光纤通信 第05章

1、 IL = RL = R = 1010log()ppr010log()ppr010log()pp最小波长（最小波长（ min）到最大波长（）到最大波长（ max）的）的范围范围 对于所有的偏振态，由于偏振态的变化造对于所有的偏振态，由于偏振态的变化造成的插入损耗的最大变化值成的插入损耗的最大变化值block0log(/)ISpp 光连接器的功能是将两根光纤连接起来光连接器的功能是将两根光纤连接起来 影响光连接器的插入损耗的因素影响光连接器的插入损耗的因素 :l被连接的两根光纤是否匹配被连接的两根光纤是否匹配l安装的精度安装的精度 光通信中经常需要把多个光信号耦合到一光通信中经常需要把多个光信号

2、耦合到一起，或将光信号分到多根光纤中，光耦合起，或将光信号分到多根光纤中，光耦合器可以实现这些功能器可以实现这些功能 简单的耦合器简单的耦合器 常用的制造光耦合器的方法有研磨抛光法、常用的制造光耦合器的方法有研磨抛光法、熔融拉锥法和平面波导法熔融拉锥法和平面波导法 基本结构和基本原理与光耦合器类似基本结构和基本原理与光耦合器类似 光纤中折射率周期性变化的结构光纤中折射率周期性变化的结构M-Z滤波器由两个滤波器由两个3dB耦合器和两段长度耦合器和两段长度不等的波导臂组成不等的波导臂组成 输入光功率输入光功率Pi经第一个经第一个3dB耦合器后等分耦合器后等分为为Pi1和和Pi2两部分两部分,光功率

3、可以表示为光功率可以表示为 iiipEElieitEAi22i1i222iEApp由于两波导的长度不同，传输时延不同，由于两波导的长度不同，传输时延不同，到达第二个到达第二个3dB耦合器时，两束光的电场耦合器时，两束光的电场强度可以表示为强度可以表示为 1(/ )l1e2it LvAEi2(/ )l2e2it LvAEi合成光波的电场强度和输出光功率可以表合成光波的电场强度和输出光功率可以表示为示为12(/ )(/ )l12ee2itLvitLvAEEEi2*2212012()1 coscos ()2LLApE EALLvv 定义输出光功率与输入光功率的比值为透定义输出光功率与输入光功率的比值

4、为透射率，透射率的表达式为射率，透射率的表达式为 2oi12/cos ()TPpLLv非线性环路镜（非线性环路镜（Non-Linear Optical Loop Mirror，NOLM）是一个可以具有多种用途的快速开关器）是一个可以具有多种用途的快速开关器件，在消除脉冲序列的背景噪声、光时分复用件，在消除脉冲序列的背景噪声、光时分复用（OTDM）系统和光逻辑器件的研究中有广泛的）系统和光逻辑器件的研究中有广泛的应用应用 非线性环路镜的典型结构非线性环路镜的典型结构 输出光功率随输入功率的变化输出光功率随输入功率的变化 非线性环路镜可以采用多种不同的结构，实非线性环路镜可以采用多种不同的结构，实

5、现不同的目的现不同的目的,下图为改进的非线性放大环下图为改进的非线性放大环路镜路镜 非线性环路镜可以用于不同的系统中，实现非线性环路镜可以用于不同的系统中，实现不同的目的不同的目的 NOLM可以作为一个光逻辑与门，在光时分可以作为一个光逻辑与门，在光时分复用（复用（OTDM）系统中实现解复用的功能）系统中实现解复用的功能 双折射棱镜型偏振分束器双折射棱镜型偏振分束器 法拉第电磁旋转效应法拉第电磁旋转效应 光环行器是在光通信中应用广泛的微光学光环行器是在光通信中应用广泛的微光学器件，它具有多个端口，最常用的是器件，它具有多个端口，最常用的是3端口端口和和4端口器件端口器件 光环行器可以有不同的结

6、构，可以使用不同的光环行器可以有不同的结构，可以使用不同的器件构成，但其最基本的原理是利用法拉第电器件构成，但其最基本的原理是利用法拉第电磁旋转效应实现光的单向传输。磁旋转效应实现光的单向传输。 3端口光环行器的结构以及端口端口光环行器的结构以及端口1到端口到端口2的光路图的光路图 自聚焦透镜（自聚焦透镜（GRIN）是应用广泛的无源）是应用广泛的无源光器件，主要作用是准直光束光器件，主要作用是准直光束 自聚焦光纤的折射率分布近似为自聚焦光纤的折射率分布近似为自聚焦透镜中光线的轨迹自聚焦透镜中光线的轨迹 2 2012( )(1)2n rnra在自聚焦透镜中，近轴光线的轨迹在自聚焦透镜中，近轴光线

7、的轨迹r（z）及其导数为及其导数为在自聚焦透镜中，入射光线的轨迹是一条在自聚焦透镜中，入射光线的轨迹是一条正弦曲线，而且所有的入射光线都有相同正弦曲线，而且所有的入射光线都有相同的周期，称之为自聚焦透镜的节距，表示的周期，称之为自聚焦透镜的节距，表示为为Ln 。00( )cossinrr zrzz00( )sincosr zrz rz00d2,dznrrLz 两束透射波两束透射波A1和和A2的路程差为的路程差为相位差为相位差为cos22 coscoscosllABBCll 2l n 当相位差为当相位差为2 的整数倍时，所有的透射波同的整数倍时，所有的透射波同相相长，形成强的输出光束，对应的透射

8、波相相长，形成强的输出光束，对应的透射波长为长为 2cos1,2,3,Tnlmm光栅形状光栅形状基本的光栅方程可以表示为基本的光栅方程可以表示为 k = 1，2，3， (sinsin)indkb角色散本领和色分辨本领是角色散元件的主角色散本领和色分辨本领是角色散元件的主要性能指标要性能指标 。角色散本领是相距为单位波长的光波散开角角色散本领是相距为单位波长的光波散开角度，其表达式为度，其表达式为色分辨本领定义为色分辨本领定义为光栅的角色散本领为光栅的角色散本领为光栅的色分辨本领为光栅的色分辨本领为 Dmin2 coskDdNk波分复用波分复用(WDM): 是指将两种或多种各自携带有大量信是指将

9、两种或多种各自携带有大量信息的不同波长的光载波信号，在发射端经息的不同波长的光载波信号，在发射端经复用器汇合，并将其耦合到同一根光纤中复用器汇合，并将其耦合到同一根光纤中进行传输，在接收端通过解复用器对各种进行传输，在接收端通过解复用器对各种波长的光载波信号进行分离，然后由光接波长的光载波信号进行分离，然后由光接收机做进一步的处理，使原始信号复原。收机做进一步的处理，使原始信号复原。对波分复用器件的主要要求是：对波分复用器件的主要要求是：l l 插入损耗小，隔离度大，串扰小；插入损耗小，隔离度大，串扰小；l l 带内平坦，带外插入损耗变化陡峭；带内平坦，带外插入损耗变化陡峭；l l 温度稳定性

10、好，工作稳定、可靠；温度稳定性好，工作稳定、可靠；l l 复用通路数多，各路插入损耗相差不大，复用通路数多，各路插入损耗相差不大，尺寸小尺寸小 波分复用、解复用器件的性能参数波分复用、解复用器件的性能参数 l插入损耗插入损耗l回波损耗回波损耗l反射系数反射系数l偏振相关损耗偏振相关损耗l中心波长和通带特性中心波长和通带特性 l中心波长是指各信道的中心波长中心波长是指各信道的中心波长 l通带特性是指波分复用器的各个信道的滤波特性，可以用通带特性是指波分复用器的各个信道的滤波特性，可以用0.5dB带宽、带宽、3dB带宽和带宽和20dB带宽来表示带宽来表示 l信道隔离度和串扰信道隔离度和串扰l信道隔

11、离度定义信道隔离度定义l隔离度和串扰是一对相关联的参数，其绝对值相等，符号相隔离度和串扰是一对相关联的参数，其绝对值相等，符号相反反 ()10lg(dB)()iijijiPIP光栅型解复用器的三种结构光栅型解复用器的三种结构 当入射波被准直成平行光照射到光栅上，当入射波被准直成平行光照射到光栅上，不同波长的主最大相互分开一个角度，即将不同波长的主最大相互分开一个角度，即将多波长信号进行解复用。多波长信号进行解复用。光栅型解复用器是一种并行器件，它可光栅型解复用器是一种并行器件，它可以同时分开多路不同波长的信号，使各路的以同时分开多路不同波长的信号，使各路的插入损耗都一样，具有解复用路数多，分辨

12、插入损耗都一样，具有解复用路数多，分辨率较高等优点，目前被广泛应用于率较高等优点，目前被广泛应用于DWDM系系统中。统中。 基本的干涉膜滤波器型解复用器件的结构基本的干涉膜滤波器型解复用器件的结构 阵列波导光栅型阵列波导光栅型（Arrayed Wavequide Grating，AWG）复用、）复用、解复用器的原理结构和解复用器的原理结构和输出特性输出特性 随着复用波长数的不断增加，一种称为波随着复用波长数的不断增加，一种称为波长交织器的复用、解复用器问世。长交织器的复用、解复用器问世。 这种器件是一种梳状滤波器，可以对信号这种器件是一种梳状滤波器，可以对信号的频谱进行梳理和交织，也称为光数字

13、波的频谱进行梳理和交织，也称为光数字波分复用器分复用器 。光开关是构成光网络中光交叉连接（光开关是构成光网络中光交叉连接（OXC）和光分插复用（和光分插复用（OADM）设备的核心器件，）设备的核心器件，也是光网络实现保护倒换的必需器件，其主也是光网络实现保护倒换的必需器件，其主要性能除了插入损耗、隔离度、开关速度和要性能除了插入损耗、隔离度、开关速度和偏振敏感性等外，还有消光比和阻塞性质偏振敏感性等外，还有消光比和阻塞性质 。消光比消光比是指开关是指开关on和和off时输出功率之比（常时输出功率之比（常用用dB表示）；表示）；阻塞性质阻塞性质是指任一输入端的信号能否在任意是指任一输入端的信号能

14、否在任意时刻接通到任意输出端的性质时刻接通到任意输出端的性质 。机械光开关可以分为移动光纤、移动套管、移动准直器、机械光开关可以分为移动光纤、移动套管、移动准直器、移动反光镜、移动棱镜和移动耦合器等多种类型移动反光镜、移动棱镜和移动耦合器等多种类型 图示为三种采用不同技术的开关结构：移动光纤、移动图示为三种采用不同技术的开关结构：移动光纤、移动棱镜和转动反射镜棱镜和转动反射镜 微电机械（微电机械（MEMS）器件基本原理是通过）器件基本原理是通过静电的作用使可以活动的微镜面发生转动，静电的作用使可以活动的微镜面发生转动，从而改变输入光的传播方向。从而改变输入光的传播方向。MEMS既有机械光开关的

15、低损耗、低串扰、既有机械光开关的低损耗、低串扰、低偏振敏感性和高消光比的优点，又有体低偏振敏感性和高消光比的优点，又有体积小、易于大规模集成等优点，非常适合积小、易于大规模集成等优点，非常适合于骨干网或大型交换业务的应用场合。于骨干网或大型交换业务的应用场合。二维二维MEMS光开关光开关 三维三维MEMS光开关光开关 基本结构有两种：基本结构有两种：Y型分路器结构型分路器结构MuchZahnder（MZI）干涉仪型结构）干涉仪型结构 利用电光效应达到改变波导材料的折射率利用电光效应达到改变波导材料的折射率来实现的光开关来实现的光开关 。开关速度快、集成方便，是未来光交换技开关速度快、集成方便，

16、是未来光交换技术中需要的高速器件。术中需要的高速器件。光纤传输系统的目的：光纤传输系统的目的： 提高传输速率和扩大传输容量提高传输速率和扩大传输容量相同：本质上都是光波长分割复用（或光频相同：本质上都是光波长分割复用（或光频率分割复用）率分割复用）不同：复用信道波长间隔不同不同：复用信道波长间隔不同目前目前WDM系统主要指密集波分复用系统，它的系统主要指密集波分复用系统，它的主要优点为：主要优点为： （1）充分利用光纤的低损耗波段，大大增加光）充分利用光纤的低损耗波段，大大增加光纤的传输容量，降低成本；纤的传输容量，降低成本；（2）对各信道传输的信号的速率、格式具有透）对各信道传输的信号的速率

17、、格式具有透明性，有利于数字信号和模拟信号的兼容；明性，有利于数字信号和模拟信号的兼容；（3）节省光纤和光中继器，便于对已建成的系）节省光纤和光中继器，便于对已建成的系统进行扩容；统进行扩容；（4）可提供波长选路，使建立透明、灵活、具）可提供波长选路，使建立透明、灵活、具有高度生存性的有高度生存性的WDM光通信网成为可能。光通信网成为可能。 WDM系统可以分为单向传输方式和双向传输方式系统可以分为单向传输方式和双向传输方式 单向单向WDM系统的组成系统的组成 波长转换器波长转换器双向双向WDM光纤通信系统的组成光纤通信系统的组成 lITU-T已建议已建议193.1THz（即（即1552.52n

18、m）值作为）值作为WDM的参考频率，从而为的参考频率，从而为WDM光信号提供较光信号提供较高的频率精度和频率稳定度。高的频率精度和频率稳定度。 lWDM的通道间隔是指相邻通路间的标称频率的通道间隔是指相邻通路间的标称频率差，可以是均匀间隔，也可以是非均匀间隔的。差，可以是均匀间隔，也可以是非均匀间隔的。适当设计的非均匀间隔可以用来抑制适当设计的非均匀间隔可以用来抑制G.653光纤光纤中的四波混频效应（中的四波混频效应（FWM），减小非线性串扰。），减小非线性串扰。 l中心频率偏移定义为标称中心频率与实际中心中心频率偏移定义为标称中心频率与实际中心频率之差。频率之差。 光监控信道（光监控信道（O

19、SC）可以减少系统故障几率、故障修复）可以减少系统故障几率、故障修复时间，增强网络生存性，降低运行、维护和管理成本。时间，增强网络生存性，降低运行、维护和管理成本。根据我国国标的规定，光监控信道应满足以下条件：根据我国国标的规定，光监控信道应满足以下条件： （1）监控通路不限制光放大器的泵浦波长；）监控通路不限制光放大器的泵浦波长；（2）监控通路不应限制两线路放大器之间的距离；）监控通路不应限制两线路放大器之间的距离；（3）监控通路不能限制未来在）监控通路不能限制未来在1310nm波长的业务；波长的业务；（4）线路放大器失效时监控通路仍然可用；）线路放大器失效时监控通路仍然可用；（5）OSC传输应该是分段的且具有传输应该是分段的且具有3R功能和双向传输功功能和双向