光纤通信新技术-1讲义.pptVIP

7.1 光纤放大器 7.2 光波分复用技术 7.3 光交换技术 7.4 光孤子通信 7.5 相干光通信技术 7.6 光时分复用技术 7.7 波长变换技术; 第 7 章 光纤通信新技术 光纤通信发展的目标是提高通信能力和通信质量，降低价格，满足社会需要。进入20世纪90年代以后，光纤通信成为一个发展迅速、 技术更新快、新技术不断涌现的领域。 本章主要介绍一些已经实用化或者有重要应用前景的新技术，如光放大技术，光波分复用技术，光交换技术，光孤子通信，相干光通信，光时分复用技术和波长变换技术等。 ;7.1 光 纤 放 大 器 ; 光纤放大器的实质是： 把工作物质制作成光纤形状的固体激光器，所以也称为光纤激光器。 20世纪80年代末期，波长为1.55 μm的掺铒(Er)光纤放大器(EDFA： ErbiumDoped Fiber Amplifier)研制成功并投入实用，把光纤???信技术水平推向一个新高度，成为光纤通信发展史上一个重要的里程碑。; 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： ? 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)。 但是激发态是不稳定的，Er3+很快返回到能级2。 如果输入的信号光的光子能量等于能级2和能级1的能量差，则处于能级2的Er3+将跃迁到基态(2→1)，产生受激辐射光，因而信号光得到放大。 但是激发态是不稳定的，Er3+很快返回到能级2。 如果输入的信号光的光子能量等于能级2和能级1的能量差，则处于能级2的Er3+将跃迁到基态(2→1)，产生受激辐射光，因而信号光得到放大。 由此可见，这种放大是由于泵浦光的能量转换为信号光的结果。; 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7.2(a)示出输出信号光功率和输入泵浦光功率的关系， 泵浦光功率转换为信号光功率的效率很高，达到92.6%。当泵浦光功率为60 mW时，吸收效率［(信号输入光功率-信号输出光功率)/泵浦光功率］为88%。 ; 图7.2掺铒光纤放大器的特性 (a) 输出信号光功率与泵浦光功率的关系； (b) 小信号增益与泵浦光功率的关系; 7.1.2 掺铒光纤放大器的构成和特性 图7.3(a)为光纤放大器构成原理图，图7.3(b)为实用光纤放大器构成方框图。 掺铒光纤(EDF)和高功率泵浦光源是关键器件，把泵浦光与信号光耦合在一起的波分复用器和置于两端防止光反射的光隔离器也是不可缺少的。 设计高增益掺铒光纤(EDF)是实现光纤放大器的技术关键， EDF的增益取决于Er3+的浓度、光纤长度和直径以及泵浦光功率等多种因素，通常由实验获得最佳增益。 对泵浦光源的基本要求是大功率和长寿命。波长为1480 μm的InGaAsP多量子阱(MQW)激光器， 输出光功率高达100 mW, 泵浦光转换为信号光效率在6 dB/mW以上。 ;图7.3(a) 光纤放大器构成原理图;监视和; 波长为980 nm的泵浦光转换效率更高，达10 dB/mW， 而且噪声较低，是未来发展的方向。 ? 对波分复用器的基本要求是： 插入损耗小，熔拉双锥光纤耦合器型和干涉滤波型波分复用器最适用。 ? 光隔离器的作用是: 防止光反射，保证系统稳定工作和减小噪声 ? 对光隔离器的的基本要求是： 插入损耗小，反射损耗大。 ; 图7.4是EDFA商品的特性曲线，图中显示出增益、 噪声指数和输出信号光功率与输入信号光功率的关系。