全光通信网概要.ppt

1、全光通信网,内容安排,光纤通信 光纤通信发展史； 光源 光纤及其特点； 光纤通信系统； 光纤通信器件； 全光通信网 全光通信网特点； 全光通信网结构； 全光通信网关键技术； 全光通信网的发展。,光纤通信发展史,什么是通信 人们在日常生活中，常常需要将信息从一个地方传到另一个地方，这种信息的传递过程就称为通信。 通信技术：实现信息传递功能的技术。 信息传递过程中将抑制掉无用的信息，无失真高效的将有用信息传递给对方，还包括采集、存储、处理和显示等。 光纤通信发展史,光通信发展史,古代：烽火台 1880年 Bell发明光电话（现代光通信的雏型） 问题：光源、传输介质,光源,对通信用光源的要求如下 ：

2、 合适的发光波长； 足够的输出功率； 光谱单色性要好； 电/光转换效率要高； 聚光性好； 温度稳定性好， 可靠性高，寿命长。 器件体积小，重量轻，安装使用方便，价格便宜。 ,激光器的发展史,1960年，美国人梅曼(Maiman)发明了第一台红宝石激光器， 给光通信带来了新的希望。 接着，氦氖(He - Ne)激光器、二氧化碳(CO2)激光器先后出现，并投入实际应用。,激光的产生,激光的产生,图二 原子内电子的跃迁过程,受激吸收 自发辐射 受激辐射,激光的产生,受激吸收即粒子吸收一个光子由低能级跃迁到高能级; 自发辐射即高能级粒子不稳定，会自发跃迁到低能级，同时放出一个光子。 受激辐射即高能级粒

3、子在一个外来光子的诱导下会跃迁到低能级，同时释放一个与诱导光子完全相同的光子，也就是实现了光放大。,激光的产生,受激辐射的发现表明，当一束光射向介质时，有可能存在这样一种情况：它非但不会衰减，反而能诱导引发出新的光子，而且新的光子的频率、相位、偏振状态、传播方向等均与入射光束完全相同，也就是说光通过某种介质可以实现受激辐射的光放大。,激光产生的基本条件,粒子数反转是实现受激辐射，得到光放大的必要条件。 可从外界输入能量，把低能级上的原子激发到高能级上，这个过程称“激励”或“抽运”或“光泵”。,红宝石激光器,一台激光器是由工作物质、谐振腔和激励源组成。,红宝石激光器,激光的产生,1970年，美国

4、贝尔实验室、日本电气公司(NEC)和前苏联先后研制成功镓铝砷(GaAlAs)双异质结半导体激光器(短波长)。虽然寿命只有几个小时，但它为半导体激光器的发展奠定了基础。 1973 年，半导体激光器寿命达到7000小时。 1976年，日本电报电话公司研制成功发射波长为1.3 m的铟镓砷磷(InGaAsP)激光器。 1977 年，贝尔实验室研制的半导体激光器寿命达到10万小时。 1979年美国电报电话(AT 全光网,WDM系统,光通信的复用方式： 空分复用； 时分复用； 波分复用（频分复用）;,空分复用,利用在空间分割构成不同的信道来实现光复用的技术。,时分复用,时分复用：各路信号在同一信道上占有不

5、同时间间隙进行通信 。,时分复用,5个64kbit/s数字音频信道的时分复用,时分复用,光时分复用原理图,波分复用,波分复用,（Wavelength Division Multiplexing，WDM） 在一根光纤中同时传送不同波长的多个光载波信号的技术。,WDM系统原理框图,波分复用,粗波分复用（CWDM） 相邻波长间隔较大（50100nm）； 密集波分复用（DWDM） 相邻波长间隔为110nm； 频分复用（FDM） 相邻波长间隔小于1nm。,WDM系统迅速发展的原因,通信业务的迅速增长； 电子器件速率瓶颈； 巨大的带宽资源； EDFA的商用化,WDM发展历史,20世纪80年代：两波长的波分

6、复用； 1995年：1550nm窗口的多个波长的WDM系统商用。 1998年：我国研制成功了四波长的WDM系统； 以后三年：16波、32波、40波，每波长速率可达10Gbit/s； 2002年：华为、中兴研制成功1.6Tbit/s（160*10Gbit/s）的WDM系统。 2007年:阿尔卡特朗讯 实现了12.8Tbit/s（160*80Gbit/s）的2550km的长途信息传输 。,WDM系统特点,可充分利用光纤的巨大带宽资源； 可以同时传输多种不同类型的信号； 超大传输容量； 节省光纤资源、降低成本； 各通路透明传输、平滑升级扩容； 充分利用成熟的TDM技术； 利用EDFA实现超长距离传输

7、； 对光纤的色散无过高要求； 可组成WDM全光网络,WDM系统基本构成方式,双纤单向WDM系统,WDM系统基本构成方式,单纤双向通信系统,WDM系统的基本结构,光转发器1,光转发器n,光 合 波 器,BA,LA,PA,光 分 波 器,光接收器1,光接收器n,光监控信道 发送器,光监控信道 接收/发送器,光监控信道 接收器,光发送机,光接收机,光中继放大,光 纤,光 纤,网络管理系统,s,s,s,s,1,n,n,1,n,1,n,1,WDM系统的基本结构,光发送机将来自不同终端的多路光信号分别由光转发器转换为各自特定波长的光信号后，经光合波器合成组合光信号，再通过光功率放大器放大输出至光纤中传输。

8、 光中继放大用采用了增益平坦技术的EDFA实现对不同波长光信号的相同增益放大。 光接收机先由前置光放大器放大经传输衰减的主信道光信号，再用分波器从主信道光信号中分出不同特定波长的光信号。 光监控信道监控系统内各信道的传输情况。在发送端，插入本节点产生的波长s为的光监控信号（如帧同步、公务及各种网管开销字节），与主信道的光信号合波输出；在接收端，将收到的光信号进行分离，输出为s波长的光监控信号和业务信道光信号。 网络管理系统通过光监控信道物理层传送的开销字节到其他结点或接收来自其他结点的开销字节对WDM进行管理，实现配置、故障、安全、性能管理等功能，并与上级管理系统通信。,光波长分配原则,G.6

9、92规定在1550nm频段上频率间隔是100GHz（波长间隔约为0.8nm）的整数倍。,WDM技术中的关键器件,光波长转换器； 光合波器/分波器； 光放大器,光波长转换器:是把光信号从一个波长转换为另一个波长的器件。 光-电-光型； 基于光混频原理的波长变换器 基于光调制原理的波长变换器,WDM技术中的关键器件,基于光混频原理的波长变换器,基于光调制原理的波长变换器,WDM技术中的关键器件,光放大器分类： 掺稀土类光放大器； 非线性效应光放大器； 半导体光放大器；,WDM技术中的关键器件,掺铒光纤放大器的结构图,WDM技术中的关键器件,EDFA特点： 增益高、 输出功率高、 通常工作在15301565nm光纤损耗最低的窗口、 噪声系数低 等。,WDM技术中的关键器件,拉曼光纤放大器的结构,WDM技术中的关键器件,拉曼光纤放大器的特点： 其增益波长由泵浦光波长决定，只要泵浦源的波长适当，理论上可得到任意波长的信号放大； 其增益介质为传输光纤本身； 噪声系数低。,WDM技术中的关键器件,半导体光放大