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7.1光 纤 放 大 器 ; 7.1.1掺铒光纤放大器工作原理 图7.1示出掺铒光纤放大器(EDFA)的工作原理，说明了光信号为什么会放大的原因。从图7.1(a)可以看到，在掺铒光纤(EDF)中，铒离子(Er3+)有三个能级： 其中能级1代表基态， 能量最低；能级2是亚稳态，处于中间能级；能级3代表激发态， 能量最高。当泵浦(Pump, 抽运)光的光子能量等于能级3和能级1的能量差时，铒离子吸收泵浦光从基态跃迁到激发态(1→3)。; 图 7.1掺铒光纤放大器的工作原理 (a) 硅光纤中铒离子的能级图； (b) EDFA的吸收和增益频谱 ; 图7.3光纤放大器构成方框图 (a) 光纤放大器构成原理图； (b) 实用光纤放大器外形图及其构成方框图;7.2 光波分复用技术; 7.2.1光波分复用原理 1. WDM的概念 光波分复用(WDM： Wavelength Division Multiplexing)技术是在一根光纤中同时传输多??波长光信号的一项技术。其基本原理是在发送端将不同波长的光信号组合起来(复用)，并耦合到光缆线路上的同一根光纤中进行传输，在接收端又将组合波长的光信号分开(解复用)，并作进一步处理，恢复出原信号后送入不同的终端，因此将此项技术称为光波长分割复用， 简称光波分复用技术。; 图7.6 中心波长在1.3 μm和1.55 μm的硅光纤低损耗传输窗口 (插图表示1.55 μm传输窗口的多信道复用); 图7.7 双纤单向WDM传输;图7.8 单纤双向WDM传输; 7.2.3WDM技术的主要特点 1. 充分利用光纤的巨大带宽资源 光纤具有巨大的带宽资源(低损耗波段)，WDM技术使一根光纤的传输容量比单波长传输增加几倍至几十倍甚至几百倍， 从而增加光纤的传输容量，降低成本，具有很大的应用价值和经济价值。 2. 同时传输多种不同类型的信号 由于WDM技术使用的各波长的信道相互独立，因而可以传输特性和速率完全不同的信号，完成各种电信业务信号的综合传输，如PDH信号和SDH信号，数字信号和模拟信号，多种业务(音频、视频、数据等)的混合传输等。; 3. 节省线路投资 采用WDM技术可使N个波长复用起来在单根光纤中传输，也可实现单根光纤双向传输，在长途大容量传输时可以节约大量光纤。另外，对已建成的光纤通信系统扩容方便，只要原系统的功率余量较大，就可进一步增容而不必对原系统作大的改动。 4. 降低器件的超高速要求 随着传输速率的不断提高，许多光电器件的响应速度已明显不足，使用WDM技术可降低对一些器件在性能上的极高要求，同时又可实现大容量传输。 ; 5. 高度的组网灵活性、 经济性和可靠性 WDM技术有很多应用形式，如长途干线网、广播分配网、多路多址局域网。可以利用WDM技术选择路由，实现网络交换和故障恢复，从而实现未来的透明、 灵活、经济且具有高度生存性的光网络。 ; 图7.16基于光纤光栅结构的光分插复用器 (a) 简单光分； (b) 光分插; 图7.18 FP滤波器;图7.22 基于多层介质薄膜滤波器的波分复用/解复用器;7.3光 交 换 技 术; 图7.31空分光交换 (a) 2×2光交换单元； (b) 平行连接和交叉连接； (c) 4×4光交换单元 ; 图7.32时分光交换 (a) 时分复用原理； (b) 时隙互换原理； (c) 等效的空分交换; 图7.33波分交换的原理框图 (a) 波长选择法交换； (b) 波长变换法交换 ;7.6光时分复用技术;图7.45 光时分复用系统框图 ;7.7波长变换技术; 最后，如果不同网络由不同的组织管理，并且这些网络没有协调一致的波长分配，那么在网络之间就可以使用波长变换器。波长变换的基本方法有两种：光/电/光方法和全光方法。 1. 光/电/光方法 将光信号经光/电转换变成电信号，电信号再调制所需波长的激光器，从而实现波长变换。 这是目前惟一成熟的波长变换技术， 其优点有： 输