1、全光通信網(wǎng),內(nèi)容安排,光纖通信 光纖通信發(fā)展史； 光源 光纖及其特點； 光纖通信系統(tǒng)； 光纖通信器件； 全光通信網(wǎng) 全光通信網(wǎng)特點； 全光通信網(wǎng)結(jié)構(gòu)； 全光通信網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)； 全光通信網(wǎng)的發(fā)展。,光纖通信發(fā)展史,什么是通信 人們在日常生活中，常常需要將信息從一個地方傳到另一個地方，這種信息的傳遞過程就稱為通信。 通信技術(shù)：實現(xiàn)信息傳遞功能的技術(shù)。 信息傳遞過程中將抑制掉無用的信息，無失真高效的將有用信息傳遞給對方，還包括采集、存儲、處理和顯示等。 光纖通信發(fā)展史,光通信發(fā)展史,古代：烽火臺 1880年 Bell發(fā)明光電話（現(xiàn)代光通信的雛型） 問題：光源、傳輸介質(zhì),光源,對通信用光源的要求如下 ：

2、 合適的發(fā)光波長； 足夠的輸出功率； 光譜單色性要好； 電/光轉(zhuǎn)換效率要高； 聚光性好； 溫度穩(wěn)定性好， 可靠性高，壽命長。 器件體積小，重量輕，安裝使用方便，價格便宜。 ,激光器的發(fā)展史,1960年，美國人梅曼(Maiman)發(fā)明了第一臺紅寶石激光器， 給光通信帶來了新的希望。 接著，氦氖(He - Ne)激光器、二氧化碳(CO2)激光器先后出現(xiàn)，并投入實際應(yīng)用。,激光的產(chǎn)生,激光的產(chǎn)生,圖二 原子內(nèi)電子的躍遷過程,受激吸收 自發(fā)輻射 受激輻射,激光的產(chǎn)生,受激吸收即粒子吸收一個光子由低能級躍遷到高能級; 自發(fā)輻射即高能級粒子不穩(wěn)定，會自發(fā)躍遷到低能級，同時放出一個光子。 受激輻射即高能級粒

3、子在一個外來光子的誘導(dǎo)下會躍遷到低能級，同時釋放一個與誘導(dǎo)光子完全相同的光子，也就是實現(xiàn)了光放大。,激光的產(chǎn)生,受激輻射的發(fā)現(xiàn)表明，當(dāng)一束光射向介質(zhì)時，有可能存在這樣一種情況：它非但不會衰減，反而能誘導(dǎo)引發(fā)出新的光子，而且新的光子的頻率、相位、偏振狀態(tài)、傳播方向等均與入射光束完全相同，也就是說光通過某種介質(zhì)可以實現(xiàn)受激輻射的光放大。,激光產(chǎn)生的基本條件,粒子數(shù)反轉(zhuǎn)是實現(xiàn)受激輻射，得到光放大的必要條件。 可從外界輸入能量，把低能級上的原子激發(fā)到高能級上，這個過程稱“激勵”或“抽運”或“光泵”。,紅寶石激光器,一臺激光器是由工作物質(zhì)、諧振腔和激勵源組成。,紅寶石激光器,激光的產(chǎn)生,1970年，美國

4、貝爾實驗室、日本電氣公司(NEC)和前蘇聯(lián)先后研制成功鎵鋁砷(GaAlAs)雙異質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體激光器(短波長)。雖然壽命只有幾個小時，但它為半導(dǎo)體激光器的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。 1973 年，半導(dǎo)體激光器壽命達到7000小時。 1976年，日本電報電話公司研制成功發(fā)射波長為1.3 m的銦鎵砷磷(InGaAsP)激光器。 1977 年，貝爾實驗室研制的半導(dǎo)體激光器壽命達到10萬小時。 1979年美國電報電話(AT 全光網(wǎng),WDM系統(tǒng),光通信的復(fù)用方式： 空分復(fù)用； 時分復(fù)用； 波分復(fù)用（頻分復(fù)用）;,空分復(fù)用,利用在空間分割構(gòu)成不同的信道來實現(xiàn)光復(fù)用的技術(shù)。,時分復(fù)用,時分復(fù)用：各路信號在同一信道上占有不

5、同時間間隙進行通信 。,時分復(fù)用,5個64kbit/s數(shù)字音頻信道的時分復(fù)用,時分復(fù)用,光時分復(fù)用原理圖,波分復(fù)用,波分復(fù)用,（Wavelength Division Multiplexing，WDM） 在一根光纖中同時傳送不同波長的多個光載波信號的技術(shù)。,WDM系統(tǒng)原理框圖,波分復(fù)用,粗波分復(fù)用（CWDM） 相鄰波長間隔較大（50100nm）； 密集波分復(fù)用（DWDM） 相鄰波長間隔為110nm； 頻分復(fù)用（FDM） 相鄰波長間隔小于1nm。,WDM系統(tǒng)迅速發(fā)展的原因,通信業(yè)務(wù)的迅速增長； 電子器件速率瓶頸； 巨大的帶寬資源； EDFA的商用化,WDM發(fā)展歷史,20世紀(jì)80年代：兩波長的波分

6、復(fù)用； 1995年：1550nm窗口的多個波長的WDM系統(tǒng)商用。 1998年：我國研制成功了四波長的WDM系統(tǒng)； 以后三年：16波、32波、40波，每波長速率可達10Gbit/s； 2002年：華為、中興研制成功1.6Tbit/s（160*10Gbit/s）的WDM系統(tǒng)。 2007年:阿爾卡特朗訊 實現(xiàn)了12.8Tbit/s（160*80Gbit/s）的2550km的長途信息傳輸 。,WDM系統(tǒng)特點,可充分利用光纖的巨大帶寬資源； 可以同時傳輸多種不同類型的信號； 超大傳輸容量； 節(jié)省光纖資源、降低成本； 各通路透明傳輸、平滑升級擴容； 充分利用成熟的TDM技術(shù)； 利用EDFA實現(xiàn)超長距離傳輸

7、； 對光纖的色散無過高要求； 可組成WDM全光網(wǎng)絡(luò),WDM系統(tǒng)基本構(gòu)成方式,雙纖單向WDM系統(tǒng),WDM系統(tǒng)基本構(gòu)成方式,單纖雙向通信系統(tǒng),WDM系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu),光轉(zhuǎn)發(fā)器1,光轉(zhuǎn)發(fā)器n,光 合 波 器,BA,LA,PA,光 分 波 器,光接收器1,光接收器n,光監(jiān)控信道 發(fā)送器,光監(jiān)控信道 接收/發(fā)送器,光監(jiān)控信道 接收器,光發(fā)送機,光接收機,光中繼放大,光 纖,光 纖,網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng),s,s,s,s,1,n,n,1,n,1,n,1,WDM系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu),光發(fā)送機將來自不同終端的多路光信號分別由光轉(zhuǎn)發(fā)器轉(zhuǎn)換為各自特定波長的光信號后，經(jīng)光合波器合成組合光信號，再通過光功率放大器放大輸出至光纖中傳輸。

8、 光中繼放大用采用了增益平坦技術(shù)的EDFA實現(xiàn)對不同波長光信號的相同增益放大。 光接收機先由前置光放大器放大經(jīng)傳輸衰減的主信道光信號，再用分波器從主信道光信號中分出不同特定波長的光信號。 光監(jiān)控信道監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)各信道的傳輸情況。在發(fā)送端，插入本節(jié)點產(chǎn)生的波長s為的光監(jiān)控信號（如幀同步、公務(wù)及各種網(wǎng)管開銷字節(jié)），與主信道的光信號合波輸出；在接收端，將收到的光信號進行分離，輸出為s波長的光監(jiān)控信號和業(yè)務(wù)信道光信號。 網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)通過光監(jiān)控信道物理層傳送的開銷字節(jié)到其他結(jié)點或接收來自其他結(jié)點的開銷字節(jié)對WDM進行管理，實現(xiàn)配置、故障、安全、性能管理等功能，并與上級管理系統(tǒng)通信。,光波長分配原則,G.6

9、92規(guī)定在1550nm頻段上頻率間隔是100GHz（波長間隔約為0.8nm）的整數(shù)倍。,WDM技術(shù)中的關(guān)鍵器件,光波長轉(zhuǎn)換器； 光合波器/分波器； 光放大器,光波長轉(zhuǎn)換器:是把光信號從一個波長轉(zhuǎn)換為另一個波長的器件。 光-電-光型； 基于光混頻原理的波長變換器 基于光調(diào)制原理的波長變換器,WDM技術(shù)中的關(guān)鍵器件,基于光混頻原理的波長變換器,基于光調(diào)制原理的波長變換器,WDM技術(shù)中的關(guān)鍵器件,光放大器分類： 摻稀土類光放大器； 非線性效應(yīng)光放大器； 半導(dǎo)體光放大器；,WDM技術(shù)中的關(guān)鍵器件,摻鉺光纖放大器的結(jié)構(gòu)圖,WDM技術(shù)中的關(guān)鍵器件,EDFA特點： 增益高、 輸出功率高、 通常工作在15301565nm光纖損耗最低的窗口、 噪聲系數(shù)低 等。,WDM技術(shù)中的關(guān)鍵器件,拉曼光纖放大器的結(jié)構(gòu),WDM技術(shù)中的關(guān)鍵器件,拉曼光纖放大器的特點： 其增益波長由泵浦光波長決定，只要泵浦源的波長適當(dāng)，理論上可得到任意波長的信號放大； 其增益介質(zhì)為傳輸光纖本身； 噪聲系數(shù)低。,WDM技術(shù)中的關(guān)鍵器件,半導(dǎo)體光放大