實(shí)現(xiàn)通信的關(guān)鍵技術(shù)第一頁(yè)，共一百五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二 【本章內(nèi)容簡(jiǎn)介】

實(shí)現(xiàn)DWDM通信需要很多與其功能相適應(yīng)的高新技術(shù)和器件。 本章主要介紹組成DWDM通信系統(tǒng)的關(guān)鍵器件光源與光波轉(zhuǎn)換技術(shù)、光合波/分波技術(shù)、光開(kāi)關(guān)、光放大器，以及光纖光纜技術(shù)等知識(shí)。第二頁(yè)，共一百五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二 【本章重點(diǎn)難點(diǎn)】

單縱模光源，光信號(hào)調(diào)制，光波轉(zhuǎn)換技術(shù)，光合波/分波技術(shù)，EDFA，光纖非線性效應(yīng)。第三頁(yè)，共一百五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二10.1光源與光波轉(zhuǎn)換技術(shù)10.2光波分復(fù)用器/解復(fù)用器（合波/分波器）和光開(kāi)關(guān)10.3光放大器技術(shù)10.4光纖光纜技術(shù)小結(jié)第四頁(yè)，共一百五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二10.1光源與光波轉(zhuǎn)換技術(shù)

前面已經(jīng)敘述過(guò)組成DWDM的關(guān)鍵器件之一是OTU，而構(gòu)成OTU的主要部件是光源。 因此，光源技術(shù)是實(shí)現(xiàn)DWDM系統(tǒng)的關(guān)鍵要素之一。第五頁(yè)，共一百五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二

10.1.1光纖通信系統(tǒng)對(duì)光源的要求

1．光纖通信系統(tǒng)對(duì)光源的一般要求 在光纖通信中，實(shí)現(xiàn)電信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)楣庑盘?hào)的關(guān)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(hào)的傳輸質(zhì)量，光纖通信對(duì)光源的要求可以概括如下。第六頁(yè)，共一百五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二（1）發(fā)光波長(zhǎng)與光纖的低損耗窗口相符，即與石英光纖3個(gè)低損耗窗口0.85m、1.3m或1.55m相適應(yīng)。（2）有足夠高的、穩(wěn)定的輸出光功率，以滿足系統(tǒng)對(duì)光中繼段距離的要求。第七頁(yè)，共一百五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二（3）調(diào)制特性好，響應(yīng)速度快，以利于高速率、大容量數(shù)字信號(hào)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。第八頁(yè)，共一百五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二（5）溫度穩(wěn)定性好，壽命長(zhǎng)。（6）強(qiáng)度噪聲要小，以提高模擬調(diào)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。第九頁(yè)，共一百五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二

2．DWDM系統(tǒng)對(duì)光源的特殊要求 在SDH系統(tǒng)中由于只有一個(gè)光信道，工作波長(zhǎng)可以在一個(gè)很寬的區(qū)域內(nèi)變化。 而DWDM系統(tǒng)的最重要特點(diǎn)是同時(shí)傳輸多個(gè)光信道，每個(gè)信道系統(tǒng)采用不同的波長(zhǎng)，且波長(zhǎng)間隔僅為0.8

nm甚至更小，這就對(duì)激光器提出了較高要求。第十頁(yè)，共一百五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二 除了有準(zhǔn)確的工作波長(zhǎng)外，在整個(gè)壽命期間波長(zhǎng)偏移量都應(yīng)在一定的范圍之內(nèi)，以避免不同的波長(zhǎng)相互干擾。 即激光器必須工作在標(biāo)準(zhǔn)波長(zhǎng)，且具有很好的穩(wěn)定性。第十一頁(yè)，共一百五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二 另一方面，由于采用了光放大器，DWDM系統(tǒng)的無(wú)再生中繼距離大大延長(zhǎng)。 SDH系統(tǒng)再生距離一般在50～60

km，由再生器進(jìn)行整形、定時(shí)和再生，恢復(fù)成數(shù)字信號(hào)繼續(xù)傳輸。第十二頁(yè)，共一百五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二 而DWDM系統(tǒng)中，每隔80

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

km傳輸后才進(jìn)行光電再生，因而要求延長(zhǎng)光源的色散受限距離，由過(guò)去的50～60

km提高到600

km以上，這大大提高了對(duì)光源的要求。第十三頁(yè)，共一百五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二 總體上，應(yīng)用在DWDM系統(tǒng)上的光源有兩個(gè)突出特點(diǎn)：（1）比較大的色散容納值；（2）標(biāo)準(zhǔn)而穩(wěn)定的波長(zhǎng)。第十四頁(yè)，共一百五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二

3．兩種光信號(hào)調(diào)制方式（1）直接調(diào)制光發(fā)射機(jī)組成框圖第十五頁(yè)，共一百五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二圖10-1直接調(diào)制光發(fā)射組成框圖第十六頁(yè)，共一百五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二（2）外腔調(diào)制光發(fā)射機(jī)組成框圖第十七頁(yè)，共一百五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二圖10-2外腔調(diào)制光發(fā)射組成框圖第十八頁(yè)，共一百五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二

4．DWDM系統(tǒng)對(duì)光源采取的措施（1）采用外調(diào)制技術(shù)（2）采用波長(zhǎng)穩(wěn)定技術(shù)（3）波長(zhǎng)穩(wěn)定控制實(shí)例第十九頁(yè)，共一百五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二第二十頁(yè)，共一百五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二

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(hào)是單縱模的激光。 用于DWDM系統(tǒng)的光源一般應(yīng)具備光譜范圍寬、信道光譜窄、復(fù)用信道數(shù)多以及信道波長(zhǎng)及其間隔高度穩(wěn)定等特點(diǎn)。 常用光源有單縱模激光器（SLM）、量子阱（QW）半導(dǎo)體激光器和摻鉺光纖激光器。第二十一頁(yè)，共一百五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二

1．單縱模激光器（1）獲得單縱模的途徑（2）SLM工作原理第二十二頁(yè)，共一百五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二圖10-5激光器產(chǎn)生單縱模為主振模的原理圖第二十三頁(yè)，共一百五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二（3）分布反饋激光器（DFB）第二十四頁(yè)，共一百五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二圖10-6布拉格反射原理圖第二十五頁(yè)，共一百五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二

2．量子阱半導(dǎo)體激光器 量子阱（QW）半導(dǎo)體激光器是一種窄帶隙有源區(qū)夾在寬帶隙半導(dǎo)體材料中間或交替重疊生長(zhǎng)的半導(dǎo)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(diǎn)第二十六頁(yè)，共一百五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二

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(diǎn)第二十七頁(yè)，共一百五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二

4．波長(zhǎng)可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器 波長(zhǎng)可調(diào)諧單模激光器是波分復(fù)用系統(tǒng)、相干光通信系統(tǒng)及光交換網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵器件，它可以根據(jù)需求進(jìn)行光波長(zhǎng)的改變。 主要考慮性能指標(biāo)有調(diào)諧速度和波長(zhǎng)調(diào)諧范圍。第二十八頁(yè)，共一百五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二 改變波長(zhǎng)的方法之一是：通過(guò)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(nèi)改變和控制激光器輸出波長(zhǎng)。第二十九頁(yè)，共一百五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二

10.1.3光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器（OTU）

1．OTU的基本結(jié)構(gòu)和工作原理 在開(kāi)放式的DWDM系統(tǒng)中，發(fā)送端需采用OTU將非標(biāo)準(zhǔn)的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)波長(zhǎng)，以滿足DWDM系統(tǒng)的波長(zhǎng)復(fù)用。 同樣，接收端還需OTU將標(biāo)準(zhǔn)波長(zhǎng)還原為非標(biāo)準(zhǔn)波長(zhǎng)。第三十頁(yè)，共一百五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二 目前OTU實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)轉(zhuǎn)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。第三十一頁(yè)，共一百五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二 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(diào)制方式，這樣可以消除直接調(diào)制產(chǎn)生的啁啾聲，獲得較大的色散容限，以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離無(wú)再生傳輸。第三十二頁(yè)，共一百五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二圖10-7光/電/光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器原理圖第三十三頁(yè)，共一百五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二

2．實(shí)際OTU電路組成 圖10-8所示為采用鈮酸鋰外調(diào)制技術(shù)的OTU。第三十四頁(yè)，共一百五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二圖10-8實(shí)際OTU電路組成框圖第三十五頁(yè)，共一百五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二

3．OTU的應(yīng)用（1）SDH系統(tǒng)接入DWDM系統(tǒng)中應(yīng)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第三十六頁(yè)，共一百五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二圖10-9OTU在發(fā)射端、接收端應(yīng)用第三十七頁(yè)，共一百五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二圖10-10OTU在再生中繼站應(yīng)用第三十八頁(yè)，共一百五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二

4．全光網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用 在光傳送網(wǎng)中，OTU可用做波長(zhǎng)路由變換器，通過(guò)波長(zhǎng)的再利用可擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)的容量和實(shí)現(xiàn)靈活組網(wǎng)。

OTU作為波長(zhǎng)路由器的基本功能如下。第三十九頁(yè)，共一百五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二（1）進(jìn)行透明的互操作、解決波長(zhǎng)爭(zhēng)用、波長(zhǎng)路由選定，以及在動(dòng)態(tài)業(yè)務(wù)模式下較好地利用網(wǎng)絡(luò)資源。第四十頁(yè)，共一百五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二（2）在大容量、多節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)狀網(wǎng)中，采用波長(zhǎng)變換能大大降低網(wǎng)絡(luò)的阻塞率，以提高全網(wǎng)的波長(zhǎng)利用率和提高全網(wǎng)的傳輸效率。第四十一頁(yè)，共一百五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二（3）在全光網(wǎng)絡(luò)中，利用OTU作為網(wǎng)關(guān)，實(shí)現(xiàn)子網(wǎng)的連接和通信，這樣無(wú)須了解子網(wǎng)的內(nèi)部情況，就可以實(shí)現(xiàn)光通道的建立、故障定位和隔離。第四十二頁(yè)，共一百五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二10.2光波分復(fù)用器/解復(fù)用器（合波/

分波器）和光開(kāi)關(guān)

10.2.1光波分復(fù)用器/解復(fù)用器（合波/分波器） 光波分復(fù)用器/解復(fù)用器是DWDM技術(shù)中的關(guān)鍵部件，將不同光源的信號(hào)結(jié)合在一起經(jīng)一根傳輸光纖輸出的器件稱為光復(fù)用器。第四十三頁(yè)，共一百五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二 反之，經(jīng)同一傳輸光纖送來(lái)的多波長(zhǎng)信號(hào)分解為單波長(zhǎng)信號(hào)分別輸出的器件稱為光解復(fù)用器。 從原理上說(shuō)，該器件光路是互易的（雙向互逆），即只要將光解復(fù)用器的輸出端和輸入端反過(guò)來(lái)使用，就是光復(fù)用器，因此，光復(fù)用器和光解復(fù)用器原理是相同的（除非有特殊的要求）。第四十四頁(yè)，共一百五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二 光波分復(fù)用器/解復(fù)用器在超高速、大容量波分復(fù)用系統(tǒng)中起著關(guān)鍵作用，其性能指標(biāo)主要有插入損耗和串?dāng)_，這些指標(biāo)的優(yōu)劣對(duì)系統(tǒng)的傳輸質(zhì)量有決定性影響。第四十五頁(yè)，共一百五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二 因此，DWDM系統(tǒng)要求光波分復(fù)用器/解復(fù)用器：損耗及其偏差小、信道間的串?dāng)_小、通帶損耗平坦、偏振相關(guān)性低。 DWDM系統(tǒng)中常用的光波分復(fù)用器/解復(fù)用器主要有光柵型光波分復(fù)用器和介質(zhì)膜濾波器等。第四十六頁(yè)，共一百五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二

1．光柵型光波分復(fù)用器第四十七頁(yè)，共一百五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二圖10-11光柵型光波復(fù)用器結(jié)構(gòu)示意圖第四十八頁(yè)，共一百五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二

2．介質(zhì)膜濾波器型光波分復(fù)用器第四十九頁(yè)，共一百五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二圖10-12多波道光波復(fù)用/解復(fù)用器件結(jié)構(gòu)第五十頁(yè)，共一百五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二

10.2.2濾光器和光開(kāi)關(guān)

1．濾光器第五十一頁(yè)，共一百五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二圖10-13濾光器諧振腔示意圖第五十二頁(yè)，共一百五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二2．光開(kāi)關(guān)第五十三頁(yè)，共一百五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二圖10-14光半導(dǎo)體放大器作為光開(kāi)關(guān)原理圖第五十四頁(yè)，共一百五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二10.3光放大器技術(shù)

在光纖通信中，總是希望能將光信號(hào)不失真地傳送得越遠(yuǎn)越好。 然而，由于光纖傳輸損耗等各種因素影響，使得光信號(hào)的幅度在傳輸過(guò)程中會(huì)變得越來(lái)越小，從而限制了光纖通信系統(tǒng)的傳送距離。第五十五頁(yè)，共一百五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二 20世紀(jì)80年代末光纖放大器的出現(xiàn)，使光信號(hào)的中繼放大問(wèn)題得到有效解決。 可以說(shuō)，光纖放大器的出現(xiàn)預(yù)示著光纖通信將進(jìn)入一個(gè)新紀(jì)元。第五十六頁(yè)，共一百五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二 因?yàn)槔霉饫w放大器可以大大提高發(fā)射端入纖光功率，實(shí)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。第五十七頁(yè)，共一百五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二

10.3.1光放大器應(yīng)用與分類

1．傳統(tǒng)光/電/光中繼器的不足 為了延長(zhǎng)通信距離，在光纖通信系統(tǒng)中需加再生中繼器，實(shí)現(xiàn)對(duì)衰減的光信號(hào)進(jìn)行放大、再生、整形。而采用光/電/光中繼器存在以下一些不足。第五十八頁(yè)，共一百五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二（1）需要大量的光發(fā)送和光接收設(shè)備，實(shí)現(xiàn)光/電、電/光轉(zhuǎn)換，使設(shè)備很復(fù)雜。第五十九頁(yè)，共一百五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二（2）采用光/電/光中繼器的無(wú)中繼通信距離不能過(guò)長(zhǎng)，否則由于信號(hào)的過(guò)度衰減，中繼器無(wú)法實(shí)現(xiàn)信號(hào)的再生。這種中繼器的通信距離一般在10

km以內(nèi)。第六十頁(yè)，共一百五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二（3）在DWDM系統(tǒng)中，由于光/電/光中繼器只能對(duì)單波道信號(hào)進(jìn)行光/電、電/光轉(zhuǎn)換，需增加大量的波分復(fù)用器和解復(fù)用器，使中繼設(shè)備過(guò)于龐大、復(fù)雜。第六十一頁(yè)，共一百五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二

2．采用光放大器作為再生中繼器的優(yōu)勢(shì)（1）采用光放大器可使光信號(hào)傳輸距離大大延長(zhǎng)，減少了通信系統(tǒng)的再生中繼器的數(shù)目。第六十二頁(yè)，共一百五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二（2）在DWDM系統(tǒng)中，可以實(shí)現(xiàn)全波道的光信號(hào)同時(shí)放大，不需進(jìn)行光波的分解和復(fù)用，節(jié)省了大量的波分復(fù)用器/解復(fù)用器和光接收、光發(fā)送等光/電、電/光轉(zhuǎn)換設(shè)備，使光中繼器設(shè)備變得非常簡(jiǎn)單，造價(jià)降低。第六十三頁(yè)，共一百五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二（3）采用光放大器可以實(shí)現(xiàn)光纖通信系統(tǒng)的全光傳輸，克服了電子瓶頸對(duì)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。第六十四頁(yè)，共一百五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二

3．光放大器的分類 光放大器有半導(dǎo)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(dǎo)體光放大器（2）非線性光纖放大器（3）摻雜光纖放大器第六十五頁(yè)，共一百五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二

10.3.2EDFA放大器

1．EDFA概述

EDFA是固體激光技術(shù)與光纖制造技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物。 其關(guān)鍵技術(shù)有二：其一，摻鉺光纖（EDF）；其二，泵浦源。第六十六頁(yè)，共一百五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二

EDF是用石英光纖作為基質(zhì)（也可采用氟化物光纖），在纖芯中摻入固體激光工作物質(zhì)鉺離子而形成的。 摻鉺光纖與常規(guī)光纖相比更細(xì)，采用纖形的理由是：（1）提高信號(hào)光與能量光的密度，以提高它們的相互作用效率；第六十七頁(yè)，共一百五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二（2）延長(zhǎng)信號(hào)光與高能級(jí)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(duì)泵浦光功率的要求。第六十八頁(yè)，共一百五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二

2．EDFA的主要優(yōu)缺點(diǎn)

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(diǎn)。第六十九頁(yè)，共一百五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二（1）工作波長(zhǎng)與光纖最小損耗窗口一致，可在光纖通信中獲得應(yīng)用。第七十頁(yè)，共一百五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二（2）耦合效率高。 因?yàn)槭枪饫w型放大器，易與傳輸光纖耦合連接。 也可用熔接技術(shù)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。第七十一頁(yè)，共一百五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二（3）能量轉(zhuǎn)換效率高。 激光工作物質(zhì)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(hào)光和泵浦光也是在光纖的近軸部分最強(qiáng)，這使得光與介質(zhì)的作用很充分；再加之有較長(zhǎng)的作用長(zhǎng)度，因而有較高的轉(zhuǎn)換效率。第七十二頁(yè)，共一百五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二（4）增益高、噪聲低、輸出功率大。 增益可達(dá)40

dB，輸出功率在單泵浦時(shí)可達(dá)14

dBm，而在雙泵浦時(shí)可達(dá)17

dBm，甚至20

dBm。 充分泵浦時(shí)，噪聲系數(shù)可低至3～4

dB。串話也很小。第七十三頁(yè)，共一百五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二（5）增益特性穩(wěn)定。

EDFA增益對(duì)溫度不敏感，在100℃范圍內(nèi)，增益特性保持穩(wěn)定。 增益與偏振無(wú)關(guān)也是EDFA的一大特點(diǎn)。 這一特性至關(guān)重要，因?yàn)橐话阃ㄐ殴饫w并不能使傳輸信號(hào)偏振態(tài)保持不變。第七十四頁(yè)，共一百五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二（6）可實(shí)現(xiàn)透明的傳輸。 所謂透明，是指可同時(shí)傳輸模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)、高比特率信號(hào)和低比特率信號(hào)，信號(hào)的速率、碼型格式、協(xié)議均不發(fā)生變化，而且各波道信號(hào)不會(huì)產(chǎn)生干擾。系統(tǒng)需要擴(kuò)容時(shí)，可只改動(dòng)終端設(shè)備而不改動(dòng)線路。第七十五頁(yè)，共一百五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二

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

500

nm左右波長(zhǎng)的光波。

第七十六頁(yè)，共一百五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二 光纖換用不同的基質(zhì)時(shí)，鉺離子能級(jí)只發(fā)生微小的變化，因此可調(diào)節(jié)的激光躍遷波長(zhǎng)范圍有限。 為了改變工作波長(zhǎng)，只能換用其他元素，比如用PDFA可工作在1

310

nm波段等。第七十七頁(yè)，共一百五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二（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(lái)進(jìn)行增益譜補(bǔ)償。第七十八頁(yè)，共一百五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二

3．EDFA的結(jié)構(gòu)與工作原理（1）EDFA的基本結(jié)構(gòu)組成第七十九頁(yè)，共一百五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二圖10-15EDFA的基本結(jié)構(gòu)第八十頁(yè)，共一百五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二（2）EDFA3種不同的結(jié)構(gòu)方式（泵浦方式）第八十一頁(yè)，共一百五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二圖10-163種泵浦方式的EDFA結(jié)構(gòu)第八十二頁(yè)，共一百五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二

3種泵浦方式的比較如下： ①?gòu)脑鲆娴慕嵌瓤矗p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(qiáng)，不易達(dá)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(zhǎng)度而衰減，使輸出光功率在一定光纖長(zhǎng)度上達(dá)到飽和而使噪聲增加。第八十三頁(yè)，共一百五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二（3）EDFA的工作原理第八十四頁(yè)，共一百五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二圖10-17EDFA的工作原理圖第八十五頁(yè)，共一百五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二（4）典型的EDFA產(chǎn)品介紹第八十六頁(yè)，共一百五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二圖10-18典型的EDFA組成圖第八十七頁(yè)，共一百五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二

4．EDFA的噪聲和性能指標(biāo)（1）放大器的噪聲 放大器本身產(chǎn)生的噪聲使信號(hào)的信噪比下降，造成對(duì)傳輸距離的限制，因而是放大器的一項(xiàng)重要指標(biāo)。 光纖放大器的噪聲主要來(lái)自它的自發(fā)輻射。第八十八頁(yè)，共一百五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二（2）EDFA的性能指標(biāo) ①凈增益或增益 凈增益或增益G是指輸出信號(hào)光功率Pout與輸入信號(hào)光功率Pin之比，一般以分貝（dB）來(lái)表示。

G=Pout/Pin G=10lg(Pout/Pin)dB第八十九頁(yè)，共一百五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二 凈增益或增益反映信號(hào)光經(jīng)過(guò)光纖放大器后得到了多大加強(qiáng)。 對(duì)于摻鉺光纖放大器其增益一般為30～40

dB，有的甚至可高達(dá)54

dB。第九十頁(yè)，共一百五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二 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(guò)光纖放大器所能獲得的增益，其單位為dB/mW。第九十一頁(yè)，共一百五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二 例如，用輸出光功率150

mW，波長(zhǎng)為980

nm的半導(dǎo)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。第九十二頁(yè)，共一百五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二 增益和增益系數(shù)的區(qū)別在于：增益主要是針對(duì)輸入信號(hào)光而言的，而增益系數(shù)主要是針對(duì)輸入泵浦光而言的。第九十三頁(yè)，共一百五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二圖10-19EDFA增益與泵浦光功率關(guān)系第九十四頁(yè)，共一百五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二 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(shí)的輸出功率。 一般來(lái)說(shuō)，隨著輸入信號(hào)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。第九十五頁(yè)，共一百五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二圖10-20EDFA輸出光與輸入光關(guān)系第九十六頁(yè)，共一百五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二 但放大器的輸出光功率不可能無(wú)限制地增加，當(dāng)光纖放大器的輸出功率變得和泵浦光功率可以相比較時(shí)，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(shuō)，輸入信號(hào)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(guān)系。第九十七頁(yè)，共一百五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二 當(dāng)增益降低到最大值的一半時(shí)，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(shí)的輸出功率，如圖10-21所示。第九十八頁(yè)，共一百五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二圖10-21EDFA增益與輸出光功率關(guān)系第九十九頁(yè)，共一百五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二

5．DWDM系統(tǒng)對(duì)EDFA的要求（1）增益平坦的EDFA（2）EDFA的增益動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)和鎖定技術(shù)（3）EDFA的光浪涌（4）EDFA的級(jí)聯(lián)（5）使用EDFA的安全措施第一百頁(yè)，共一百五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二

6．EDFA的應(yīng)用第一百零一頁(yè)，共一百五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二10.4光纖光纜技術(shù)

DWDM系統(tǒng)信號(hào)在光纖中要能有效長(zhǎng)距離傳輸，不僅要考慮光纖傳輸特性損耗和色散對(duì)光信號(hào)的影響，還要考慮光纖的非線性效應(yīng)對(duì)光信號(hào)的影響。第一百零二頁(yè)，共一百五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二

10.4.1光纖的非線性效應(yīng)

1．光纖的非線性效應(yīng)概述 從本質(zhì)上講，所有的介質(zhì)都是非線性的，只是有些介質(zhì)的非線性效應(yīng)很小，一般情況下難以表現(xiàn)出來(lái)。第一百零三頁(yè)，共一百五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二 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(shí)，光纖開(kāi)始呈現(xiàn)非線性傳輸特性。第一百零四頁(yè)，共一百五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二 由于DWDM系統(tǒng)多個(gè)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(yīng)，并已成為最終限制系統(tǒng)性能（高碼速、長(zhǎng)距離傳輸）的因素。第一百零五頁(yè)，共一百五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二 光纖非線性效應(yīng)，一方面可以引起傳輸信號(hào)的附加損耗、信道之間的串話、信號(hào)頻率的移動(dòng)等；另一方面，可以利用它開(kāi)發(fā)出新型的光學(xué)器件，如激光器、放大器、調(diào)制器等；再者利用非線性效應(yīng)可以克服色散的影響，實(shí)現(xiàn)高碼速、長(zhǎng)距離傳輸。第一百零六頁(yè)，共一百五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二 例如，光弧子通信就是利用非線性與色散效應(yīng)對(duì)光脈沖的影響效果相反，使光脈沖寬度在傳輸過(guò)程中保持不變，實(shí)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）。第一百零七頁(yè)，共一百五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二

2．什么是光纖的非線性效應(yīng) 線性或非線性指的是光在傳輸介質(zhì)中傳輸介質(zhì)的性質(zhì)，而非光本身的性質(zhì)。 當(dāng)介質(zhì)受到強(qiáng)光場(chǎng)的作用時(shí)，組成介質(zhì)的原子或分子內(nèi)的電子相對(duì)于原子核發(fā)生微小的位移或振動(dòng)，使介質(zhì)產(chǎn)生極化。第一百零八頁(yè)，共一百五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二 也就是說(shuō)光場(chǎng)的存在使得介質(zhì)的特性發(fā)生了變化。 極化后的介質(zhì)內(nèi)出現(xiàn)了偶極子，這些偶極子能輻射出相應(yīng)頻率的電磁波。 這種感生的輻射場(chǎng)疊加到原入射場(chǎng)后，便是介質(zhì)內(nèi)的總光場(chǎng)。介質(zhì)特性的改變又反過(guò)來(lái)影響了光場(chǎng)。第一百零九頁(yè)，共一百五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二圖10-22P與E的關(guān)系圖第一百一十頁(yè)，共一百五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二

10.4.2非線性效應(yīng)的影響 光纖的非線性效應(yīng)可分為彈性非線性效應(yīng)和受激非彈性散射效應(yīng)。 彈性非線性效應(yīng)是指在作用過(guò)程中電磁場(chǎng)和介質(zhì)之間無(wú)能量交換，只是產(chǎn)生新的頻率。 第一百一十一頁(yè)，共一百五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二 受激非彈性散射效應(yīng)是指光纖在受光強(qiáng)度激發(fā)過(guò)程中，光場(chǎng)的部分能量轉(zhuǎn)移給非線性介質(zhì)，即這種散射效應(yīng)不僅產(chǎn)生新的頻率，而且還發(fā)生能量轉(zhuǎn)移。第一百一十二頁(yè)，共一百五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二

1．彈性非線性效應(yīng)對(duì)折射率的影響 當(dāng)光場(chǎng)很強(qiáng)時(shí)，E很大，n就變成非線性。 折射指數(shù)對(duì)光強(qiáng)度的依賴特性引起多種非線性效應(yīng)，其中影響較大的是自相位調(diào)制和交叉相位調(diào)制。第一百一十三頁(yè)，共一百五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二（1）自相位調(diào)制是指?jìng)鬏斶^(guò)程中光脈沖由于自身引起相位變化，導(dǎo)致光脈沖頻譜展寬的現(xiàn)象。其機(jī)理是光信號(hào)強(qiáng)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(hào)相位發(fā)生變化，從而引起光信號(hào)頻譜的展寬。自相位調(diào)制在單波道和多波道系統(tǒng)中均能產(chǎn)生。第一百一十四頁(yè)，共一百五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二（2）交叉相位調(diào)制是指光纖中某一波長(zhǎng)的光場(chǎng)Ｅ１由同時(shí)傳輸?shù)牧硪粋€(gè)不同波長(zhǎng)的光場(chǎng)E２所引起的非線性相移。交叉相位調(diào)制只發(fā)生在DWDM系統(tǒng)的多波道傳輸中。第一百一十五頁(yè)，共一百五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二其機(jī)理是：某一波道上的光信號(hào)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(hào)相位，從而產(chǎn)生新的頻率。第一百一十六頁(yè)，共一百五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二交叉相位調(diào)制的結(jié)果，使同向傳輸?shù)墓饷}沖頻譜不對(duì)稱地展寬。這是由于多種非線性效應(yīng)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。第一百一十七頁(yè)，共一百五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二（3）自相位調(diào)制和交叉相位調(diào)制共同作用改變DWDM系統(tǒng)中各波道光場(chǎng)的相位，使光信號(hào)頻譜展寬，從而影響多信道的復(fù)用波數(shù)目，降低傳輸容量。第一百一十八頁(yè)，共一百五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二

2．受激非彈性散射效應(yīng) 受激非彈性散射效應(yīng)包括受激拉曼散射和受激布里淵散射。（1）受激拉曼散射第一百一十九頁(yè)，共一百五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二圖10-23受激拉曼散射原理第一百二十頁(yè)，共一百五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二（2）受激布里淵散射第一百二十一頁(yè)，共一百五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二圖10-24受激布里淵散射原理第一百二十二頁(yè)，共一百五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二

3．四波混頻 四波混頻（FWM）效應(yīng)是三階電極化率(3)參與的三階參量過(guò)程，是非線性介質(zhì)對(duì)多個(gè)波同時(shí)傳輸時(shí)的一種響應(yīng)現(xiàn)象。第一百二十三頁(yè)，共一百五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二 設(shè)：光纖中同時(shí)有3個(gè)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第一百二十四頁(yè)，共一百五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二 四波混頻產(chǎn)生的不利影響有：由于能量的相互轉(zhuǎn)換，使信道功率產(chǎn)生損耗，同時(shí)產(chǎn)生串話引起干擾，另外，由于頻譜展寬限制波道復(fù)用的數(shù)量。 四波混頻的有利應(yīng)用是：利用頻率能量轉(zhuǎn)換機(jī)制對(duì)光源進(jìn)行調(diào)制，可產(chǎn)生新的頻率光波，也可用來(lái)進(jìn)行波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換。第一百二十五頁(yè)，共一百五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二

4．非線性和色散的共同影響（1）非線性與色散的獨(dú)立作用（2）非線性、色散對(duì)光脈沖的影響第一百二十六頁(yè)，共一百五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二

5．光孤子與光孤子通信 光弧子是光脈沖在傳輸?shù)倪^(guò)程中，其形狀保持不變，形成一個(gè)孤立的波。第一百二十七頁(yè)，共一百五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二 光孤子是在光纖的色散與非線性兩種效應(yīng)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(bǔ)償使光脈沖形狀在傳輸過(guò)程中保持不變。 光孤子通信利用光纖的非線性效應(yīng)與色散的相互作用，使光脈沖在傳輸過(guò)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。第一百二十八頁(yè)，共一百五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二

6．色散管理技術(shù) 色散管理技術(shù)是指如何克服色散影響，加大傳輸距離的一項(xiàng)技術(shù)。 例如：控制系統(tǒng)工作波長(zhǎng)范圍使其盡量在零色散波長(zhǎng)附近；設(shè)法對(duì)色散進(jìn)行補(bǔ)償，使總色散值減??；積極利用色散，以抵消非線性的影響等。第一百二十九頁(yè)，共一百五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二

10.4.3單模光纖

1．單模光纖的基本類型

20世紀(jì)80年代末，光纖通信逐步從短波長(zhǎng)向長(zhǎng)波長(zhǎng)、從多模光纖向單模光纖轉(zhuǎn)移。第一百三十頁(yè)，共一百五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二 在國(guó)家光纜干線網(wǎng)和省內(nèi)干線網(wǎng)上主要采用單模光纖作為光信號(hào)傳輸媒介，而多模光纖只是局限在一些對(duì)速率要求不高、傳輸距離短的局域網(wǎng)或接入網(wǎng)中使用。第一百三十一頁(yè)，共一百五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二 目前，人們談?wù)摰墓饫w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(jí)擴(kuò)容和成本低的優(yōu)點(diǎn)，常見(jiàn)的光纖種類有如下幾類。第一百三十二頁(yè)，共一百五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二（1）G.652光纖（2）G.653光纖（3）G.655光纖（4）色散補(bǔ)償光纖第一百三十三頁(yè)，共一百五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二圖10-25各種光纖色散特性第一百三十四頁(yè)，共一百五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二

2．新型光纖（1）大有效面積光纖（2）全波光纖第一百三十五頁(yè)，共一百五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二小結(jié)

本章介紹了實(shí)現(xiàn)適應(yīng)DWDM通信的一些關(guān)鍵技術(shù)和器件。第一百三十六頁(yè)，共一百五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二 首先闡述了DWDM系統(tǒng)對(duì)光源的要求及光源類型、光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器基本結(jié)構(gòu)和工作原理；然后分析了光合波/分波器和光開(kāi)關(guān)的工作原理和類型；重點(diǎn)介紹了光放大器技術(shù)EDFA的結(jié)構(gòu)和工作原理；最后對(duì)光纖的非線性效應(yīng)和光纜類型進(jìn)行了論述分析。第一百三十七頁(yè)，共一百五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二

1．光源技術(shù)是實(shí)現(xiàn)DWDM系統(tǒng)的關(guān)鍵要素之一，應(yīng)用在DWDM系統(tǒng)上的光源有兩個(gè)突出特點(diǎn)：（1）比較大的色散容納值；（2）標(biāo)準(zhǔn)而穩(wěn)定的波長(zhǎng)。第一百三十八頁(yè)，共一百五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二 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(diào)制實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換。 常用光源有單縱模激光器（SLM）、量子阱（QW）半導(dǎo)體激光器和摻鉺光纖激光器。第一百三十九頁(yè)，共一百五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二

2．在開(kāi)放式的DW