光纤通信技术

1、光光 纤纤 通通 信信 技技 术术1光纤通信的发展史及现状光纤通信系统概述光纤通信关键技术2l什么是通信？什么是通信？“通”：传送，“信”：信息；信息的传送基本组成：发送、传输、接收l什么是光纤通信？什么是光纤通信？利用激光作为信息的载波信号，并通过光纤来传送信息的通信系统。光纤通信是人类历史上的重大突破，现今的光纤通信已成光纤通信是人类历史上的重大突破，现今的光纤通信已成为信息社会的神经系统为信息社会的神经系统3光纤通信的发展史及现状 现代通信方式示意图现代通信方式示意图用户环路交换设备电复接设备卫星通信微波通信光纤通信移动通信发送机接收机传输系统用户终端用户终端信息信息用户终端用户终端用户

2、环路交换设备电复接设备信息信息4 现代通信方式示意图现代通信方式示意图用户环路交换设备电复接设备卫星通信微波通信光纤通信移动通信发送机接收机传输系统用户终端用户终端信息信息用户终端用户终端用户环路交换设备电复接设备信息信息信息指用户要求传送信息指用户要求传送的语音、图像、数据的语音、图像、数据以及它们的各种组合以及它们的各种组合5用户环路交换设备电复接设备卫星通信微波通信光纤通信移动通信发送机接收机传输系统用户终端用户终端信息信息用户终端用户终端用户环路交换设备电复接设备信息信息 现代通信方式示意图现代通信方式示意图用户终端用户终端交换设备交换设备接入网接入网电复接设备电复接设备传输系统传输系

3、统6 现代通信方式示意图现代通信方式示意图用户环路交换设备电复接设备卫星通信微波通信光纤通信移动通信发送机接收机传输系统用户终端用户终端信息信息用户终端用户终端用户环路交换设备电复接设备信息信息7 现代通信网的三大支柱是光纤通信、卫星通信和无线电通信，而其中光纤通信是主体，这是因为光纤通信本身具有许多突出的优点优点：频带宽，通信容量大损耗低，中继距离长抗电磁干扰无串音干扰，保密性好光纤线径细、重量轻、柔软光纤的原材料资源丰富，用光纤可节约金属材料8光纤通信技术优缺点光纤通信时也具有如下缺点：缺点：光纤弯曲半径不宜过小；光纤的切断和连接操作相对复杂；分路、耦合相对麻烦。910现代光通信的起源l1

4、880年，贝尔发明了第一个光电话，其原理是：将弧光灯的恒定光束投射在话筒的音膜上，随声音的振动而得到强弱变化的反射光束。l这一大胆的尝试，可以说是现代光通信的开端。l贝尔光电话和烽火报警一样，都是利用大气作为光通道，光波传播易受气候的影响，在大雾天气，它的可见度距离很短，遇到下雨下雪天也有影响。11(1)光纤通信是以光作为信息载体，以光纤光纤作为传输媒介的通信方式。光纤通信技术是30年来迅猛发展起来的高新技术，给世界通信技术乃至国民经济、国防事业和人民生活带来了巨大变革。l1966年，英籍华人高锟（C. K. Kao)预见利用玻璃可以制成衰减为20dB/Km的通信光导纤维（即光纤）。当时世界上

5、最优秀的光学玻璃衰减高达1000dB/Km。l1970年，美国康宁（Corning）公司首先研制成衰减为20dB/Km的光纤。从此，光纤就进入了实用化的发展阶段，世界各国纷纷开展光纤通信的研究。12光纤通信的发展史13高锟高锟（1933年出生），拥有英国和美国双重国籍的物理学家、北京邮电大学名誉教授、2009年诺贝尔物理学奖得主。香港中文大学校长（1987年-1996年）、中科院外籍院士（ 1996年）。1957年毕业于英国伍尔维奇理工学院电子工程专业1965年获得伦敦帝国学院获得电机工程博士学位1960年，进入ITT设于英国的欧洲中央研究机构标准电信实验有限公司工作，成为光纤通讯领域的先驱。

6、指出降低玻璃内的过渡金属杂质离子是降低光纤衰耗的主要因素，后来研究发现OH离子对衰耗也有重要影响，通过限制上面两方面的杂质离子，1980年，光纤衰减就降低到了0.2dB/Km，接近理论值。这就使得长距离的光纤通信成为可能长距离的光纤通信成为可能，这在光纤通信史上具有里程碑的意义。 (2)光纤通信系统中使用的光源光源经历了从发光二极管到半导体激光器的进步。光探测器也达到了GHz的响应灵敏度。l目前，半导体激光器不仅可以在室温下工作，而且其直接调制速率可以达到10Gbit/s乃至更高，逐渐满足了高效率、高速率、低啁啾、大功率、长寿命等要求。光纤与光源的逐年进步解决了衰减和色散问题，其结果是增加了光

7、纤系统的通信容量。l 光探测器发展异常迅速。14 (3) 90年代初，光放大器光放大器的问世引起了光纤通信技术的重大变革，这在光通信史上具有里程碑的意义。它节省了光电变换的中继过程，而且实现了波长透明、速率透明和调制方式透明的光信号放大，从而诞生了采用波分波分复用（复用（WDM）技术）技术的新一代光纤系统商用化。l光放大器都是由增益介质、能源、输入输出耦合结构组成。根据增益介质的不同，目前主要有两类光放大器：用活性介质，如半导体材料和掺稀土元素（如Nd，Sm， Ho，Er，Pr，Tm和Yb）的光纤，利用受激辐射机制实现光的直接放大，如半导体激光放大器和掺杂光纤放大器；基于光纤的非线性效应，利用

8、受激散射机制实现光的直接放大，如光纤喇曼放大器和光纤布里渊放大器。15l 在光纤放大器被新一代波分复用系统广泛使用的同时，光纤放大器的研究和开发也在不断进步。l 最近五年，技术上已经成熟的多种类型的光放大器（EDFA、GS-EDFA、TDFA、GS-TDFA和RFA）已经覆盖了1365-1650nm波长范围，使得在上述范围内实施波分复用成为可能。l 拉曼放大器（RA）利用了光纤中的拉曼散射效应实现光信号的放大。由于受激拉曼散射效应的阈值很高，随作近年来大功率半导体激光器的研制成功，这项光放大技术已经开始走向实用。l光通信窗口新的划分：1570-1604nm称为L波段波段，短于1525nm的波长

9、范围称为S波段波段，这个波段因为全波光纤的研制成功可以扩展到1365nm。这两个波段又可以分别称为光通信的第4窗口和第5窗口。16光纤通信系统的新波段光纤通信系统的新波段1450 1490 1530 1570 1610 1650 波波 长长 (nm)17每秒钟传输的比特数目。每秒钟传输的比特数目。18192021l从1980年以来的20年间，随着光器件的发展和光系统的演进，光传输系统的容量已从Mbit/s发展到Tbit/s，提高了近10万倍。l从理论上讲，全光网络全光网络是指光信息流在网络中的传输及交换始终以光的形式实现，而不需要经过光/电、电/光变换。也就是说，信息从源节点到目的节点的传输过

10、程中始终在光域内始终在光域内。l在波分复用技术提出以后，波长本身成为组网（分插、交换、路由）的资源。伴随着光分插复用（OADM）和光交叉联接（OXC）技术的逐步成熟，原来被认为只是提供带宽传输的光层开始有了组网能力，因此成为最近几年光通信研发的热点。l WDM全光网络是基于WDM技术，以波长作为组网资源，灵活可靠、性能稳定的光网络，它可以划分为长途骨干网、区域网和城域网三个等级。WDM全光网络通过波长路由机制实现路由选择，具有良好的可扩展性、可重构性和可操作性。全光网络：全光网络：22Optical networking232425产品领域领导厂商光纤Corning,Lucent,Alcate

11、l,Sumitomo,Fujikura,Furukara光缆Siemens,Lucent,Pirelli,Alcatel,Sumitomo,Corning光纤放大器Lucent,Pirelli,Ciena,Corning,Nortel,Alcatel,Fujitsu光发/光收Lucent,Nortel,Alcatel,Fujitsu,AMP,Agilent,Hitachi,NEC,Siemens光纤连接器Lucent,AMP,3M,Siecor,Molex,Seiko,Alcoa Fujikura,DiamondDWDM器件Corning,JDSU,DiCon,Lucent,Hitachi,P

12、irelli,3M光无源器件DiCon,Corning,Lucent,JDSU,ADC,Gould光通信设备Nortel,Lucent,Alcatel,NEC,CIENA,Fujitsu,CISCO2627三种网络设备有着不同的性质决定了这三种网络中设备开发的不同考虑：Long-haul: CapacityMetro: SmartAccess: Cost281963年 开始光通信的研究1974年 研究光纤通信“六五”、“七五”、“八五”铺设“八纵八横”光纤线路总长约七万公里传输码率：从140Mb/s2.5Gb/s，10Gb/s，40Gb/s已开始研究。DFB（量子阱）激光器和EDFA研制成功，

13、可供应用高速电子器件、波导器件尚有差距2930基金委基金委北航北航北邮北邮中科院中科院北大北大Internet2清华清华Working/protectionWorking/protectionOADMOADMOADM说明：NSFCnet（中国高速互连研究试验网络中国高速互连研究试验网络）由六个节点组成，以清华为汇接点构成两个环行拓扑结构，清华、北大和中科院三点构成二纤双向自愈环采用WDM传输技术，在清华和北大之间通过在实验室中加光纤进行400公里广域网模拟试验；在其它节点构成的环中采用单路SDH/SONET传输技术。31光纤通信系统的组成l光纤通信系统是以光波为载体，光导纤维为传输介质的通信系

14、统。32光纤通信系统的组成l发送器发送器：发送器的核心是一个光源光源，其主要功能就是将一个信息信号从电子格式转换为光格式。可采用发光二极管(LED)或激光二极管(LD)作为光源。l光纤光纤：光纤通信系统中的传输介质是光纤光纤。l接收器接收器：光接收器的关键设备是光检测器光检测器，其主要功能就是把光信息信号转换回电信号(光电流)。当今光纤通信系统中的光检测器是个半导体光电二极管(PD)33光纤通信系统的分类l光纤的传导模数量：多模光纤通信系统、单模光纤通信系统l系统的工作波长：短波长光纤通信系统、长波长光纤通信系统、超长波长光纤通信系统；l调制信号的类型：模拟光纤通信系统、数字光纤通信系统；l光

15、源的调制方式：直接调制光纤通信系统、间接调制光纤通信系统34光发送器l光发送器的主要核心是光源l常用光源主要有： 发光二极管； F-P腔半导体激光器； 分布反馈式（DFB）半导体激光器； 分布布拉格反射式（DBR)半导体激光器；351.发光二极管l半导体发光二极管(Light-emitting Diode，LED)，通常应用GaAlAs（镓铝砷）和InGaAsP（铟镓砷磷）材料，可以覆盖整个光纤通信系统使用波长范围，典型值为0.85m、1.31m及1.55m。l按照器件输出光的方式，可以将发光二极管分为三种类型结构：表面发光二极管、边发光二极管及超辐射发光二极管。lLED一般用于低速系统。36

16、2. 激光二极管l在结构上，半导体激光二极管(Laser Diode，LD)与其他类型的激光器是相同的l主要由三部分构成：激励源、工作物质及谐振腔。37把信号加到光源上的方法有多种内调制：内调制：直接调节光源的电流等外调制外调制：采用如图的电光调制器，一般采用电吸收调制器，和光源集成在一块芯片上激光部分调制部分M-Z型电光调制器集成电吸收调制38光信号的调制常用光电接收器的材料有硅锗等右图为几种常用材料的响应曲线光电接收器的基本性能：响应波长，敏感度，噪声性能等Wavelength nm50010001500SiliconGermaniumInGaAsQuantum Efficiency =

17、10.10.539常见的光电接收器材料 PINPIN型光接收器型光接收器PIN型光接收器的基本构造如下图所示：由三部分构成p型半导体，n型半导体和中间层PIN型光接收器的工作原理40 雪崩二极管（雪崩二极管（APDAPD）的基本原理）的基本原理雪崩二极管的工作原理是：光在二极管中产生载流子，载流子在电场的作用下能量增加，在第二级产生放大41 APDAPD型光接收器型光接收器APD型光接收器的基本结构如下图APD型光接收器具有更好的敏感度，具有更高的速率。但工艺复杂，成本较高。42光纤连接器光纤连接器l光纤连接器的作用是使两根光纤的纤芯对准，保证90%以上的光能够通过。l光纤活动连接器是实现光纤

18、之间活动连接的光无源器件，它还具有将光纤与其他无源器件、光纤与系统和仪表进行活动连接的功能。43光纤连接器性能指标l光学性能，主要是插入损耗和回波损耗。l插入损耗，即连接损耗，因连接器的导入而引起的链路有效光功率的损耗，不大于0.5dB；l回波损耗，连接器对链路光功率反射的抑制能力，其典型值应不少于25dB；l互换性和重复性，指对同一类型光纤能任意组合使用，并可多次重复使用，由此而导入的附加损耗一般小于0.2dB；l抗拉强度，不低于90N；l工作温度，在-4070的温度下能正常使用；l插拔次数，能插拔1000次以上。44FC型光纤连接器lFC是Ferrule Connector的缩写，表明其外

19、部加强方式是采用金属套，紧固方式为螺丝扣。最早，FC类型的连接器，采用的陶瓷插针的对接端面是平面接触方式(FC)。l此类连接器结构简单，操作方便，制作容易，但光纤端面对微尘较为敏感，且容易产生菲涅尔反射，提高回波损耗性能较为困难。后来，对该类型连接器做了改进，采用对接端面呈球面的插针(PC)，而外部结构没有改变，使得插入损耗和回波损耗性能有了较大幅度的提高。 45SC型连接器lSC型光纤连接器外壳呈矩形，所采用的插针与耦合套筒的结构尺寸与FC型完全相同，其中插针的端面多采用PC型或APC型研磨方式；紧固方式是采用插拔销闩式，不须旋转。l此类连接器价格低廉，插拔操作方便，介入损耗波动小，抗压强度

20、较高，安装密度高。 46ST型光纤连接器lST型光纤连接器外壳呈圆形，所采用的插针与耦合套筒的结构尺寸与FC型完全相同，其中插针的端面多采用PC型或APC型研磨方式；紧固方式为螺丝扣。l此类连接器适用于各种光纤网络，操作简便，且具有良好的互换性。47MT-RJ连接器MT-RJ带有与RJ-45型LAN电连接器相同的闩锁机构，通过安装于小型套管两侧的导向销对准光纤，为便于与光信号收发机相连，连接器端面光纤为双芯(间隔0.75mm)排列设计，是主要用于数据传输的高密度光连接器。 48LC型光纤连接器lLC型光纤连接器是著名的Bell研究所研究开发出来的，采用操作方便的模块化插孔(RJ)闩锁机理制成。

21、该连接器所采用的插针和套筒的尺寸是普通SC、FC等所用尺寸的一半，为1.25m，提高了光配线架中光纤连接器的密度。l目前，在单模SFF方面，LC类型的连接器实际已经占据了主导地位，在多模方面的应用也增长迅速。49MU型光纤连接器lMU(Miniature unit Coupling)光纤连接器是以SC型连接器为基础研发的世界上最小的单芯光纤连接器。lMU连接器系列包括用于光缆连接的插座型光连接器(MU-A系列)、具有自保持机构的底板连接器(MU-B系列)以及用于连接LD/PD模块与插头的简化插座(MU-SR系列)等。l该连接器采用1.25mm直径的套管和自保持机构，其优势在于能实现高密度安装。

22、50光纤配线架l光纤配线架(ODF，Optical Fiber Distribution Frame)是光传输系统中一个重要的配套设备，它主要用于光缆终端的光纤熔接、光连接器安装、光路的调接、多余尾纤的存储及光缆的保护等，它对于光纤通信网络安全运行和灵活使用有着重要的作用。 l光纤配线架作为光缆线路的终端设备拥有以基本功能固定功能熔接功能调配功能存储功能。51壁挂式光纤配线架l壁挂式光纤配线架可直接固定于墙体上，一般为箱体结构，适用于光缆条数和光纤芯数都较小的场所。l机架式光纤配线架可直接安装在标准机柜中，适用于较大规模的光纤网络。 52机架式光纤配线架l机架式配线架又分为两种固定配置的配线架

23、，光纤耦合器被直接固定在机箱上采用模块化设计，用户可根据光缆的数量和规格选择相对应的模块，便于网络的调整和扩展。 53光纤耦合器l光耦合器是将光信号进行分路或合路、插入、分配的一种器件。l熔融拉锥法就是将两根(或两根以上)除去涂覆层的光纤以一定的方式靠拢，在高温加热下熔融，同时向两侧拉伸，最终在加热区形成双锥体形式的特殊波导结构，实现传输光功率耦合的一种方法54 光纤的结构光纤的结构纤芯 ：折射率较高，用来传送光；包层 ：折射率较低，与纤芯一起形成全反射；保护套 ：强度大，能承受较大冲击，保护光纤。纤芯纤芯包层包层保护套保护套55光纤中光波的传输原理光纤中光波的传输原理- -全反射全反射n1n

24、2空气空气ABMAX当n1n2、1 c时发生全反射c：临界角只要满足全内反射条件连续改变入射角的任何光射线都能在光纤纤芯内传输56纤芯l在光纤的构造中，纤芯是主体，其结构是否合理，与光纤的安全运行关系很大。l一般来说，纤芯结构应满足以下基本要求光纤在纤芯内处于最佳位置和状态，保证光纤传输性能稳定，在光缆受到一定的拉力、侧压力等外力时，光纤不受外力影响；其次，纤芯内的金属线对也应得到妥善安排，并保证其电气性能；另外，纤芯截面应尽可能小，以降低成本和节省敷设空间。57护层l光纤护层同电缆护层的情况一样，是由护套和外护层构成的多层组合体。l光纤护层的作用是进一步保护光纤，使光纤能适应在各种场地敷设，

25、如架空、管道、直埋、室内、过河、跨海等。l对于采用外周加强元件的光缆结构，护层还需提供足够的抗拉、抗压、抗弯曲等机械特性方面的能力。58光纤的基本结构l光纤的基本结构按缆芯组件的不同一般可以分为层绞式、骨架式、束管式和带状式四种。l我国及欧亚各国用的较多的是传统结构的层绞式和骨架式两种。59层绞式结构l层绞式光纤的结构类似于传统的电缆结构方式，故又称为古典式光纤。60骨架式结构l骨架式光缆中的光纤置放于塑料骨架的槽中，槽的横截面可以是V形、U形或其他合理的形状，槽的纵向呈螺旋形或正弦形，一个空槽可放置510根一次涂覆光纤。61束管式结构l束管式结构的光缆近年来得到了较快的发展。它相当于把松套管

26、扩大为整个纤芯，成为一个管腔，将光纤集中松放在其中。62带状式结构l带状式结构的光缆首先将一次涂覆的光纤放入塑料带内做成光纤带，然后将几层光纤带叠放在一起构成光缆芯63光缆的分类l光缆的传输性能、距离和用途：市话光缆、长途光缆、海底光缆和用户光缆；l光纤的种类：多模光缆、单模光缆；l光纤套塑的种类：紧套光缆、松套光缆、束管式新型光缆和带状式多芯单元光缆；l光纤芯数：单芯光缆和多芯光缆等等；l加强构件的配置方式：中心加强构件光缆(如层绞式光缆、骨架式光缆等)、分散加强构件光缆(如束管式光缆)和护层加强构件光缆(如带状式光缆)；l敷设方式：管道光缆、直埋光缆、架空光缆和水底光缆l护层材料性质：普通

27、光缆、阻燃光缆和防蚁、防鼠光缆等64光缆的型号l光缆的型式代号是由分类、加强构件、派生(形状、特性等)、护套和外护层五部分组成。65光缆的分类代号及意义lGY：通信用室(野)外光缆；lGR：通信用软光缆；lGJ：通信用室(局)内光缆；lGS：通信用设备内光缆；lGH：通信用海底光缆； lGT：通信用特殊光缆；lGW：通信用无金属光缆。66加强构件的代号及意义l无符号：金属加强构件； lF：非金属加强构件；lG：金属重型加强构件；lH：非金属重型加强构件。67派生特征的代号及其意义lB：扁平式结构； lZ：自承式结构；lT：填充式结构； lS：松套结构。注：当光缆型式兼有不同派生特征时，其代号字

28、母顺序并列。68护套的代号及其意义lY：聚乙烯护套； lV：聚氯乙烯护套；lU：聚氨酯护套； lA：铝、聚乙烯护套；lL：铝护套； lQ：铅护套；lG：钢护套； lS：钢、铝、聚乙烯综合护套。69外护层的代号及其意义l外护层是指铠装层及铠装层外面的外被层，参照国标GB2952-82的规定，外护层采用两位数字表示。表2.4 外 护 层 的 代 号 及 意 义代 号铠 装 层代 号外 被 层0无0无1 1纤 维 层2双 钢 带2聚 氯 乙 烯 套3细 圆 钢 丝3聚 乙 烯 套4粗 圆 钢 丝5单 钢 带 皱 纹 纵 包70光纤的规格代号l光纤的规格代号由光纤数目、光纤类别、光纤主要尺寸参数、传输

29、性能和适用温度五部分组成，各部分均用代号或数字表示。71光纤数目用光缆中同类别光纤的实际有效数目的阿拉伯数字表示。72光纤类别的代号及其意义lJ：二氧化硅系多模渐变型光纤；lT：二氧化硅系多模阶跃型(突变型)光纤；lZ：二氧化硅系多模准突变型光纤；lD：二氧化硅系单模光纤；lX：二氧化硅纤芯塑料包层光纤；lS：塑料光纤。73光纤的主要尺寸参数代号及其意义l用阿拉伯数字(含小数点)以m为单位表示多模光纤的芯径/包层直径或单模光纤的模场直径/包层直径。74传输性能代号及其意义l光纤的传输特性代号是由使用波长、损耗系数、模式带宽的代号(分别为a、bb、cc)构成。la表示使用波长的代号，其数字代号规

30、定为： 使用波长在0.85m区域； 使用波长在1.31m区域； 使用波长在1.55m区域。lbb表示损耗系数的代号，其数字依次为光缆中光纤损耗系数值(dB/km)的个位和十分位。lcc表示模式带宽的代号，其数字依次是光缆中光纤模式带宽数值(MHzkm)的千位和百位数字。单模光纤无此项。l同一光缆适用于两种以上的波长，并具有不同的传输特性时，应同时列出各波长上的规格代号，并用/划开。75适用温度代号及其意义lA：适用于-40 +40； lB：适用于-30 +50；lC：适用于-20 +60；lD：适用于-5 +60。76光电器件的简易检测l在没有测试条件的情况下，也可以借助于指针式万用表对光电检

31、测器件进行简易的测试。l这种测试方法主要是检查光电检测器件PN结的好坏：PN结好不能保证器件具有好的特性，而PN不好的器件其质量绝对不会好。77光接收机l光接收机的主要部件是光电检测器，它直接从接收到的光信号中将基本调制信号恢复出来。l光接收机的性能指标：灵敏度：在一定误码率或信噪比(有时还要加上信号波形失真量)条件下，光接收机需要接收的最小平均光功率(有时也称为平均最小输入光功率)。动态范围：在一定误码率或信噪比(有时还要加上信号波形失真量)条件下，光接收机允许的光信号平均光功率的变化范围。78光放大器l光纤的中继距离受光纤的损耗和色散的限制。就损耗而言，目前光纤损耗典型值在1.31m波段为

32、0.35dB/km左右，在1.55m波段为0.25dB/km左右。l以1989年诞生的掺铒光纤放大器(EDFA, Erbium Doped Fiber Amplifier)代表的光放大器技术可以说是光纤通信技术上的一次革命。l光放大器在光纤通信系统目前最重要的应用就是促使光放大器在光纤通信系统目前最重要的应用就是促使了波分复用技术了波分复用技术(WDM, Wavelength Division Multiplexing)走向实用化。79光放大器的分类 光放大器按原理不同大体上有三种类型掺杂光纤放大器掺杂光纤放大器。利用稀土金属离子作为激光工作物质的一种放大器。传输光纤放大器传输光纤放大器。有受

33、激喇曼散射(SRS)光纤放大器、受激布里渊散射(SBS)光纤放大器和利用四波混频效应(FWM)的光放大器等。半导体激光放大器半导体激光放大器。结构大体上与激光二极管相同。80光纤通信复用技术光纤通信复用技术l目前光纤通信单信道实用化系统的传输速率发展到了10 Gbit/s，线路的利用率有了很大提高，但与光纤巨大的带宽潜力相比还微不足道。l电复用技术目前在实验室虽可以达到40Gbit/s的水平，但受电子迁移速率的限制，进一步提高速率已经十分困难。l要克服电复用的这一“瓶颈”，进一步提高光纤频带的利用率，只有采用光复用技术光复用技术。81l利用高速光开关把多路光信号在时域里复用到一路上的技术。l基

34、本原理：在发送端的同一载波波长上，把时间分割成周期性的帧，每一帧再分割成若干个时隙，然后根据一定的时隙分配原则，使每个信源在每帧内只能按指定的时隙向信道发送信号，接收端在同步的条件下，分别在各个时隙中取回各自的信号而不混扰。l利用光时分复用技术可以获得较高的速率带宽比，可克服掺铒光纤放大器(EDFA)增益不平坦、四波混频(FWM)非线性效应等诸多因素限制，而且可解决复用端口的竞争，增加全光网络的灵活性。l但由于其关键技术比较复杂，实现这些技术的器件特别昂贵，制作和实现均很困难，并且由于偏振模色散对高速信号的限制，所以这项技术迟迟没有得到很大的发展和应用。 82l在一芯光纤中同时传输多波长光信号

35、的一项技术。l基本原理：在发送端将不同波长的光信号组合起来，并耦合到光缆线路上的同一根光纤中进行传输，在接收端将组合波长的光信号分开，并作进一步处理，恢复出原信号后送人不同的终端。l目前研究最多、发展最快、应用最为广泛的光复用技术。经过数年的发展和应用，波分复用技术已趋于成熟，而且越来越成为现代通信系统中不可替代的传输技术。目前，波分复用系统的传输容量正以极快的速度增长，直接基于WDM传输的业务也越来越多。l为了进一步提高光纤带宽利用率，相邻两光载波的间隔将越来越小，一般认为：当相邻光载波的间隔小到0.1nm(1OGHz)以下时，此时的复用称为光频分复用。83lCDM(Code Divisio

36、n Multiplexing)技术和光纤通信技术相结合的产物l在这种复用技术中，每个信道不是占用一个给定的波长、频率或者时隙，而是以一个特有的编码脉冲序列方式来传送其比特信息。l基本原理：不同信道的信号用互成正交的不同码序列来填充，经过填充的信道信号调制在同一光波上在光纤信道中传输，接收端用与发送方向相同的码序列进行相关接收，即可恢复出原信道的信号。84l将基带信号首先调制到GHz的副载波上，再把副载波调制到THz的光载波上。每个信道具有不同的副载波频率，占据光载波附近光谱的不同部分，从而保证各信道上信号互不干扰。l副载波信道的复用和解复用是在电域而不是在光域进行的，因此，副载波复用具有几个信

37、道能够共用一个价格昂贵的光器件，降低设备成本。l像电时分复用一样，副载波复用受限于电、光器件的可用带宽，从而限制了最高副载波频率和数据率。要想更多地利用光纤的带宽，副载波复用技术可以与波分复用技术联合使用。85l波分复用系统中，当复用的波长数增多，使得每个复用波长间的间隔不到1纳米(nm)时，这种复用技术称作密集波分复用(DWDM)。lDWDM复用技术中涉及如下关键技术：传输光纤：偏振模色散（PMD）、色散补偿是长距离大容量WDM系统必然遇到的问题，如果想得到一个又宽又平的波段。那么对色散补偿器件的色散和色散斜率同时有一定要求。DWDM光源：光网络对光源的要求是高速（大容量）、低啁啾（以提高传

38、输距离）、工作波长稳定，为此要研究开发高速、低啁啾、工作波长可调且高度稳定的光源。集成光源是首选方案，激光器与调制器的集成兼有了激光器波长稳定、可调与调制器的高速、低啁啾等功能。86DWDM探测器 ：波长可调谐的窄带光探测器是WDM光网络中一种高效率、高信噪比的下载话路的光接收技术。为了使系统的尺寸大大降低，可考虑将前置放大电路和探测器集成在一起。该类器件的每个探测器必须对应不同的信道，所以探测器必须是窄带的，同时响应的峰值波长必须对准信道的中心波长，所以响应带宽必须在一定范围内可调谐。此外要求探测器间的串扰要小。共振腔增强型（RCE）光探测器集窄带可调谐滤波器与探测器于一体，是这类探测器的首

39、选方案。87 波长转换：全光波长转换模块在接入端应用是对从路由器或其它设备来的光信号进行转换，将非匹配波长上的光信号转换到符合ITU规定的标准波长上然后插入到光耦合器中；而当它用于波长交换节点时，它对光通路进行交换和执行波长重用功能，因此它在波长路由全光网中有着非常巨大的作用。宽带透明性和快速响应是波长转换器的基本要求。在全光波长交换的多种（包括交叉增益调制、交叉相位调制、四波混频、非线性光学环镜）技术中，最有前途的全光转发器是在半导体光放大器（SOAs）中基于交叉相位调制原理集成的Mach-Zehnder干涉仪（MZI）或Michelson干涉仪（MI）而构成的带波长转换器， 它被公认为是实

40、现高速、大容量光网络中波长转换的理想方案。88l光 放 大 器：为了克服光纤中的衰减就需要放大器。现在掺铒光纤放大器EDFA已被广泛应用于长距离通信系统中，它能在1550nm窗口提供30nm左右的平坦增益带宽。u对于宽带EDFA放大器特别需要在整个WDM带宽上的增益平坦特性。日前己有基于掺铒光纤的双带光纤放大器DBFA（Dual-band fiber amplifier），其带宽可覆盖15281610nm范围。u英国帝国学院（UK Imperial College）研制了宽带的喇曼放大器。受激拉曼放大（Stimulated Raman Amplify）是在常规光纤中直接加入光泵功率，利用光纤的

41、非线性使光信号放大的。单光泵的喇曼放大的增益带宽较窄，采用波长为1420nm和1450nm两个光泵的喇曼放大器可得到很宽的带宽（14801620nm）。喇曼放大的增益可达30dB，噪声系数小于6dB。光泵功率为860mW。89l光分插复用器（OADM）: 光分插复用器OADMs（Optical Add/Drop Muxs）实现在WDM光纤中有选择地上下特定的任何速率、格式和协议类型的所需光波长信道。它是高速大容量WDM光纤网络与用户接口的界面。OADM一般是复用器、解复用器、光开关阵列的单片集成或混合集成。可调波长工作的OADM器件正在开发之中，并且已取得突破性进展。90l光交叉连接器（OXC）: WDM光网络间的交叉互连也将逐步过渡到完全采用光的形式进行。国际上已经有单片集成OXC的实验室工作报道，但是更多的工作是集中在其中的关键器件上，主要有为了解决网络阻塞和合理利用网络资源的波长转换器件。AWG（Array Waveguide Grating）是最适于DWDM复用与解复用以及作为核心器件构成OADM和OXC的新型关键器件。因为AWG可与石英光纤高效耦合使插入损耗很低、能够实现低成本集成。此外，AWG减轻了对光源面阵的集成度的要求，采用多个单波长激光器与其耦合就可以实现DWDM目标。该研究的技术关键在于掌握厚层波导的制备技术，设法避免因应力引入偏振色