光纖通信光纖線路技術(shù)及器件 波分復(fù)用器件ppt課件

1、波分復(fù)用器件波分復(fù)用器件(WDM)(WDM)n波分復(fù)用技術(shù)是在一根光纖中傳輸多個波分復(fù)用技術(shù)是在一根光纖中傳輸多個波長信號從而提高傳輸容量的一種技術(shù)。波長信號從而提高傳輸容量的一種技術(shù)。n波分復(fù)用器件包含光分波器和光合波器，波分復(fù)用器件包含光分波器和光合波器，它的作用是將多個波長不一的信號光融它的作用是將多個波長不一的信號光融入一根光纖或者將交融在一根光纖中的入一根光纖或者將交融在一根光纖中的多個波長不一的信號光分路。多個波長不一的信號光分路。n主要有光柵型、干涉濾波片型、陣列光主要有光柵型、干涉濾波片型、陣列光波導(dǎo)型和熔錐型四種根本方式。波導(dǎo)型和熔錐型四種根本方式。AB單纖雙向傳輸棱鏡型光柵

2、型光柵型n光柵是指具有周期性透射或反射構(gòu)造的器件。光柵是指具有周期性透射或反射構(gòu)造的器件。不同頻率的光照射光柵時，由于衍射效應(yīng)，透不同頻率的光照射光柵時，由于衍射效應(yīng)，透射或反射光將以不同的空間角度傳播，就可將射或反射光將以不同的空間角度傳播，就可將不同頻率的光在空間進(jìn)展合波或分波。不同頻率的光在空間進(jìn)展合波或分波。 閃耀光柵剖面圖閃耀光柵剖面圖l ln nBOE1l1 l1 lnlnL1L2l1l1F1透射式二元光學(xué)波分復(fù)用器件透射式二元光學(xué)波分復(fù)用器件干涉濾波片型干涉濾波片型n采用干涉濾波片來實現(xiàn)不同波長的光的采用干涉濾波片來實現(xiàn)不同波長的光的分別，實現(xiàn)分分別，實現(xiàn)分/ /合波功能。合波功

3、能。n由于采用了微等離子體鍍膜技術(shù)，介質(zhì)由于采用了微等離子體鍍膜技術(shù)，介質(zhì)膜窄帶濾光片的光學(xué)性能有了很大改善，膜窄帶濾光片的光學(xué)性能有了很大改善，工藝也較為成熟。透過率高，帶寬窄，工藝也較為成熟。透過率高，帶寬窄，中心波長溫度系數(shù)可小于中心波長溫度系數(shù)可小于3pm/3pm/C C。同時，。同時，DWDMDWDM系統(tǒng)市場的日益增長也使多腔介質(zhì)系統(tǒng)市場的日益增長也使多腔介質(zhì)膜窄帶濾光片的批量本錢降低。膜窄帶濾光片的批量本錢降低。干涉濾波片干涉濾波片l l0 , l l1，l lnl l1， l lnl l0n1L1n2L2腔 3腔 2腔 1反射介質(zhì)玻璃襯底介質(zhì)薄膜濾波器的傳輸譜介質(zhì)薄膜濾波器的傳輸

4、譜0.9964030200100.99811.0021.0043腔2腔1腔l0 / l濾波器的傳輸譜 / dB介質(zhì)薄膜型波分復(fù)用器件介質(zhì)薄膜型波分復(fù)用器件信道信道1信道信道2信道信道8信道信道7窄帶濾波器窄帶濾波器l l1, l l8l l1l l2l l8l l7公共端公共端1547.71555.71562.1-450介質(zhì)膜波分復(fù)用器件各信道上光傳輸特性介質(zhì)膜波分復(fù)用器件各信道上光傳輸特性波長波長(nm)功功率率波分復(fù)用技術(shù)的開展n1310nm/1550nm窗口的波分復(fù)用窗口的波分復(fù)用:n仍用于接入網(wǎng)，很少用于長間隔傳輸仍用于接入網(wǎng)，很少用于長間隔傳輸n1550nm窗口的密集波分復(fù)用窗口的密

5、集波分復(fù)用(DWDM):n廣泛用于長間隔傳輸廣泛用于長間隔傳輸n1550nm窗口的稀疏波分復(fù)用窗口的稀疏波分復(fù)用(CWDM):n用于城域網(wǎng)用于城域網(wǎng)DWDMnDense Wavelength Division MultiplexernITU-T G692n信道間隔：信道間隔： nm量級量級nDlDfn1.6nm100Gn0.8nm50Gn0.4nm25GFrequency(THz)Wavelength(nm)Frequency(THz)Wavelength(nm)196.11528.77193.11552.52196.01529.55193.01553.33195.91530.33192.91

6、554.13195.81531.12195.81554.94195.71531.9192.71555.75通道號中心波長中心頻率4 波系統(tǒng)8 波系統(tǒng)16 波系統(tǒng)32 波系統(tǒng)11535.82195.2*21536.61195.1*31537.40195.0*41538.19194.9*51538.98194.8*61539.77194.7*71540.56194.6*81541.35194.5*91542.14194.4*101542.94194.3*111543.73194.2*121544.53194.1*131545.32194.0*141546.12193.9*151546.92193.

7、8*161547.72193.7*171548.51193.6*181549.32193.5*1 19 91 15 55 50 0. .1 12 21 19 93 3. .4 4*201550.92193.3*2 21 11 15 55 51 1. .7 72 21 19 93 3. .2 2*221552.52193.1*2 23 31 15 55 53 3. .3 33 31 19 93 3. .0 0*241554.13192.9*2 25 51 15 55 54 4. .9 94 41 19 92 2. .8 8*261555.75192.7*271556.55192.6*281557

8、.36192.5*291558.17192.4*301558.95192.3*311559.79192.2*321560.61192.1*CWDMnCoarse Wavelength Division Multiplexern稀疏波分復(fù)用、粗波分復(fù)用稀疏波分復(fù)用、粗波分復(fù)用n信道間隔：信道間隔： 20nmn常用的波長為常用的波長為1470nm、1490nm、1510nm、1530nm、1550nm、1590nm以以及及1610nm。n正在思索正在思索1290nm、1310nm、1330nm、0nm、0nm、1400nm、1420nm、1440nm陣列光波導(dǎo)型陣列光波導(dǎo)型(AWG)nArraye

9、d Waveguide GratingAWGl1,l2,l3,l41111l1,l2,l3,l42222l1,l2,l3,l43333l1,l2,l3,l44444l1,l2,l3,l41234l1,l2,l3,l44123l1,l2,l3,l43412l1,l2,l3,l42341熔錐型熔錐型n利用消逝波耦合原理進(jìn)展分波或合波，即經(jīng)利用消逝波耦合原理進(jìn)展分波或合波，即經(jīng)過熔拉兩根單模光纖使兩根光纖的纖芯相互過熔拉兩根單模光纖使兩根光纖的纖芯相互充分接近，兩個基模經(jīng)過消逝波變?yōu)轳詈夏?，充分接近，兩個基模經(jīng)過消逝波變?yōu)轳詈夏＃虼斯夤β士苫ヒ椎赜梢桓饫w轉(zhuǎn)移到另一因此光功率可互易地由一根光纖轉(zhuǎn)移

10、到另一根光纖。根光纖。n功率轉(zhuǎn)移的大小與輸入的兩光波長和光纖的功率轉(zhuǎn)移的大小與輸入的兩光波長和光纖的纖芯間距以及相互作用長度有關(guān)?？梢越?jīng)過纖芯間距以及相互作用長度有關(guān)?？梢越?jīng)過調(diào)理纖芯距和耦合長度來實現(xiàn)合波與分波。調(diào)理纖芯距和耦合長度來實現(xiàn)合波與分波。n它的優(yōu)點是制造容易，運(yùn)用方便，缺陷是復(fù)它的優(yōu)點是制造容易，運(yùn)用方便，缺陷是復(fù)用的兩波長差較大，不適宜于密度波分復(fù)用。用的兩波長差較大，不適宜于密度波分復(fù)用。 光梳狀濾波器光梳狀濾波器(Interleaver) n一種三端口光分波一種三端口光分波/ /合波安裝合波安裝 25GHzInterleaver50GHzInterleaver100GHzI

11、nterleaver50GHzInterleaver200GHz Demux200GHz Demux200GHz Demux200GHz Demux200GHz Demux200GHz Demux200GHz Demux200GHz Demux100GHzInterleaver100GHzInterleaver100GHzInterleaver基于偏振干涉的光梳狀濾波器基于偏振干涉的光梳狀濾波器n偏振干涉系統(tǒng)：起偏器偏振干涉系統(tǒng)：起偏器P1、雙折射晶體平行、雙折射晶體平行平板及檢偏器平板及檢偏器P2 P1P2XZXYP145XYSFn透過起偏器的光場的振幅為透過起偏器的光場的振幅為A0A0，光

12、經(jīng)過，光經(jīng)過雙折射晶體平行平板后在雙折射晶體平行平板后在X X、Y Y方向的分方向的分量分別為量分別為n no no和和nene分別為尋常光和非常光的折射率分別為尋常光和非常光的折射率 )/2exp(45sin)/2exp(45cos00lleyoxLnjAALnjAAXYP245)(2exp1)2exp(21)2exp()2exp(2145sin45cos002lllleoeoeyxPnnLjLnjALnjLnjAAAA)(2exp12leoPnnLjAXYP245)(, 2, 1, 0)(, 2, 1, 0)(000nnLcnnnLncnnnnLenennennlXYP245)(2exp1

13、)2exp(21)2exp()2exp(2145sin45cos002lllleoeoeyxPnnLjLnjALnjLnjAAAAXYP245)(2exp12leoPnnLjA)(, 2, 1, 0)(2) 12(, 2, 1, 0212)(000nnLcnnnLcnnnnnLenennennl偏振濾波器偏振濾波器XYP245XYP245, 2, 1, 0)(0nnnLncenn, 2, 1, 0)(2) 12(0nnnLcnennP1P2XYP145波分復(fù)用器件的性能目的 n中心波長及任務(wù)范圍中心波長及任務(wù)范圍n插入損耗插入損耗n波長隔離度、串?dāng)_：波長隔離度、串?dāng)_：n遠(yuǎn)端串?dāng)_系數(shù)遠(yuǎn)端串?dāng)_系數(shù)

14、 近端串?dāng)_系數(shù)近端串?dāng)_系數(shù) WDMl1l1P1(l1)P2(l1)2112lg10PPAWDMl1l1P1(l1)P2(l1)2112lg10PPAlllll22cfdcdfcfAWG l2 l3 l4 l2 l3 l4 l2 l3 l4 l2 l3 l4 l2 l2 l3 l3 l4 l4 l2 l2 AWGl1 l2 l3 l4l1 l2 l3 l4l1l1 l2 l2 l3 l3 l4 l4 AWGl1 l2 l3 l4l1 l2 l3 l4l1l1 l2 l2 l3 l3 l4 l4 光纖通訊波段nS+：14501490nmnS：14901530nmnC：15301570nmnL：15

15、701610nmnL+：16101650nm密集波分復(fù)用中的光源技術(shù)密集波分復(fù)用中的光源技術(shù) nDWDM系統(tǒng)中，信道間距小，各個光通道的系統(tǒng)中，信道間距小，各個光通道的波長穩(wěn)定性極為重要。波長穩(wěn)定性極為重要。ITU-T G.692規(guī)定了規(guī)定了DWDM系統(tǒng)中每通道允許的波長最大偏移量系統(tǒng)中每通道允許的波長最大偏移量小于小于1/5通道間隔。通道間隔。nDWDM系統(tǒng)中運(yùn)用的主要為系統(tǒng)中運(yùn)用的主要為DFB激光器，激激光器，激光器管芯的溫度變化會引起資料折射率及腔光器管芯的溫度變化會引起資料折射率及腔長的變化，引起激光器的波長變化；激光器長的變化，引起激光器的波長變化；激光器的老化同樣會引起激光器的波長

16、漂移，有必的老化同樣會引起激光器的波長漂移，有必要采用外部波長基準(zhǔn)鎖定激光器的波長。要采用外部波長基準(zhǔn)鎖定激光器的波長。n激光器波長的穩(wěn)定技術(shù)就分基于溫度反響的激光器波長的穩(wěn)定技術(shù)就分基于溫度反響的波長控制技術(shù)和基于波長反響的波長控制技波長控制技術(shù)和基于波長反響的波長控制技術(shù)。術(shù)。 基于溫度反響的波長控制技術(shù)基于溫度反響的波長控制技術(shù) 局限性局限性 n溫度反響波長穩(wěn)定系統(tǒng)對于溫度是閉環(huán)，溫度反響波長穩(wěn)定系統(tǒng)對于溫度是閉環(huán)，而對于波長那么是開環(huán)。而對于波長那么是開環(huán)。nDFBDFB激光器的波長不僅與激光器的管芯溫激光器的波長不僅與激光器的管芯溫度、注入電流等有關(guān)，還與激光器管芯度、注入電流等有關(guān)

17、，還與激光器管芯的端面反射率有關(guān)。隨著外界環(huán)境溫度的端面反射率有關(guān)。隨著外界環(huán)境溫度的變化及激光器的老化，激光器的波長的變化及激光器的老化，激光器的波長都會發(fā)生變化。都會發(fā)生變化。 基于波長反響的波長鎖定技術(shù)基于波長反響的波長鎖定技術(shù) 波長檢測方法波長檢測方法 n利用原子的受激態(tài)吸收譜線及分子的振利用原子的受激態(tài)吸收譜線及分子的振動譜線動譜線n利用無源濾波器的通帶濾波特性，經(jīng)過利用無源濾波器的通帶濾波特性，經(jīng)過檢測透過的光信號的強(qiáng)度變化來判別光檢測透過的光信號的強(qiáng)度變化來判別光信號波長偏移，目前信號波長偏移，目前DWDMDWDM可以采用這種可以采用這種方法鎖定激光器的波長方法鎖定激光器的波長

18、采用介質(zhì)膜濾波片的波長鎖定器采用介質(zhì)膜濾波片的波長鎖定器 光外調(diào)制光外調(diào)制n內(nèi)調(diào)制：直接改動半導(dǎo)體激光器的注入電流內(nèi)調(diào)制：直接改動半導(dǎo)體激光器的注入電流來進(jìn)展的，不順應(yīng)于高調(diào)制速率系統(tǒng)。來進(jìn)展的，不順應(yīng)于高調(diào)制速率系統(tǒng)。n外調(diào)制：當(dāng)功率恒定的激光束進(jìn)入利用電光外調(diào)制：當(dāng)功率恒定的激光束進(jìn)入利用電光效應(yīng)、磁光效應(yīng)、聲光效應(yīng)和其他效應(yīng)制造效應(yīng)、磁光效應(yīng)、聲光效應(yīng)和其他效應(yīng)制造的光外調(diào)制器時，其輸出端可以得到調(diào)制的的光外調(diào)制器時，其輸出端可以得到調(diào)制的信號光。信號光。LD外調(diào)制器外調(diào)制器調(diào)制的調(diào)制的信號光信號光調(diào)制信號調(diào)制信號電光調(diào)制器n電光效應(yīng)：對于某些電光晶體，如磷酸二氫電光效應(yīng)：對于某些電光晶體，如磷酸二氫鉀鉀KDPKDP晶體、鈮酸鋰晶體、鈮酸鋰LiTaO3LiTaO3晶體、晶體、砷化鉀砷化鉀GaAsGaAs晶體等，當(dāng)被施加電場時，晶體等，當(dāng)被施加電場時，其折射率將發(fā)生微小的變化。其折射率將發(fā)生微小的變化。n泡科爾泡科爾PockelPockels s效應(yīng)：折射率的變化效應(yīng)：折射率的變化量正比于外加電場強(qiáng)度量正比于外加電場強(qiáng)度n克爾克爾KellKell效應(yīng)：折射率的變化量正比于效應(yīng)：折射率的變化量正比于外加電場強(qiáng)度的二次方外加電場強(qiáng)度的二次方n電光波導(dǎo)調(diào)制器的任務(wù)機(jī)理基于泡科爾效應(yīng)，電光波導(dǎo)調(diào)