西安邮电大学通信与信息工程学院光纤通信技术课件 第十一章.pptVIP

孤子与光纤孤子 光纤非线性效应和色散单独作用时，在光纤中传输的光信号都要产生脉冲展宽，对传输速率的提高是有害的。但如果适当选择相关参数，使两种效应相互平衡，就可以保持脉冲宽度不变， 因而形成光孤子。 光孤子(Soliton)是经光纤长距离传输后，其幅度和宽度都不变的超短光脉冲(ps数量级)。 光孤子的形成是光纤的群速度色散和非线性效应相互平衡的结果。利用光孤子作为载体的通信方式称为光孤子通信。 其传输距离可达上万公里，甚至几万公里，目前还处于试验阶段。 11.1.4 光孤子通信技术的基本原理 非线性方程及解法 根据光学知识，光脉冲可以用下列式子表示： E(z,t)=A(z,t)exp［j(ω0t-β0z)］ 其中：A(z,t)是脉冲包络。 对于常用的直接检波光通信系统关心光脉冲的包 络情况。 在考虑色散作用下，并引入光纤非线性效应中自相位调制作用时，光脉冲包络的传输方程可写为下式： 式中：A(z,t)为脉冲包络，β1=1/νg，β2为群速度色散系数，β3为高阶色散系数，γ是代表自相位调制效应的非线性系数。 研究发现，只有方程的一个系数N为整数时，才有解。 且当N=1时，该解的包络与传输距离无关，即其在光纤中保形传输。 11.1.4 光孤子通信技术的基本原理 只要控制好输入脉冲的初始功率和脉宽，并选择合适色散和非线形度量的光纤，可得到N=1时的弧子脉冲，该脉冲在光纤中传播的时候，如何忽略光纤损耗的情况下，其脉冲包络的幅度和形状不会发生变化。 11.1.4 光孤子通信技术的基本原理 11.1.4 光孤子通信技术的基本原理 孤子源 调制 脉冲源 EDFA 隔离器 探测 光纤传输系统 EDFA EDFA EDFA * 光孤子源产生一系列脉冲宽度很窄的光脉冲，即光孤子流，作为信息的载体进入光调制器， 使信息对光孤子流进行调制。被调制的光孤子流经掺铒光纤放大器和光隔离器后，进入光纤进行传输。 为克服光纤损耗引起的光孤子减弱，在光纤线路上周期地插入EDFA， 向光孤子注入能量，以补偿因光纤传输而引起的能量消耗，确保光孤子稳定传输。在接收端，通过光检测器和解调装置，恢复光孤子所承载的信息。 2. 常见的光孤子源 光孤子源是光孤子通信系统的关键。要求光 孤子源提供的脉冲宽度为ps数量级，并有规定的形 状和峰值。光孤子源有很多种类，主要有： （1）自锁模掺铒光纤孤子激光器； （2）法布里—珀罗光纤孤子激光器； （3）DFB激光器/外调制孤子源； （4）DFB激光器/集成调制孤子源 11.1.4 光孤子通信技术的基本原理 目前，光孤子通信系统已经有许多实验结果。例如，对光纤线路直接实验系统， 在传输速率为10 Gb/s时，传输距离达到1000 km； 在传输速率为20 Gb/s时， 传输距离达到350 km。 对循环光纤间接实验系统， 传输速率为2.4 Gb/s，传输距离达12 000 km； 改进实验系统，传输速率为10 Gb/s，传输距离达106 km。 11.1.4 光孤子通信技术的基本原理 光孤子通信关键技术 　　适合光孤子传输光纤技术 　　光孤子源技术 　　光孤子放大技术 　　光孤子开关技术 11.1 新型光纤技术 11.2 全光光纤通信技术 11.3 相干光通信 第11章 光纤通信新技术 1. 全光光纤通信网的概念 全光网络是指用户与用户之间的信号传输与交换全部采用光波技术完成的先进网络。 它包括光传输、光放大、光再生、光交换、光存储、光信息处理、光信号多路复接/分插、进网/出网等许多先进的全光技术。 原理上讲，全光网络就是网中直到端用户节点之间的信号通道仍然保持着光的形式，即端到端的全光路，中间没有光电转换器，数据从源节点到目的节点的传输过程都在光域内进行。 全光网络具有以下优点。 ① 透明性好。 ② 兼容性好，容易升级。 ③ 具备可扩展性。 ④ 具备可重构性。 ⑤ 省掉了大量电子器件。 ⑥ 可靠性高。 ⑦ 提供多种协议的业务。 ⑧ 组网灵活性高。 2 全光网络的网络结构 全光网络本身可划分为三层，即光路层、光通道层以及传输媒质层，如图11-3所示。 图中的电路层本身不属于光网络范围内，然而是不可缺少的，它是介乎用户与光网络之间的通信网络。 图11-3 全光网络的分层结构 3. 全光网络的关键技术 1．全光交换 （1）空分光交换 空分光交换是指空间