實現(xiàn)通信的關鍵技術第1頁，共152頁，2023年，2月20日，星期六 【本章內容簡介】

實現(xiàn)DWDM通信需要很多與其功能相適應的高新技術和器件。 本章主要介紹組成DWDM通信系統(tǒng)的關鍵器件光源與光波轉換技術、光合波/分波技術、光開關、光放大器，以及光纖光纜技術等知識。第2頁，共152頁，2023年，2月20日，星期六 【本章重點難點】

單縱模光源，光信號調制，光波轉換技術，光合波/分波技術，EDFA，光纖非線性效應。第3頁，共152頁，2023年，2月20日，星期六10.1光源與光波轉換技術10.2光波分復用器/解復用器（合波/分波器）和光開關10.3光放大器技術10.4光纖光纜技術小結第4頁，共152頁，2023年，2月20日，星期六10.1光源與光波轉換技術

前面已經(jīng)敘述過組成DWDM的關鍵器件之一是OTU，而構成OTU的主要部件是光源。 因此，光源技術是實現(xiàn)DWDM系統(tǒng)的關鍵要素之一。第5頁，共152頁，2023年，2月20日，星期六

10.1.1光纖通信系統(tǒng)對光源的要求

1．光纖通信系統(tǒng)對光源的一般要求 在光纖通信中，實現(xiàn)電信號轉變?yōu)楣庑盘柕年P鍵器件是光源，光源性能的優(yōu)劣直接影響光纖通信系統(tǒng)的傳輸性能。 為了保證光信號的傳輸質量，光纖通信對光源的要求可以概括如下。第6頁，共152頁，2023年，2月20日，星期六（1）發(fā)光波長與光纖的低損耗窗口相符，即與石英光纖3個低損耗窗口0.85m、1.3m或1.55m相適應。（2）有足夠高的、穩(wěn)定的輸出光功率，以滿足系統(tǒng)對光中繼段距離的要求。第7頁，共152頁，2023年，2月20日，星期六（3）調制特性好，響應速度快，以利于高速率、大容量數(shù)字信號的傳輸。（4）單色性和方向性好，以減少光纖的材料色散，提高光源和光纖的耦合效率。第8頁，共152頁，2023年，2月20日，星期六（5）溫度穩(wěn)定性好，壽命長。（6）強度噪聲要小，以提高模擬調制系統(tǒng)的信噪比。（7）體積小，重量輕，便于安裝和使用，也利于光源和光纖的耦合。第9頁，共152頁，2023年，2月20日，星期六

2．DWDM系統(tǒng)對光源的特殊要求 在SDH系統(tǒng)中由于只有一個光信道，工作波長可以在一個很寬的區(qū)域內變化。 而DWDM系統(tǒng)的最重要特點是同時傳輸多個光信道，每個信道系統(tǒng)采用不同的波長，且波長間隔僅為0.8

nm甚至更小，這就對激光器提出了較高要求。第10頁，共152頁，2023年，2月20日，星期六 除了有準確的工作波長外，在整個壽命期間波長偏移量都應在一定的范圍之內，以避免不同的波長相互干擾。 即激光器必須工作在標準波長，且具有很好的穩(wěn)定性。第11頁，共152頁，2023年，2月20日，星期六 另一方面，由于采用了光放大器，DWDM系統(tǒng)的無再生中繼距離大大延長。 SDH系統(tǒng)再生距離一般在50～60

km，由再生器進行整形、定時和再生，恢復成數(shù)字信號繼續(xù)傳輸。第12頁，共152頁，2023年，2月20日，星期六 而DWDM系統(tǒng)中，每隔80

km有一個EDFA，只進行放大，沒有整形和定時功能，不能有效去除因線路色散和反射等帶來的不利影響。 系統(tǒng)經(jīng)500～600

km傳輸后才進行光電再生，因而要求延長光源的色散受限距離，由過去的50～60

km提高到600

km以上，這大大提高了對光源的要求。第13頁，共152頁，2023年，2月20日，星期六 總體上，應用在DWDM系統(tǒng)上的光源有兩個突出特點：（1）比較大的色散容納值；（2）標準而穩(wěn)定的波長。第14頁，共152頁，2023年，2月20日，星期六

3．兩種光信號調制方式（1）直接調制光發(fā)射機組成框圖第15頁，共152頁，2023年，2月20日，星期六圖10-1直接調制光發(fā)射組成框圖第16頁，共152頁，2023年，2月20日，星期六（2）外腔調制光發(fā)射機組成框圖第17頁，共152頁，2023年，2月20日，星期六圖10-2外腔調制光發(fā)射組成框圖第18頁，共152頁，2023年，2月20日，星期六

4．DWDM系統(tǒng)對光源采取的措施（1）采用外調制技術（2）采用波長穩(wěn)定技術（3）波長穩(wěn)定控制實例第19頁，共152頁，2023年，2月20日，星期六第20頁，共152頁，2023年，2月20日，星期六

10.1.2光源類型 為減小光纖中的頻率（色度）色散，要求光源產(chǎn)生的光信號是單縱模的激光。 用于DWDM系統(tǒng)的光源一般應具備光譜范圍寬、信道光譜窄、復用信道數(shù)多以及信道波長及其間隔高度穩(wěn)定等特點。 常用光源有單縱模激光器（SLM）、量子阱（QW）半導體激光器和摻鉺光纖激光器。第21頁，共152頁，2023年，2月20日，星期六

1．單縱模激光器（1）獲得單縱模的途徑（2）SLM工作原理第22頁，共152頁，2023年，2月20日，星期六圖10-5激光器產(chǎn)生單縱模為主振模的原理圖第23頁，共152頁，2023年，2月20日，星期六（3）分布反饋激光器（DFB）第24頁，共152頁，2023年，2月20日，星期六圖10-6布拉格反射原理圖第25頁，共152頁，2023年，2月20日，星期六

2．量子阱半導體激光器 量子阱（QW）半導體激光器是一種窄帶隙有源區(qū)夾在寬帶隙半導體材料中間或交替重疊生長的半導體激光器，是一種很有發(fā)展前途的激光器。（1）量子阱（2）QW激光器的主要特點第26頁，共152頁，2023年，2月20日，星期六

3．摻鉺光纖激光器（1）摻鉺光纖激光器的工作原理（2）光纖激光器的優(yōu)點第27頁，共152頁，2023年，2月20日，星期六

4．波長可調諧半導體激光器 波長可調諧單模激光器是波分復用系統(tǒng)、相干光通信系統(tǒng)及光交換網(wǎng)絡的關鍵器件，它可以根據(jù)需求進行光波長的改變。 主要考慮性能指標有調諧速度和波長調諧范圍。第28頁，共152頁，2023年，2月20日，星期六 改變波長的方法之一是：通過改變注入電流，使發(fā)光材料的折射率發(fā)生變化，從而在一定范圍內改變和控制激光器輸出波長。第29頁，共152頁，2023年，2月20日，星期六

10.1.3光波長轉換器（OTU）

1．OTU的基本結構和工作原理 在開放式的DWDM系統(tǒng)中，發(fā)送端需采用OTU將非標準的波長轉換為標準波長，以滿足DWDM系統(tǒng)的波長復用。 同樣，接收端還需OTU將標準波長還原為非標準波長。第30頁，共152頁，2023年，2月20日，星期六 目前OTU實現(xiàn)波長轉換的方式有兩種：一種是光/電/光（O/E/O）變換方式，另一種是全光變換方式。第31頁，共152頁，2023年，2月20日，星期六 常用的OTU依然是光/電/光（O/E/O）的變換方式，如圖10-7所示。

E/O變換采用外調制方式，這樣可以消除直接調制產(chǎn)生的啁啾聲，獲得較大的色散容限，以實現(xiàn)長距離無再生傳輸。第32頁，共152頁，2023年，2月20日，星期六圖10-7光/電/光波長轉換器原理圖第33頁，共152頁，2023年，2月20日，星期六

2．實際OTU電路組成 圖10-8所示為采用鈮酸鋰外調制技術的OTU。第34頁，共152頁，2023年，2月20日，星期六圖10-8實際OTU電路組成框圖第35頁，共152頁，2023年，2月20日，星期六

3．OTU的應用（1）SDH系統(tǒng)接入DWDM系統(tǒng)中應用 ①在發(fā)送端使用OTU： ②在接收端使用OUT（2）在中繼器中使用OTU第36頁，共152頁，2023年，2月20日，星期六圖10-9OTU在發(fā)射端、接收端應用第37頁，共152頁，2023年，2月20日，星期六圖10-10OTU在再生中繼站應用第38頁，共152頁，2023年，2月20日，星期六

4．全光網(wǎng)絡中的應用 在光傳送網(wǎng)中，OTU可用做波長路由變換器，通過波長的再利用可擴大網(wǎng)絡的容量和實現(xiàn)靈活組網(wǎng)。

OTU作為波長路由器的基本功能如下。第39頁，共152頁，2023年，2月20日，星期六（1）進行透明的互操作、解決波長爭用、波長路由選定，以及在動態(tài)業(yè)務模式下較好地利用網(wǎng)絡資源。第40頁，共152頁，2023年，2月20日，星期六（2）在大容量、多節(jié)點的網(wǎng)狀網(wǎng)中，采用波長變換能大大降低網(wǎng)絡的阻塞率，以提高全網(wǎng)的波長利用率和提高全網(wǎng)的傳輸效率。第41頁，共152頁，2023年，2月20日，星期六（3）在全光網(wǎng)絡中，利用OTU作為網(wǎng)關，實現(xiàn)子網(wǎng)的連接和通信，這樣無須了解子網(wǎng)的內部情況，就可以實現(xiàn)光通道的建立、故障定位和隔離。第42頁，共152頁，2023年，2月20日，星期六10.2光波分復用器/解復用器（合波/

分波器）和光開關

10.2.1光波分復用器/解復用器（合波/分波器） 光波分復用器/解復用器是DWDM技術中的關鍵部件，將不同光源的信號結合在一起經(jīng)一根傳輸光纖輸出的器件稱為光復用器。第43頁，共152頁，2023年，2月20日，星期六 反之，經(jīng)同一傳輸光纖送來的多波長信號分解為單波長信號分別輸出的器件稱為光解復用器。 從原理上說，該器件光路是互易的（雙向互逆），即只要將光解復用器的輸出端和輸入端反過來使用，就是光復用器，因此，光復用器和光解復用器原理是相同的（除非有特殊的要求）。第44頁，共152頁，2023年，2月20日，星期六 光波分復用器/解復用器在超高速、大容量波分復用系統(tǒng)中起著關鍵作用，其性能指標主要有插入損耗和串擾，這些指標的優(yōu)劣對系統(tǒng)的傳輸質量有決定性影響。第45頁，共152頁，2023年，2月20日，星期六 因此，DWDM系統(tǒng)要求光波分復用器/解復用器：損耗及其偏差小、信道間的串擾小、通帶損耗平坦、偏振相關性低。 DWDM系統(tǒng)中常用的光波分復用器/解復用器主要有光柵型光波分復用器和介質膜濾波器等。第46頁，共152頁，2023年，2月20日，星期六

1．光柵型光波分復用器第47頁，共152頁，2023年，2月20日，星期六圖10-11光柵型光波復用器結構示意圖第48頁，共152頁，2023年，2月20日，星期六

2．介質膜濾波器型光波分復用器第49頁，共152頁，2023年，2月20日，星期六圖10-12多波道光波復用/解復用器件結構第50頁，共152頁，2023年，2月20日，星期六

10.2.2濾光器和光開關

1．濾光器第51頁，共152頁，2023年，2月20日，星期六圖10-13濾光器諧振腔示意圖第52頁，共152頁，2023年，2月20日，星期六2．光開關第53頁，共152頁，2023年，2月20日，星期六圖10-14光半導體放大器作為光開關原理圖第54頁，共152頁，2023年，2月20日，星期六10.3光放大器技術

在光纖通信中，總是希望能將光信號不失真地傳送得越遠越好。 然而，由于光纖傳輸損耗等各種因素影響，使得光信號的幅度在傳輸過程中會變得越來越小，從而限制了光纖通信系統(tǒng)的傳送距離。第55頁，共152頁，2023年，2月20日，星期六 20世紀80年代末光纖放大器的出現(xiàn)，使光信號的中繼放大問題得到有效解決。 可以說，光纖放大器的出現(xiàn)預示著光纖通信將進入一個新紀元。第56頁，共152頁，2023年，2月20日，星期六 因為利用光纖放大器可以大大提高發(fā)射端入纖光功率，實現(xiàn)光/光中繼放大，可以提高接收端的接收靈敏度。 正是光纖放大器的商用化，促使了DWDM光纖通信系統(tǒng)的迅速成熟和發(fā)展。第57頁，共152頁，2023年，2月20日，星期六

10.3.1光放大器應用與分類

1．傳統(tǒng)光/電/光中繼器的不足 為了延長通信距離，在光纖通信系統(tǒng)中需加再生中繼器，實現(xiàn)對衰減的光信號進行放大、再生、整形。而采用光/電/光中繼器存在以下一些不足。第58頁，共152頁，2023年，2月20日，星期六（1）需要大量的光發(fā)送和光接收設備，實現(xiàn)光/電、電/光轉換，使設備很復雜。第59頁，共152頁，2023年，2月20日，星期六（2）采用光/電/光中繼器的無中繼通信距離不能過長，否則由于信號的過度衰減，中繼器無法實現(xiàn)信號的再生。這種中繼器的通信距離一般在10

km以內。第60頁，共152頁，2023年，2月20日，星期六（3）在DWDM系統(tǒng)中，由于光/電/光中繼器只能對單波道信號進行光/電、電/光轉換，需增加大量的波分復用器和解復用器，使中繼設備過于龐大、復雜。第61頁，共152頁，2023年，2月20日，星期六

2．采用光放大器作為再生中繼器的優(yōu)勢（1）采用光放大器可使光信號傳輸距離大大延長，減少了通信系統(tǒng)的再生中繼器的數(shù)目。第62頁，共152頁，2023年，2月20日，星期六（2）在DWDM系統(tǒng)中，可以實現(xiàn)全波道的光信號同時放大，不需進行光波的分解和復用，節(jié)省了大量的波分復用器/解復用器和光接收、光發(fā)送等光/電、電/光轉換設備，使光中繼器設備變得非常簡單，造價降低。第63頁，共152頁，2023年，2月20日，星期六（3）采用光放大器可以實現(xiàn)光纖通信系統(tǒng)的全光傳輸，克服了電子瓶頸對傳輸速率的限制，極大地提高了傳輸容量和系統(tǒng)的可靠性。第64頁，共152頁，2023年，2月20日，星期六

3．光放大器的分類 光放大器有半導體光放大器、非線性光纖放大器（受激拉曼散射光纖放大器和受激布里淵散射光纖放大器）、摻雜光纖放大器（包括EDFA）等。（1）半導體光放大器（2）非線性光纖放大器（3）摻雜光纖放大器第65頁，共152頁，2023年，2月20日，星期六

10.3.2EDFA放大器

1．EDFA概述

EDFA是固體激光技術與光纖制造技術結合的產(chǎn)物。 其關鍵技術有二：其一，摻鉺光纖（EDF）；其二，泵浦源。第66頁，共152頁，2023年，2月20日，星期六

EDF是用石英光纖作為基質（也可采用氟化物光纖），在纖芯中摻入固體激光工作物質鉺離子而形成的。 摻鉺光纖與常規(guī)光纖相比更細，采用纖形的理由是：（1）提高信號光與能量光的密度，以提高它們的相互作用效率；第67頁，共152頁，2023年，2月20日，星期六（2）延長信號光與高能級粒子的作用區(qū)，以提高放大增益；（3）使有源區(qū)能量密度加大，降低對泵浦光功率的要求。第68頁，共152頁，2023年，2月20日，星期六

2．EDFA的主要優(yōu)缺點

EDFA之所以得到這樣迅速的發(fā)展，源于它一系列突出的優(yōu)點。第69頁，共152頁，2023年，2月20日，星期六（1）工作波長與光纖最小損耗窗口一致，可在光纖通信中獲得應用。第70頁，共152頁，2023年，2月20日，星期六（2）耦合效率高。 因為是光纖型放大器，易與傳輸光纖耦合連接。 也可用熔接技術與傳輸光纖熔接在一起，損耗可低至0.1

dB。 這樣的熔接反射損耗也很小，不易自激。第71頁，共152頁，2023年，2月20日，星期六（3）能量轉換效率高。 激光工作物質集中在光纖芯子中，且集中在光纖芯子中的近軸部分，而信號光和泵浦光也是在光纖的近軸部分最強，這使得光與介質的作用很充分；再加之有較長的作用長度，因而有較高的轉換效率。第72頁，共152頁，2023年，2月20日，星期六（4）增益高、噪聲低、輸出功率大。 增益可達40

dB，輸出功率在單泵浦時可達14

dBm，而在雙泵浦時可達17

dBm，甚至20

dBm。 充分泵浦時，噪聲系數(shù)可低至3～4

dB。串話也很小。第73頁，共152頁，2023年，2月20日，星期六（5）增益特性穩(wěn)定。

EDFA增益對溫度不敏感，在100℃范圍內，增益特性保持穩(wěn)定。 增益與偏振無關也是EDFA的一大特點。 這一特性至關重要，因為一般通信光纖并不能使傳輸信號偏振態(tài)保持不變。第74頁，共152頁，2023年，2月20日，星期六（6）可實現(xiàn)透明的傳輸。 所謂透明，是指可同時傳輸模擬信號和數(shù)字信號、高比特率信號和低比特率信號，信號的速率、碼型格式、協(xié)議均不發(fā)生變化，而且各波道信號不會產(chǎn)生干擾。系統(tǒng)需要擴容時，可只改動終端設備而不改動線路。第75頁，共152頁，2023年，2月20日，星期六

EDFA也有其固有的缺點：（1）波長固定。 鉺離子能級間的能級差決定了EDFA的工作波長是固定的，只能放大1

500

nm左右波長的光波。

第76頁，共152頁，2023年，2月20日，星期六 光纖換用不同的基質時，鉺離子能級只發(fā)生微小的變化，因此可調節(jié)的激光躍遷波長范圍有限。 為了改變工作波長，只能換用其他元素，比如用PDFA可工作在1

310

nm波段等。第77頁，共152頁，2023年，2月20日，星期六（2）增益帶寬不平坦。

EDFA的增益帶寬約40

nm，但增益帶寬不平坦。 在DWDM光纖通信系統(tǒng)中需要采取特殊的手段來進行增益譜補償。第78頁，共152頁，2023年，2月20日，星期六

3．EDFA的結構與工作原理（1）EDFA的基本結構組成第79頁，共152頁，2023年，2月20日，星期六圖10-15EDFA的基本結構第80頁，共152頁，2023年，2月20日，星期六（2）EDFA3種不同的結構方式（泵浦方式）第81頁，共152頁，2023年，2月20日，星期六圖10-163種泵浦方式的EDFA結構第82頁，共152頁，2023年，2月20日，星期六

3種泵浦方式的比較如下： ①從增益的角度看，雙向泵浦增益最大，反向泵浦次之，同向泵浦增益最低； ②從噪聲性能角度看，由于反向泵浦光很強，不易達到飽和，因而噪聲性能較好，而同向泵浦由于吸收，泵浦光沿光纖長度而衰減，使輸出光功率在一定光纖長度上達到飽和而使噪聲增加。第83頁，共152頁，2023年，2月20日，星期六（3）EDFA的工作原理第84頁，共152頁，2023年，2月20日，星期六圖10-17EDFA的工作原理圖第85頁，共152頁，2023年，2月20日，星期六（4）典型的EDFA產(chǎn)品介紹第86頁，共152頁，2023年，2月20日，星期六圖10-18典型的EDFA組成圖第87頁，共152頁，2023年，2月20日，星期六

4．EDFA的噪聲和性能指標（1）放大器的噪聲 放大器本身產(chǎn)生的噪聲使信號的信噪比下降，造成對傳輸距離的限制，因而是放大器的一項重要指標。 光纖放大器的噪聲主要來自它的自發(fā)輻射。第88頁，共152頁，2023年，2月20日，星期六（2）EDFA的性能指標 ①凈增益或增益 凈增益或增益G是指輸出信號光功率Pout與輸入信號光功率Pin之比，一般以分貝（dB）來表示。

G=Pout/Pin G=10lg(Pout/Pin)dB第89頁，共152頁，2023年，2月20日，星期六 凈增益或增益反映信號光經(jīng)過光纖放大器后得到了多大加強。 對于摻鉺光纖放大器其增益一般為30～40

dB，有的甚至可高達54

dB。第90頁，共152頁，2023年，2月20日，星期六 ②增益系數(shù) 增益系數(shù)是指從泵浦光源輸入1

mW泵浦光功率通過光纖放大器所能獲得的增益，其單位為dB/mW。第91頁，共152頁，2023年，2月20日，星期六 例如，用輸出光功率150

mW，波長為980

nm的半導體激光二極管去泵浦鉺光纖放大器，可獲得35

dB的增益，其增益系數(shù)為7/30

dB/mW。第92頁，共152頁，2023年，2月20日，星期六 增益和增益系數(shù)的區(qū)別在于：增益主要是針對輸入信號光而言的，而增益系數(shù)主要是針對輸入泵浦光而言的。第93頁，共152頁，2023年，2月20日，星期六圖10-19EDFA增益與泵浦光功率關系第94頁，共152頁，2023年，2月20日，星期六 ③飽和輸出功率 飽和輸出功率是指光纖放大器的增益降低到它的最大增益一半時的輸出功率。 一般來說，隨著輸入信號光功率的增加，光纖放大器的輸出光功率也將隨之增加，如圖10-20所示。第95頁，共152頁，2023年，2月20日，星期六圖10-20EDFA輸出光與輸入光關系第96頁，共152頁，2023年，2月20日，星期六 但放大器的輸出光功率不可能無限制地增加，當光纖放大器的輸出功率變得和泵浦光功率可以相比較時，光纖放大器的輸出就將變得飽和，增益將隨之降低或壓縮。 換句話說，輸入信號光功率的增加和輸出光功率的增加兩者之間不一定是線性關系。第97頁，共152頁，2023年，2月20日，星期六 當增益降低到最大值的一半時，其輸出功率即為飽和輸出功率。 如果以分貝為單位，其飽和輸出功率即為在光纖放大器的增益曲線上從它的最大值降低３dB時的輸出功率，如圖10-21所示。第98頁，共152頁，2023年，2月20日，星期六圖10-21EDFA增益與輸出光功率關系第99頁，共152頁，2023年，2月20日，星期六

5．DWDM系統(tǒng)對EDFA的要求（1）增益平坦的EDFA（2）EDFA的增益動態(tài)調節(jié)和鎖定技術（3）EDFA的光浪涌（4）EDFA的級聯(lián)（5）使用EDFA的安全措施第100頁，共152頁，2023年，2月20日，星期六

6．EDFA的應用第101頁，共152頁，2023年，2月20日，星期六10.4光纖光纜技術

DWDM系統(tǒng)信號在光纖中要能有效長距離傳輸，不僅要考慮光纖傳輸特性損耗和色散對光信號的影響，還要考慮光纖的非線性效應對光信號的影響。第102頁，共152頁，2023年，2月20日，星期六

10.4.1光纖的非線性效應

1．光纖的非線性效應概述 從本質上講，所有的介質都是非線性的，只是有些介質的非線性效應很小，一般情況下難以表現(xiàn)出來。第103頁，共152頁，2023年，2月20日，星期六 光纖也是如此，在常規(guī)光纖系統(tǒng)中，由于傳輸碼速不高，功率不大，光纖一般呈線性傳輸特性。 然而，在高碼速、大光功率傳輸時，光纖開始呈現(xiàn)非線性傳輸特性。第104頁，共152頁，2023年，2月20日，星期六 由于DWDM系統(tǒng)多個光波道通路的增加以及光纖放大器的使用，使得光纖產(chǎn)生非線性效應，并已成為最終限制系統(tǒng)性能（高碼速、長距離傳輸）的因素。第105頁，共152頁，2023年，2月20日，星期六 光纖非線性效應，一方面可以引起傳輸信號的附加損耗、信道之間的串話、信號頻率的移動等；另一方面，可以利用它開發(fā)出新型的光學器件，如激光器、放大器、調制器等；再者利用非線性效應可以克服色散的影響，實現(xiàn)高碼速、長距離傳輸。第106頁，共152頁，2023年，2月20日，星期六 例如，光弧子通信就是利用非線性與色散效應對光脈沖的影響效果相反，使光脈沖寬度在傳輸過程中保持不變，實現(xiàn)超窄光脈沖通信。 （光脈沖寬度只有６fs，1fs=10?15

s，稱為飛秒）。第107頁，共152頁，2023年，2月20日，星期六

2．什么是光纖的非線性效應 線性或非線性指的是光在傳輸介質中傳輸介質的性質，而非光本身的性質。 當介質受到強光場的作用時，組成介質的原子或分子內的電子相對于原子核發(fā)生微小的位移或振動，使介質產(chǎn)生極化。第108頁，共152頁，2023年，2月20日，星期六 也就是說光場的存在使得介質的特性發(fā)生了變化。 極化后的介質內出現(xiàn)了偶極子，這些偶極子能輻射出相應頻率的電磁波。 這種感生的輻射場疊加到原入射場后，便是介質內的總光場。介質特性的改變又反過來影響了光場。第109頁，共152頁，2023年，2月20日，星期六圖10-22P與E的關系圖第110頁，共152頁，2023年，2月20日，星期六

10.4.2非線性效應的影響 光纖的非線性效應可分為彈性非線性效應和受激非彈性散射效應。 彈性非線性效應是指在作用過程中電磁場和介質之間無能量交換，只是產(chǎn)生新的頻率。 第111頁，共152頁，2023年，2月20日，星期六 受激非彈性散射效應是指光纖在受光強度激發(fā)過程中，光場的部分能量轉移給非線性介質，即這種散射效應不僅產(chǎn)生新的頻率，而且還發(fā)生能量轉移。第112頁，共152頁，2023年，2月20日，星期六

1．彈性非線性效應對折射率的影響 當光場很強時，E很大，n就變成非線性。 折射指數(shù)對光強度的依賴特性引起多種非線性效應，其中影響較大的是自相位調制和交叉相位調制。第113頁，共152頁，2023年，2月20日，星期六（1）自相位調制是指傳輸過程中光脈沖由于自身引起相位變化，導致光脈沖頻譜展寬的現(xiàn)象。其機理是光信號強度使光纖折射指數(shù)發(fā)生變化，折射指數(shù)變化使光信號相位發(fā)生變化，從而引起光信號頻譜的展寬。自相位調制在單波道和多波道系統(tǒng)中均能產(chǎn)生。第114頁，共152頁，2023年，2月20日，星期六（2）交叉相位調制是指光纖中某一波長的光場Ｅ１由同時傳輸?shù)牧硪粋€不同波長的光場E２所引起的非線性相移。交叉相位調制只發(fā)生在DWDM系統(tǒng)的多波道傳輸中。第115頁，共152頁，2023年，2月20日，星期六其機理是：某一波道上的光信號E使光纖折射指數(shù)發(fā)生變化，這種相位變化也改變同向傳輸其他光波道的光信號相位，從而產(chǎn)生新的頻率。第116頁，共152頁，2023年，2月20日，星期六交叉相位調制的結果，使同向傳輸?shù)墓饷}沖頻譜不對稱地展寬。這是由于多種非線性效應使得不同頻率、相同偏振波之間產(chǎn)生耦合；同一頻率、不同偏振波之間產(chǎn)生耦合。第117頁，共152頁，2023年，2月20日，星期六（3）自相位調制和交叉相位調制共同作用改變DWDM系統(tǒng)中各波道光場的相位，使光信號頻譜展寬，從而影響多信道的復用波數(shù)目，降低傳輸容量。第118頁，共152頁，2023年，2月20日，星期六

2．受激非彈性散射效應 受激非彈性散射效應包括受激拉曼散射和受激布里淵散射。（1）受激拉曼散射第119頁，共152頁，2023年，2月20日，星期六圖10-23受激拉曼散射原理第120頁，共152頁，2023年，2月20日，星期六（2）受激布里淵散射第121頁，共152頁，2023年，2月20日，星期六圖10-24受激布里淵散射原理第122頁，共152頁，2023年，2月20日，星期六

3．四波混頻 四波混頻（FWM）效應是三階電極化率(3)參與的三階參量過程，是非線性介質對多個波同時傳輸時的一種響應現(xiàn)象。第123頁，共152頁，2023年，2月20日，星期六 設：光纖中同時有3個頻率光傳輸1、2、3，則由于非線性的作用產(chǎn)生4頻率光：

4=1±2±3

能產(chǎn)生顯著影響的是：1＋2=3＋4第124頁，共152頁，2023年，2月20日，星期六 四波混頻產(chǎn)生的不利影響有：由于能量的相互轉換，使信道功率產(chǎn)生損耗，同時產(chǎn)生串話引起干擾，另外，由于頻譜展寬限制波道復用的數(shù)量。 四波混頻的有利應用是：利用頻率能量轉換機制對光源進行調制，可產(chǎn)生新的頻率光波，也可用來進行波長轉換。第125頁，共152頁，2023年，2月20日，星期六

4．非線性和色散的共同影響（1）非線性與色散的獨立作用（2）非線性、色散對光脈沖的影響第126頁，共152頁，2023年，2月20日，星期六

5．光孤子與光孤子通信 光弧子是光脈沖在傳輸?shù)倪^程中，其形狀保持不變，形成一個孤立的波。第127頁，共152頁，2023年，2月20日，星期六 光孤子是在光纖的色散與非線性兩種效應的共同作用下，在一定的條件下產(chǎn)生的一種物理現(xiàn)象，兩種作用互相補償使光脈沖形狀在傳輸過程中保持不變。 光孤子通信利用光纖的非線性效應與色散的相互作用，使光脈沖在傳輸過程中保持其脈沖波形穩(wěn)定，從而提高系統(tǒng)傳輸距離和傳輸容量。第128頁，共152頁，2023年，2月20日，星期六

6．色散管理技術 色散管理技術是指如何克服色散影響，加大傳輸距離的一項技術。 例如：控制系統(tǒng)工作波長范圍使其盡量在零色散波長附近；設法對色散進行補償，使總色散值減?。环e極利用色散，以抵消非線性的影響等。第129頁，共152頁，2023年，2月20日，星期六

10.4.3單模光纖

1．單模光纖的基本類型

20世紀80年代末，光纖通信逐步從短波長向長波長、從多模光纖向單模光纖轉移。第130頁，共152頁，2023年，2月20日，星期六 在國家光纜干線網(wǎng)和省內干線網(wǎng)上主要采用單模光纖作為光信號傳輸媒介，而多模光纖只是局限在一些對速率要求不高、傳輸距離短的局域網(wǎng)或接入網(wǎng)中使用。第131頁，共152頁，2023年，2月20日，星期六 目前，人們談論的光纖一般指的都是單模光纖。 單模光纖因其具有損耗低、帶寬大、易于升級擴容和成本低的優(yōu)點，常見的光纖種類有如下幾類。第132頁，共152頁，2023年，2月20日，星期六（1）G.652光纖（2）G.653光纖（3）G.655光纖（4）色散補償光纖第133頁，共152頁，2023年，2月20日，星期六圖10-25各種光纖色散特性第134頁，共152頁，2023年，2月20日，星期六

2．新型光纖（1）大有效面積光纖（2）全波光纖第135頁，共152頁，2023年，2月20日，星期六小結

本章介紹了實現(xiàn)適應DWDM通信的一些關鍵技術和器件。第136頁，共152頁，2023年，2月20日，星期六 首先闡述了DWDM系統(tǒng)對光源的要求及光源類型、光波長轉換器基本結構和工作原理；然后分析了光合波/分波器和光開關的工作原理和類型；重點介紹了光放大器技術EDFA的結構和工作原理；最后對光纖的非線性效應和光纜類型進行了論述分析。第137頁，共152頁，2023年，2月20日，星期六

1．光源技術是實現(xiàn)DWDM系統(tǒng)的關鍵要素之一，應用在DWDM系統(tǒng)上的光源有兩個突出特點：（1）比較大的色散容納值；（2）標準而穩(wěn)定的波長。第138頁，共152頁，2023年，2月20日，星期六 因此，用于DWDM系統(tǒng)的光源必須是單縱模激光器，并采用間接調制實現(xiàn)光電轉換。 常用光源有單縱模激光器（SLM）、量子阱（QW）半導體激光器和摻鉺光纖激光器。第139頁，共152頁，2023年，2月20日，星期六

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