光纤通信第四波分复用

1、2021-12-12北京邮电大学顾畹仪1 第第4.4讲讲 波分复用技术波分复用技术一、一、WDM系统的概况系统的概况二、二、WDM复用器件复用器件1、角色散型（光删型）、角色散型（光删型）2、干涉型、干涉型3、单模光纤耦合器型、单模光纤耦合器型三、相干光通信三、相干光通信2021-12-12北京邮电大学顾畹仪2 一、一、WDM系统的概况系统的概况1、波分复用频带、波分复用频带1）WDM，DWDM和OFDM2）DWDM的复用频带(1530-1560) nm region called C-band, (1570-1610) nm region called L-band ,(1480-1520)

2、 nm region called S-band2021-12-12北京邮电大学顾畹仪32. 波分复用系统构成原理波分复用系统构成原理 1 2 N波波分分复复用用器器 1 2 N波波分分解解复复用用器器光功率光功率放大器放大器光线路光线路放大器放大器光线路光线路放大器放大器光前置光前置放大器放大器 1 2 3 4 5 6 N光光谱谱光光谱谱波长波长波长波长单信道单信道WDM信号信号2021-12-12北京邮电大学顾畹仪41、角色散型（光栅型）、角色散型（光栅型）2、干涉型、干涉型(干涉膜滤波器型干涉膜滤波器型, AWG型型)3、单模光纤耦合器型、单模光纤耦合器型二、二、WDM复用器件复用器件2

3、021-12-12北京邮电大学顾畹仪5对波分复用器件的主要要求对波分复用器件的主要要求1）插入损耗小，隔离度大;2）带内平坦，带外插入损耗变化陡峭;3）温度稳定性好，工作稳定、可靠；4）复用通路数多，尺寸小等。 目前，WDM复用系统中常用的复用、解复用器主要有角色散型(光栅型)、干涉型、光纤方向耦合器型、光滤波器型。2021-12-12北京邮电大学顾畹仪61、角色散型、角色散型n角色散本领:角色散本领是相距为单位波长的光波散开角度，其表达式为 n色分辨本领: 色分辨本领反映器件分辨波长很接近的谱线的能力。光学元件的色分辨本领定义为 式中，min是瑞利判据所规定的角色散元件能够分辨的两谱线的最小

4、波长差。Dmin minD半角宽度= 2021-12-12北京邮电大学顾畹仪7a) 用传统的透镜耦合 b) 用自聚焦透镜耦合 c) 体光栅型解复用器 光栅型光栅型2021-12-12北京邮电大学顾畹仪8光栅型cos2dkDNkR d为光栅常数, k是光栅的衍射级数, N是光栅的槽数。可见,要得到性能好的光栅，总槽数N应尽量多，光栅常数d应尽量小，并尽量选用高的衍射级数。 特点: 并行器件，它可以同时分开多路不同波长的信号，使各路的插损都差不多。 角色散本领色分辨本领2021-12-12北京邮电大学顾畹仪9 自聚焦透镜（自聚焦透镜（1/4节距的自聚焦棒）)211 ()(220rnrn折射率分布：

5、折射率分布：近轴光线轨迹：近轴光线轨迹：0000( )cossin( )sincosrr zrzzrzrzrz a22,00nzLdzdrr为节距为节距nL2021-12-12北京邮电大学顾畹仪10 从自聚焦透镜端面上某一点入射的光线，经过1/4节距的自聚焦透镜后，斜率相等，即变为平行光，也就是说，1/4节距的自聚焦透镜具有准直作用。 /2nzL00(/2) nr Lrrr 00, (), nnzLr Lrrr/4nzL0(/4)/nr Lr0(/4)nr Lr 3/4nzL0(3/4)/nrLr 0(3/4)nrLr在自聚焦棒中, 当 , 2021-12-12北京邮电大学顾畹仪112、干涉型

6、、干涉型（1）干涉膜滤波器型）干涉膜滤波器型q 多层介质薄模多层介质薄模q 自聚焦透镜自聚焦透镜构成构成:2021-12-12北京邮电大学顾畹仪12多层介质薄膜多层介质薄膜cos2cos2coscoslllBCABlA1和和A2路程差：路程差：相位差：相位差：nl2mnlTcos2透射波长透射波长：m是整数。是整数。2021-12-12北京邮电大学顾畹仪13薄膜透射性质薄膜透射性质2021-12-12北京邮电大学顾畹仪14安装在自聚焦轴上的波分复用器件安装在自聚焦轴上的波分复用器件采用光垂直入射到干涉膜上,消除偏振敏感性。2021-12-12北京邮电大学顾畹仪15特点:n干涉膜滤光片型解复用器

7、具有插损小、隔离度高、工作稳定等优点;n通带特性好,边沿陡峭,顶部有较大的平顶,对波长漂移的容差较大;n但它是一种串行器件，当复用路数较多时，各路的插损差异较大。 D W D M系 统 测 试 解 复 用 器 特 性 终 端 编 号 ： A 1508 1550 1552 1554 1556 1558 1560 1562 注1： 本 测 试 使 用Q 8347光 谱 仪 传 输 特 性 测 试 模 式 测 得 。 注2： 输 入 信 号 使 用 白 噪 声 光 源 。2021-12-12北京邮电大学顾畹仪16（2）Mach-Zahnder滤波器型滤波器型lvLtilvLtiiiltiiiiiie

8、AEieAEAppiAeEEEp)/(2)/(1221212222112/cos ()oTPpLLv2021-12-12北京邮电大学顾畹仪17基于基于M-Z滤波器的四波分复用器滤波器的四波分复用器2021-12-12北京邮电大学顾畹仪18（3）阵列波导光栅）阵列波导光栅Arrayed Waveguide Grating2021-12-12北京邮电大学顾畹仪19阵列波导光栅的滤波特性阵列波导光栅的滤波特性2021-12-12北京邮电大学顾畹仪203、单模光纤耦合器型单模光纤耦合器型用途：多路复用，双路解复用用途：多路复用，双路解复用2021-12-12北京邮电大学顾畹仪212021-12-12北

9、京邮电大学顾畹仪221)(sin)(sin)(sin)(cos)(cos102020202020201eeeLcLcpczppLcpczppmLcLcee2)()(2010或0和 m=0, +/-1, +/-2,. 0p1p2p双路解复用双路解复用求解线性耦合方，得到求解线性耦合方，得到0( )dec Lc zz2021-12-12北京邮电大学顾畹仪23n用于复用波长数目较多的场合用于复用波长数目较多的场合 1 2 3 4 1 3 2 4 =100GHz=50GHz波长信道交织器波长信道交织器(Interleaver)2021-12-12北京邮电大学顾畹仪241)()(nnnanTtgatmn

10、nnTtgatm)()(三、相干光通信三、相干光通信1、调制形式、调制形式幅移键控：幅移键控： 对“1”码 =0 对“0”码相移键控：相移键控： an = 1 对“1”码 =-1 对“0”码2021-12-12北京邮电大学顾畹仪25)( )()(tintinnnmeaeanTtgtm频移键控频移键控 an =1 对“1”码 =0 对“0”码na是an的逻辑非 2021-12-12北京邮电大学顾畹仪262、系统组成、系统组成2021-12-12北京邮电大学顾畹仪27()()()()()( , , )( , )( )( , , )( , )()( , , )( , )( , )()( , )sms

11、sLLssLLitmmmitssgsitLLLitsgsitLLEx y tEx y em t iEx y tBp f x y em tiEx y tBp h x y eiEBp f x y em tip h x y ei 3、混频原理、混频原理已调光波 HE11模本振光波 混频后光波 光电检测器进行检波，输出电流正比2tttEEE2021-12-12北京邮电大学顾畹仪28LssLsgtiLssppheIdxdyyxhyxfiiCCtmeppheIsLsL0)()(02),(),()(.)( 可见混频效率与信号光波和本振光波的偏振方向和空间分布有关，必须保持信号光波和本振光波的空间分布和偏振状态完全一致，才能获得最高的混频效率，此时 =1，检测器输出的信号电流的幅度最大。 混频增益混频增益. 2021-12-12北京邮电大学顾畹仪29),()(),()(),(),(),(tttttttssLLsL4、相位噪声的影响、相位噪