光纤橄光 器的研究. 首次将多模光纤引入l 波段多波长环形腔光纤激光器， 利用多模光纤引起的 不同偏振态的模式间的能t辐合，减小增益介质的均匀展宽程度，实现室温下 稳 定 工 作 的 多 波 长 激 光 器 。 牲多 波 长 环 形 腔 傲 光 器 中 ， 首 次 采 用 两 段 掺 饵 光 纤 作为腔内的增益介质。 波长为9 8 0 m n泵浦激光器 ( l d ) 作为第一泵浦源来泵浦 e d f 1 ， 产生1 5 5 0 n m波长范围的a s e :未泵浦e d f 2 充分利用e d f i 产生的前 向 和后向a s e作为二级泵浦源。 l 波段光纤激光器的信号增益和泵谱效率获得 很大的提高， 激光器的阅值降低，斜率效率提高了一倍。 l 波段多波长线性腔光纤激光器的研究。 由两个由3 d b 藕合器构成的光纤环 镜形成线性腔。充分利用光纤环镜的 工作特性，两个环镜分别作为宽带反射器 和梳状滤波器。通过调节光纤环镜中的偏振控制器，可以得到不同发射波长和 波 长 数 目 的 l 波 段 多 波 长 激 光 器 。 夕 4 . 光增益控制接饵光纤放大移的理论研究 从理论分析、数值模拟方面，详细地研究了掺饵光纤放大器称态和瞬态工 作特性。 国内首次理论模拟了 光增益控制e d f a与 普通未加增益控制e d f a ， 在稳态 和上下载复用情况下，稳态和瞬态增益特性差别等，阐明光增益控制的工作原 理 。 理 论 模 拟 结 果 表 明 : 增 益 控 制 激 光 瞬 态 控 制 效 果 非 常 明 显 . ) 首 次 理 论 研 究 了 不 同 上 下 载 速 率 下 ， 光 增 益 控 制e d f a 的 频 率 响 应 特 性 南开大学博士生学位论文 发现在某些频率点( 如频率4 4 k h z ) ， 光增益控制效应突然消失， 结合激光弛豫 振荡理论解释分析了以上现象。 5 . 双波长光增益控制接饵光纤放大器的实验研究 首 次 提 出 单 反 ， 环 路 双 波 长 增 益 控 制 e d fa e 御 用 自 由 光 谱 范 围 为 2 6 .7n m 的f - p 可调谐滤波器及由 长周期光纤光栅( l p g ) 制成的 波长选择性可调谐衰减 器，在一个反馈环路中即可得到双波长的控制橄光， 有效地降低了s h b效应及 弛 赚 振 荡 . 今 、 首次采用“ 双光纤光栅对” 实现双波长增益控制e d f a e 对形成反懊腔，得到双波长增益控制激光，实现增益控制。 利用两对光纤光栅 两个不同波长的 激 光 共 同 承 担 增 益 控 制 的 任 务 ， 降 低 了 控 制 激 光 引 起 的 s h b 和 瞬 态 输 出 变 化 砂 首 次 系 统 研 究 了 光 增 益 控 制e d f a 的 频 率 响 应 特 性 . 反 验 结 果 表 明 : 双 波 长橄光增益控制e d f a在动态工作条件下，显示出 优越的特性. 上下载复用时， 双波长激光增益控制 e d f a引 起的剩余信号光增益变化幅度大大减低;能够适 应 0 - 5 0 k h z 的 上 下 载 频 率 ， 适 用 范 围 扩 展 为 普 通 单 波 长 增 益 控 制 e d f a 的 两 倍 习 首次系统比较了 不同增益控制波长的双波长增益控制 e d f a的工作特性. 实验研究表明:双波长控制激光的选取对增益控制的效果没有大的影响，因此， 可 以 选 择 波 长 间 隔 较 远 的 控 制 光 ， 使 通 行 窗 口 不 受 影 响 。 夕 关键词:光纤激光器短脉冲 纤 光 栅， 外 腔半 导 体 激 光 器二 空间烧孔 ( s h b ) ，弛豫振荡 ， 锁 模， 波 长 可调 谐， l 波 段， 多 波长 激 光 器厂 光 增 益 开 关 ， 掺 饵 光 纤 放 大 器 飞 毛 d f a ， 增 益 控 制 ， 南开大学博士生学位论文 ab s tract wi t h c o m i n g o f t h e i n f o r m a t i o n e r a , t h e r a p i d e v o lu t i o n o f v a r i o u s n e w c o m m u n i c a t i o n m o d e s d r i v e t h e d e v e l o p m e n t o f s u p e r h i g h s p e e d , s u p e r h i g h c a p a c i ty o p t i c a l c o m m u n i c a t i o n s y s t e m . o n t h e o t h e r h a n d , t h e o r g a n i c c o m b i n a t i o n o f d e n s i ty w a v e l e n g t h - d i v i s i o n - m u l t i p l e x i n g ( d wd m ) t e c h n o l o g y a n d o p t i c a l t i m e - d i v i s i o n - m u l t i p l e x i n g ( o t d m ) a n d o p t i c a l c o d e - d i v i s i o n - m u lt i p l e x i n g - a d d re s s ( o c d m a ) a n d s o o n w i l l f o r m t h e o p t i c a l n e t w o r k o f u l t r a l a r g e c a p a c i ty f u l f i l l i n g m u l t ip l e s e r v i c e s . i n o r d e r t o s a t i s f y t h e r e q u e s t o f o p t i c a l c o m m u n ic a t i o n s y s t e m , o p t i c a l s o u r c e t e c h n i q u e , o p t i c a l a m p l i fi e r t e c h n i q u e , o p t i c a l n e t n o d t e c h n i q u e , a n d o p t i c a l t r a n s m i s s i o n t e c h n i q u e , a n d s o o n a re d e v e l o p i n g f a s t a n d m a n y n o v e l c o m p o n e n t s a re e m e r g i n g . c o n s i d e r in g t h e d e v e l o p m e n t a n d re s e a r c h a tt e n t i o n o f o p t i c a l c o m m u n i c a t i o n , t h e d i s s e r t a t i o n i n c l u d e s t h e d e t a i l e d d e s c r ip t io n s o n t h e f o l l o w i n g s u b j e c t s : 1 . r e s e a r c h e s o n a c t iv e l y m o d e l o c k e d fi b e r r i n g l a s e r s t h e a c t i v e m o d e - l o c k e d fi b e r l a s e r i s s t u d i e d i n d e t a i l t h e o r e t i c a l l y , n u m e r i c a l l y , a n d e x p e r i m e n t a l l y . a t fi r s t , t h e e s s e n t i a l t h e o ry o f t h e m o d e - l o c k e d f i b e r r i n g l a s e r i s d i s c u s s e d . t h e n t h e n o n l i n e a r s c h r o d i n g e r e q u a t i o n i s u s e d t o a n a l y z e t h e c h a r a c t e r i s t i c s o f t h e o u t p u t p u l s e s o f t h e a c t i v e m o d e - l o c k e d fi b e r r in g l a s e r n u m e r i c a l l y . t h e in fl u e n c e s o f t h e d i s p e r s i o n , t h e b a n d w id t h o f f i l t e r , a n d t h e c a v i ty l o s s o n t h e p u l s e s a r e s im u l a t e d i n t h e c o n d i t i o n o f i g n o r in g n o n - l i n e a r e ff e c t . u s i n g fi b e r g r a t i n g t o s u b s t i t u t e t r a d i t i o n a l w a v e l e n g t h - s e l e c t i n g c o m p o n e n t s , t h e w a v e l e n g t h t u n a b l e a c t i v e m o d e - lo c k e d e r b i u m - d o p e d f i b e r r i n g l a s e r s a r e o b t a i n e d . t h e re a r e t h r e e a d v a n t a g e s w h e n u s in g fi b e r g r a t i n g : a ) lo w c a v i ty l o s s ; b ) l o w c o s t ; c ) h i g h s t a b l e w a v e le n g t h . u t i l i z i n g la r g e d i s p e r s i o n o f a c h i r p e d fi b e r b r a g g g r a t i n g ( c f b g ) , a w a v e l e n g th t u n a b l e m o d e - l o c k e d fi b e r r i n g l a s e r i s o b t a i n e d i n t h e b a n d - w i d t h o f t h e c f b g . t h e s u p e r - m o d e n o i s e a n d e n v i r o n m e n t i n fl u e n c e a r e s u p p re s s e d s i n c e t h e c a v i ty l e n g t h i s i v 南开大学博士生学位论文 s h o rt c o m p a r e d w i t h t h e s t r u c tu re i n c l u d i n g d i s p e r s i o n c o m p e n s a t i n g f i b e r . a s i m p l e c o n f i g u r a t i o n f o r d u a l - w a v e le n g t h o p e r a t i o n o f a c t i v e l y m o d e - l o c k e d f i b e r r i n g l a s e r w i t h fi b e r g r a t i n g s i s p r o p o s e d . s i m u l t a n e o u s l y m o d e - l o c k e d o p e r a t i o n w i t h t w o w a v e l e n g t h s i n o n e c a v i ty i s e x p e r i m e n t a l l y d e m o n s t r a t e d , i n w h i c h o n e o p e r a t e s o n h a r m o n i c m o d e - l o c k e d s t a t u s a n d t h e o t h e r o p e r a t e s o n r a t i o n a l h a r mo n i c mo d e - l o c k e d s t a t u s . a n a c t i v e l y m o d e - l o c k e d e r b i u m fi b e r r i n g l a s e r w a s d e m o n s t r a t e d b y u s i n g a f a b ry- p e r o t s e m i c o n d u c t o r a s a m o d u l a t o r . c o m p a re d w i t h m- z i n t e r f e r o m e t e r m o d u l a t o r , t h e s t a b l e m o d e - l o c k e d p u l s e w a s o b t a i n e d i n t h e c o n d i t i o n o f lo w e r g a i n f o r l o w e r c a v i ty lo s s . i n e x p e r i m e n t , f - p l d a c t s a s a c o m b fi l t e r f o r i t s m u l t i - m o d e p r o p e r ty . d i s c o n t i n u o u s w a v e l e n g t h t u n i n g l a s e r in w i d e r a n g e i s a c h i e v e d b y a d j u s t i n g a p o l a r i z a t i o n c o n tr o l l e r t o s u c c e s s i v e ly c h o o s e d i ff e r e n t l d c a v i ty m o d e s . me a n w h i l e , f - p l d a c t s a s a t u n a b l e f i l t e r b y c h a n g i n g i t s w o r k t e m p e r a t u r e . c o n n e c t i n g t w o t u n i n g m e t h o d s , a c o n t i n u o u s w a v e l e n g t h t u n a b l e l a s e r i n a w i d e r a n g e i s o b t a i n e d . 2 . f i b e r b r a g g g r a t i n g e x t e r n a l c a v i t y s e m i c o n d u c t o r l a s e r t h e c h a r a c t e r i s t i c s o f a s e m i c o n d u c t o r l a s e r w it h a f i b e r g r a t i n g e x t e rn a l c a v i ty a r e r e s e a r c h e d . i n t h e o ry a n d e x p e r im e n t , t h e s t a t i c c h a r a c t e r i s t i c s o f t h e s e m i c o n d u c t o r l a s e r w i t h a f i b e r g r a t i n g e x t e rn a l c a v i ty a re g o o d . t h e o ry r e s e a r c h e s o n t h e t r a n s i e n t c h a r a c t e r i s t i c s h o w t h a t t h e m o d u l a t i o n b a n d w i d t h i s e n l a r g e d b y s t r o n g in j e c t i o n l o c k . i n e x p e r i m e n t , u s i n g g a i n s w i t c h i n g m e t h o d a n d fi b e r g r a t i n g t u n i n g t e c h n o lo g y , t h e w a v e l e n g th - t u n a b l e p u l s e s a re a c h i e v e d in t h i s k i n d o f l a s e r s 3 . e 工 p e r i m e n t a l s t u d i e s o n l - b a n d m u l t i - w a v e l e n g t h f i b e r l a s e r s a s i m p l e a n d e ff i c i e n t l - b a n d m u l t i - w a v e l e n g t h e r b i u m - d o p e d f i b e r r i n g l a s e r i s o b t a i n e d a t r o o m t e m p e r a t u r e . a p i e c e o f m u l t i m o d e fi b e r i s u s e d a s a s p a t i a l m o d e - b e a t i n g f i l t e r . b y a d j u s t i n g t h e p o l a r i z a t i o n s t a t e o f t h e l i g h t , t h e n u m b e r o f l a s i n g w a v e l e n g t h a n d t h e i r s p a c e s a re c o n t r o l l e d . t h e l a s i n g t h re s h o l d i s r e d u c e d a n d t h e s l o p e e ff i c i e n c y i s i m p r o v e d b y u s 吨 t w o p i e c e s o f e r d i u m - d o p e d f i b e r ( e d f ) a n d r e c y c l i n g b a c k w a r d 1 5 5 0 a m b a n d a m p l i f i e d s p o n t a n e o u s e m i s s i o n a s s e c o n d a ry p u m p s o u r c e f o r t h e u n - p u m p e d e d f s e c t i o n . il.，.飞r! 南开大学博士生学位论文 召巴二告二留二二留巴二二二二巴留 a s i m p l e a n d e f fi c i e n t l - b a n d m u l t i - w a v e l e n g t h l i n e a r c a v i ty fi b e r l a s e r i s o b t a i n e d a t r o o m t e m p e r a t u r e . t h e c a v i ty w a s f o r m e d b y t w o l i n e a r fi b e r l o o p s , o n e o f t h e m a c t s a c o m b f i l t e r a n d t h e o t h e r a c t s a r e fl e c t o r . b y c h a n g i n g t h e s t a t e s o f p c s i n s e rt e d t o fi b e r l o o p s , s ta b l e d u a l - a n d t r i - w a v e l e n g t h l a s e r s a r e g e n e r a t e d a t r o o m t e mp e r a t u re. 4 . t h e o r y r e s e a r c h o n o p t i c a l a u t o m a t i c g a i n c o n t rol a mp l i f i e r s t h e c h a r a c t e r i s t i c s o f e r b i u m - d o p e d fi b e r a m p l i f i e r s ( e d f a s ) a re s t u d i e d i n d e t a i l t h e o re t i c a l l y a n d n u m e r i c a l l y . t h e p r i n c i p l e o f o p t i c a l g a i n c o n t rol l e d e d f a i s e x p l a i n e d a n d e d f a s w i t h a n d w i t h o u t o p t i c a l g a i n c o n t r o l l i n g a r e c o m p a r e d i n s t e a d y s t a t e a n d s i g n a l a d d - d r o p s t a t e . t h e t h e o ry re s u l t s u g g e s t s t h a t o p t i c a l g a i n c o n t r o l l i n g t e c h n o l o g y s i g n i fi c a n t l y r e d u c e s u r v i v i n g c h a n n e l s t e a d y s t a t e a n d t r a n s i e n tp o we r e x c u r s i o n . t h e e ff e c t s o f t h e g a i n c o n t r o l l e d e d f a o n s u r v i v i n g c h a n n e l a t d i ff e r e n t a d d - d r o p fr e q u e n c y a r e d i s c u s s e d . t h e t h e o ry re s u l t s e x p r e s s t h a t o p t ic a l g a in c o n t r o l l e d e d f a w o r k s w e l l in a c e r ta i n a d d - d r o p fr e q u e n c y r a n g e a n d t h e f u n c t i o n o f o p t i c a l g a i n c o n t r o l l i n g v a n i s h a t s o m e a d d - d r o p f r e q u e n c y . t h i s p h e n o m e n o n i s e x p l a i n e d b y a p p l y i n g t h e t h e o ry o f l a s e r re l a x a t i o n o s c i l l a t i o n s . 5 . e x p e r i m e n t a l r e s e a r c h e s o n d u a l - w a v e l e n g t h o p t i c a l a u t o m a t i c g a i n c o n t rol a mp l i f i e r s a n o v e l o p t i c a l a u t o m a t i c g a i n c o n t r o l o f e d f a u s i n g t w o o s c i l l a t i n g l a s e r s i n a s i n g l e f e e d b a c k l o o p i s p re s e n t e d . i t u s e s a f - p fi l t e r w i t h 2 6 . 7 nn fr e e s p e c t r a l r a n g e a n d t w o lo n g - p e r i o d g r a t i n g s ( l p g s ) t o p r o d u c e t w o l a s i n g w a v e l e n g t h s i n a s i n g l e f e e d b a c k l o o p . b y b e n d i n g t h e l p g s , t h e c a v i ty l o s s e s a t d i ff e re n t w a v e l e n g t h s c a n b e v a r i e d in d e p e n d e n t l y t o a c h i e v e s i n g l e a n d t w o o s c i l l a t in g l a s e r s c o n t r o l c o n d i t i o n s . t h e e x p e r i m e n t a l r e s 吵 s u g g e s t e d t h a t t h e s i m p l e c o n f i g u r a t i o n c o u l d b e e m p l o y e d t o s i 娜fi c a n t l y re d u c e t h e s u r v i v i n g c h a n n e l s t e a d y - s t a t e a n d t r a n s i e n t p o w e r e x c u r s i o n . a n o t h e r n o v e l d u a l c o n t ro l l a s e r s o p t i c a l a u t o m a t i c g a i n c o n t r o l e d f a b y u s i n g t w o p a i r s o f f b g s t o f o r m l a s e r c a v i t i e s i s d e m o n s t r a t e d . t h i s s i m p l e s t r u c t u r e a l s o s i 娜fi c a n t l y re d u c e s s t e a d y - s t a t e a n d t r a n s i e n t g a i n d e v i a t i o n s . mo r e o v e r , t h e e ff e c t s o f t h e g a in c o n t ro l e d f a o n s u r v i v in g c h a n n e l a t d i ff e r e n t vi 南开大学博士生学位论文 a d d / d r o p fr e q u e n c y a r e d i s c u s s e d . t h e s e r e s u l t s s h o w t h a t t h e d u a l - o s c i l l a t in g g a in c o n t r o l e d f a p e r f o r m b e tt e r i n t e r m s o f s m a l l e r t r a n s i e n t a s w e l l a s a l l o w in g c h a n n e l t o a d d - d r o p w i t h fr e q u e n c y m u c h h i g h e r t h a n t h e s i n g l e l a s e r c o n t r o l l e d c a s e . d u a l - o s c i l l a t i n g l a s e r g a i n c o n t r o l e d f a w o r k w e l l i n the r a n g e 0 - 4 3 k h z ( m o r e t h a n 1 0 0 % l a r g e r t h a n t h a t u s i n g s i n g l e o s c i l l a t i n g l a s e r g a i n c o n t r o l t e c h n o l o g y ) . f u r t h e r m o r e , w e h a v e f o c u s e d o n t h e a ff e c t o f d i ff e re n t d u a l c o n t rol l a s e r s o n t h e s t e a d y - s t a t e g a i n d e v i a t i o n s o f s i g n a l a n d t r a n s i e n t re s p o n s e o f t h e s u r v i v i n g c h a n n e l . e x p e r i m e n t a l re s u l t s s h o w t h a t t h e f u n c t i o n o f d i ff e re n t d u a l - c o n t r o l l a s e r s i s s i m i l a r , a n d g a in v a r i a t i o n s c a u s e d b y c h a n n e l a d d / d ro p a re d r a m a t i c a l l y re d u c e d . s o d u a l - o s c i l l a t i n g c o n t r o l l a s e r s w i t h l a r g e s p a c e c a n b e c h o s e n a n d d o n o t a ff e c t c h a n n e l s i n c - b a n d . k e y w o r d s : fi b e r l a s e r , s u p e r - s h o rt p u ls e , m o d e - l o c k e d , w a v e l e n g t h t u n i n g , l - b a n d , m u l t i - w a v e l e n g t h l a s e r , fi b e r g r a t i n g , e x t e r n a l c a v it y s e m i c o n d u c t o r l a s e r , g a in s w i t c h i n g 南开大学博士生学位论文 第一章绪论 1 . 1高速大容it光纤通信系统的发展概况 自2 0 世纪9 0 年代初以 来，人类社会进入了一个前所未有的信息量急剧增 长的时代。计算机、互联网技术迅速兴起，给人类的 物质和精神生活带来了翻 天履地的变化。 通信成为人们生活中的重要内 容。由 于个人计算机的普及而导 致国际互联网 ( i n t e r n e t ) 的飞 速发展，由 数字移动通信业务导向 个人通信而引 发的通信技术的革命，以 及多媒体通信技术的出现， 所有这些导致所谓的 “ 信 息爆炸” 。 “ 信息爆炸” 刺激了全球通信业务的疯狂增长，同时对通信网传递信 息的能力提出了更高的要求。光纤通信技术以其巨大的宽带潜力和无与伦比的 传输性能在通信领域，特别是在长距离大容t通信中占据着不可替代的位置。 1 . 1 . 1 向 超大容f超长距离wd m系统发展 光纤具有巨大的带宽。在 1 5 5 0 m n波长附近2 0 0 n m范围内，对应带宽约为 2 5 t h z 。 在1 3 3 0 n m波长附 近， 也有约2 5 t h z 可利用的 带宽. 这样， 一根光纤可 提供的理论传输带宽约为5 0 t h z 。波分复用 ( wd m) 作为一种非常有效的扩容 手段， 在一根光纤中同时传输多个波长的光信号， 充分利用光纤的带宽，随着 技术的成熟已 越来越显示出强大的生命力。 目前北电等公司的3 2 0 g b / s ( 3 2 x 1 0 g b / s ) wd m系统已开始批t 装备网络， 北电等公司的 1 .6 t b / s ( 1 6 0 x 1 0 g b / s ) wd m 系统也已 经试验成功:朗讯公司则 采用 8 0 n m谱宽的光放大器创造了波长数达 1 0 2 2 波的世界纪录;西门子公司则 在实验室完成了3 .2 t b / s ( 8 0 x 4 o g b / s )传输4 0 k m的试验;近日，阿尔卡特公司 在实验室成功地创造了光网络方面的一个世界纪录: 在1 5 0 0 公里的距离上使用 t e r a l i g h t 光纤，以 每 信道4 0 g b / s 的高效速度传输1 2 5 信道的d w d m信号，相 当于l o t b it / s 。 此次实验突破使用了阿尔卡特双级混合饵/ 喇曼放大器、 4 0 g b it / s ) w d m系统、 前向 纠错技术( f e c ) 和专为高速远程及超远程传输优化的t e r a l i g h t u l t r a 光纤。所有这些充分揭示了wd m技术的巨大发展潜力. wd m系统除了 波长数和传输总容f不断突破以 外， 全光传输距离( 即无电 中继传输距离)也在大幅度扩展。不久前美国c o r v i s 公司在芝加哥到西雅图的 3 2 0 0 k m的 路由 上成功地实现了1 6 0 x 2 . 5 g b / s 信号的传输: 美国q t e r a 公司宜布 其最新产品u l t r a系统可以 将 l o g b / s 为基础的wd m系统的全光传输距离进 南开大学博士生学位论文 一步提高到4 0 0 0 k m之远。 从这两年的o f c世界光纤通信大会的报道可以 看出， 传输速率在1 t b i t / s 以 上的系统己经成为一个研究热点。为了进一步提高通信容量，可以从以下三个 方面考虑: ( 1 ) 增加每个通信信道的 数据传输速率， 采用电时分复用( t d m: t i m e d i v i s io n m u l t i p l e x i n g ) 技术， 对电 信号 进行时间 分隔 复 用。 在光纤通信发展的2 0 多 年以 来， 采用电时分复用技术的 光纤通信系统的 传输速率几乎以 每1 0 年1 0 0 倍的 速 度稳定增长。1 9 9 5 年i n t e r n e t 骨千网的带宽为1 5 5 m b i t / s , 1 9 9 7 年为6 2 2 m b i t/ s , 而到1 9 9 8 年达到2 . 5 g b i t/ s ， 到1 9 9 9 年则突破i o g b i t / s 。目 前单信道的最高 速率 为4 0 g b / s ， 几乎达到电 子器件速率的 极限。 ( 2 ) 减少信道间隔， 在有限的带宽范围内增加信道数目。光源稳频、阵列波导 光栅逮波、 波长交错器( i n t e r l e a v e s ) 等技术使得系统中的信道间隔从 i t u - t规定 的l 0 0 g h z 变得更低。两年前，在c波段 ( 1 5 3 0 n m - 1 5 6 0 n m)通常1 6 路复用， 信道间隔 2 0 0 g h z o 2 0 0 0年，商用系统 c波段复用信道数已达 4 0 ， 信道间隔 5 0 g h z ， 光谱效率大大提高。 然而， 信道间隔的减小将会伴生非线性效应的增强， 信道间隔小于5 0 g h z ，四波混频 ( f wm) 效应的影响将会引起信号在信道间的 串 扰，必须采取相应的抑制措施;另外，小的信道间隔还要求系统元件具有严 格的波长稳定性，带来系统成本的上升。 ( 3 ) 增加传输带宽。 通过开发新型超宽带器件，拓宽利用光纤丰富的 通信带宽 资源， 将是提高光通信容1t 最有效的方法。 近年来， l 一 波段 ( 1 5 7 0 - 1 6 2 0 n r n ) 和 s 一 波段 ( 1 4 8 0 - 1 5 3 0 n m ) ， 特别是l 一 波段光器件的 研制引起了广泛的关注，并已 经取得了 很 大的 进展。 2 0 0 0 年日 本的f u j i s u 公司 报道了 一 种l 波段w d m系 统 1 - 0 。 系统单路传输速率为l o g b it / s ， 共有6 4 个波长， 全部位于1 5 7 0 n m - 1 6 0 5 n m 的l波段。系统所用放大器为9 8 0 n m / 1 4 8 0 n m混合泵浦长波段掺饵光纤放大器 ( l - b a n d e d f a ) 。 系 统 进 行1 0 1 2 7 k m的 长 距离 传输 后， 仍 保持了1 0 一 的 误 码率。 c - + l 波段的系统， 1 9 9 8 年日 本n tt 的 报道比 特速率达到1 t b i t / s ( 5 0 x 2 o g b i t / s ) , 其中3 0 个波长信道 在l 一 波段， 传输 距离为6 0 0 k m l - ; 2 0 0 0 年， 贝 尔实 验室 在 世界光通信会议 ( o f c ) 上的 报道比 特速率达到3 .2 8 t b i t / s ( 8 2 x 4 0 g b i tl s ) ， 其中 的4 2 个波 长 信 道在l 一 波 段， 传 输 距离 为3 0 0 k m 1 13 1 . s - + c - + l 一 三 波 段的 传 输 系 统， 采用掺锈光纤做成的s 一 波段光纤 放大器( t d f a ) 和另两个波段的e d f a并联， 分别实现对1 4 7 0 n m波段、1 5 5 0 m n 波段和1 5 9 0 m n 波段wd m信号的放大1 1 - 1 虽然实验传输的距离只有1 0 0 k m，但是这种多波段光纤放大器共同使用的尝试， 南开大学博士生学位论文 为以 后充分利用光纤丰富的带宽资源，实现多窗口 超宽带光纤通信莫定了基础. 1 . 1 . 2 wd m和o t d m的结合 光时分复用( o t d m) 是指在光上进行时间分割复用， 是把传输时