80G 密集波分复用技术原理10页word.docx

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80G密集波分复用技术原理10页word

课本、报刊杂志中的成语、名言警句等俯首皆是,但学生写作文运用到文章中的甚少,即使运用也很难做到恰如其分。

为什么?

还是没有彻底“记死”的缘故。

要解决这个问题,方法很简单,每天花3-5分钟左右的时间记一条成语、一则名言警句即可。

可以写在后黑板的“积累专栏”上每日一换,可以在每天课前的3分钟让学生轮流讲解,也可让学生个人搜集,每天往笔记本上抄写,教师定期检查等等。

这样,一年就可记300多条成语、300多则名言警句,日积月累,终究会成为一笔不小的财富。

这些成语典故“贮藏”在学生脑中,自然会出口成章,写作时便会随心所欲地“提取”出来,使文章增色添辉。

第一章密集波分复用原理

“师”之概念，大体是从先秦时期的“师长、师傅、先生”而来。

其中“师傅”更早则意指春秋时国君的老师。

《说文解字》中有注曰：

“师教人以道者之称也”。

“师”之含义，现在泛指从事教育工作或是传授知识技术也或是某方面有特长值得学习者。

“老师”的原意并非由“老”而形容“师”。

“老”在旧语义中也是一种尊称，隐喻年长且学识渊博者。

“老”“师”连用最初见于《史记》，有“荀卿最为老师”之说法。

慢慢“老师”之说也不再有年龄的限制，老少皆可适用。

只是司马迁笔下的“老师”当然不是今日意义上的“教师”，其只是“老”和“师”的复合构词，所表达的含义多指对知识渊博者的一种尊称，虽能从其身上学以“道”，但其不一定是知识的传播者。

今天看来，“教师”的必要条件不光是拥有知识，更重于传播知识。

第二章系统应用

宋以后，京师所设小学馆和武学堂中的教师称谓皆称之为“教谕”。

至元明清之县学一律循之不变。

明朝入选翰林院的进士之师称“教习”。

到清末，学堂兴起，各科教师仍沿用“教习”一称。

其实“教谕”在明清时还有学官一意，即主管县一级的教育生员。

而相应府和州掌管教育生员者则谓“教授”和“学正”。

“教授”“学正”和“教谕”的副手一律称“训导”。

于民间，特别是汉代以后，对于在“校”或“学”中传授经学者也称为“经师”。

在一些特定的讲学场合，比如书院、皇室，也称教师为“院长、西席、讲席”等。

第三章系统描述

第四章操作接口和单元盘描述

第五章管理、配置和维护

第六章附录

第一章密集波分复用技术原理

一、光波分复用技术的产生

二、波分复用原理

三、波分复用器件

四、光源

五、增益平坦的光纤放大器

六、光纤选型

七、影响波分复用系统的几个因素

八、光波分复用系统实际应用举例

一、光波分复用技术的产生

随着通信网络传输容量不断增长的需要以及网络交互性,灵活性的要求,产生

了各种复用技术,在数字光纤通信中除了大家熟知的时分复用（TDM）方式外,还出现了其他的复用方式,包括光时分复用（OTDM）,波分复用（WDM）,频分复用（FDM）以及微波副载波复用（SCM）等方式,而这些复用方式的出现,则使通信网的传输效率大大提高。

然而,信号速率大于10Gb/s的时分复用方式由于对激光器的谱线要求很高,同时由于色散的影响必须使用色散补偿技术,实现上还存在一些问题，因此光的波分复用技术就被提到了前台，由于不同波长的光信号不会产生互相干涉,利用波分复用技术看来更适于在短时间内提高系统的通信容量。

二、波分复用原理

所谓波分复用,就是采用波分复用器（合波器）在发送端将特定的不同波长的

信号光载波合并起来,并送入一根光纤传输;在接收侧,再由另一波分复用器（分波器）将这些不同波长的光载波分开,随着所用波分复用器件的不同,可以复用的波长数从两个至数十个不等。

图1-1是N个波长的WDM系统的构成示意

图。

图1－1WDM系统示意图

波分复用方式的主要特点有:

∙可以充分利用光纤的巨大带宽资源,使一根光纤的传输容量很快地扩大几倍至几十倍。

∙使N个波长复用起来在单根光纤中传输,极大地节约了光纤。

∙WDM与光纤放大器结合可以节约大量电再生器,简化了维护管理,降低了长途成本。

∙由于同一光纤中传输的信号波长彼此独立,因而可以完成各种电信业务的综合和分离,包括数字信号和模拟信号,以及PDH信号与SDH信号的综合和分离。

∙在长途网应用时,可以根据实际业务量需要逐步增加波长来扩容,十分经济灵活。

∙在实际光缆极化模色散不清的前提下,也是一种暂时避免采用超高速光系统而利用多个2.5Gb/s系统实现超大容量传输的手段。

∙利用WDM选路来实现网络交叉连接和恢复,从而可能实现未来透明的,高度生存性的全光网络。

波分复用的主要缺点是波分复用器件引入的插入损耗较大，减少了系统可用功率，虽然靠光纤放大器可以补偿功率的损失,然而会遭受光纤非线性的影响,波长较多时需仔细设计。

此外,波长较多时,需要精确地选择激光器波长并始终维持激光器波长稳定性及相同波长的备用器件,不甚方便，目前靠WDM方式已经实现了132个20Gb/s的超大容量传输实验,前景甚好。

三、波分复用器件

波分复用系统的核心部件是波分复用器件,其特性好坏在很大程度上决定了整个系统的性能。

目前已广泛商用的WDM器件可以分为3大类,即角色散器件,干涉滤波器和光纤耦合器。

1.光栅型WDM

最流行的光栅,是在玻璃衬底上沉积环氧树脂,然后再在环氧树脂上制造光栅线,构成所谓反射型闪烁光栅。

入射光照射到光栅上后,由于光栅的角色散作用,不同波长的光信号以不同的角度反射,然后经透镜会聚到不同的输出光纤,从而完成波长选择功能，反过程也同样可行。

上述不同波长的分离和合并功能就是WDM功能，闪烁光栅的优点是高分辨的波长选择作用,可以将绝大部分的能量集中反射到所需要的波长,使光强大大增加。

2.薄膜滤波器型WDM

另一类WDM器件利用光滤波技术,可由介质薄膜（DTF）构成。

DTF干涉滤波器是由几十层不同材料不同折射率和不同厚度的介质膜按照设计要求组合起来的,每层的厚度为1/4波长,一层为高折射率,一层为低折射率,交替迭合而成.当光入射到高折射率层时,反射光没有相移;当入射到低折射率层时,反射光经历180度相移。

由于层厚1/4波长,因而经低折射率层反射的光经历360度相移后与经高折射率层的反射光同相叠加，这样在中心波长附近,各层反射光叠加,在滤波器前端形成很强的反射光。

在这高反射区之外,反射光突然降低,大部分光成了投射光。

据此可以使之对一定波长范围呈通带,而对另外波长范围呈阻带,形成所要求的滤波特性。

3.熔锥型WDM

利用熔锥型耦合器的波长依赖性可以制作WDM器件，如图1-2所示，其耦合长

度L随波长而异，对于一特定的耦合器,不同波长的理想功率比呈正弦性,从而形成对不同波长具有不同通透性的滤波特性,据此可以构成WDM器件。

熔锥型WDM器件的优点是插入损耗低,无需波长选择器件,十分简单,适于批量生产,此外还具有较好的光通路带宽/通路间隔比和温度稳定性。

不足之处是尺寸稍大,复用波长数少（典型用于双波长WDM）,光滤波特性对温度十分敏感,隔离度较差（20dB左右）。

采用多个熔锥式耦合器级联应用的方法可以改进隔离度（提高到30－40dB）,适当增加复用波长数（小于6个）。

图1－2熔锥型WDM

4.集成光波导型WDM

集成光波导型WDM器件是以光集成技术为基础的平面波导型器件,如图1－3所示，它具有一切平面波导技术的潜在优点,诸如适于批量生产,重复性好,尺寸小,可以在光掩模过程中实现复杂的光路,与光纤的对准容易等等,因而代

表了一种先进的WDM技术。

典型制造过程是在硅晶片上沉积一层薄薄的二氧化硅玻璃,并利用光刻技术形成所需的图案,腐蚀成形。

目前平面波导型WDM器件已有各种实现方案，一种典型的器件是平面波导选路器,由两个星形耦合器经M个非耦合波导构成,耦合波导不等长从而形成光栅。

两端的星形耦合器由平面设置的两个公焦阵列径向波导构成。

这种波导型WDM器件十分紧凑,通路损耗差小,隔离度已达25dB,通路数大（至少已实现32路）,易于批量生产__但带内顶部不够平坦,对温度和极化较敏感,其周期性滤波特性会引起一些串扰。

总的看,这类平面波导器件具有很好的发展前途。

目前，朗讯科技的WaveStarTMOLS80G和WaveStarTMOLS400G光线路系统采用的正是这种集成

光波导型WDM器件。

图1－3集成光波导型WDM

除了上述传统WDM器件外,还可以利用多个光滤波器来分离单个波长,实现波分复用功能。

传统使用的法布里－珀罗腔滤波器尽管很方便,但需要复杂的电控制,价格较昂贵,限制了其在实际商用系统的大量应用。

近来利用布拉格光纤光栅做滤波器的工作有了重大进展，其制造方法是利用高功率紫外光波束干涉在光纤芯区中形成周期性的折射率变化,即布拉格光栅,精细度可达每厘米10000线，布拉格光纤光栅的设计和制造比较快捷方便,成本较低插入损耗很小,温度特性稳定,其滤波特性带内十分平坦,而带外又十分陡峭,整个器件可以直接与光纤熔接成一体。

然而这类光纤光栅滤波器的适用波长范围较窄,只适用于单个波长，带来的好处则是可以随着所用波长数的增减而增减滤波器,应用比较灵活。

这种采用多个光纤光栅滤波器来代替一个WDM器件的方法,代表了一种新的DWDM设计思路和方向。

四、光源

波分复用系统对光源的基本要求,首先是要具有较窄的谱线宽度,这主要是因为波分复用系统是一个色散受限的系统。

由于使用了在线的光纤放大器,功率预算已不是问题，起决定作用的主要是信号的色散导致的误码率增加,而光信号的谱线越宽,色散就越严重,为此使用以分布反馈式激光器（DFB）为主的窄线宽激光器是高速率通信的必然趋势。

除了这些常规要求外,还要求波长可微调并具有一定的波长稳定性。

波分复用系统中所用的光源有两类,即采用铌酸锂的MZ调制器与电吸收调制器,目前的陆地波分复用系统多以2.5Gb/s速率为基础,因而趋势是采用更加紧凑小巧,可与光源集成在一起,性能上也足以满足绝大多数应用要求的电吸收调制器。

这是第一种大量生产的铟镓砷磷（InGaAsP）光电集成电路,将激光

器和电吸收调制器集成在一块芯Æ__之上,该芯片再置于一热电制冷器上，如图1-4所示。

典型的上述光电集成电路（又称电吸收调制激光器EML）可以支持

2.5Gb/s信号传输600km以上的距离,远远超过直接调制激光器所能传播的距离（<200km）。

其可靠性也与标准的DFB激光器类似,平均寿命达140年。

图1－4InGaAsP光电集成电路

在密集波分复用系统（DWDM）中,由于各个通路的间隔很小（可达0.8nm）,因而对光源的波长稳定性有严格的要求,例如0.5nm的波长变化就足以使一个通路移到另一个通路上。

在实际系统中通常必须控制在0.2nm以内,其具体要求因波长间隔而异,波长间隔越密要求越高,需要采取严格的波长稳定技术。

五、增益平坦的光纤放大器（EDFA）

长距离的光信号传输必须使用中继器对已衰减的光信号进行放大。

传统的再生器采用的是光-电－光方式,并且每个放大器只能放大一个波长的信号。

对

于一个有16个波长的波分复用系统,这种方式显然是非常昂贵的。

掺铒光纤放大器的提出使这一问题得到很好的解决。

掺铒光纤放大器的工作原理是:

泵浦激光器的光将硅光纤中的铒离子激发到较高的能级,当此时有信号光输入,则由于量子能级的共振跃迁,高能级的铒离子将回落到较低的能级,同时发出与信号光的频率,位相和偏振态完全相同的光子,或称为受激辐射光。

于是,信号光得到放大,并将作为种子再次通过同样的过程不断得到放大，该过程非常类似于激光器的工作原理，并且由于掺铒光纤放大器可以同时对一个较宽波长范围的信号光进行放大,因此非常适合于波分复用系统。

目前主要使用1480nm或980nm的激光器作为泵浦源,如图1-5所示。

图1－5EDFA光纤放大器

在实际使用过程中经常碰到的问题是,