壓窄反常色散光纖中的非線性自相位調(diào)制折射率-長春工業(yè)大學(xué)光通信

課程總結(jié)光纖通信技術(shù)王建萍jpwang@信息光電子研究所清華大學(xué)電子工程系光纖通信技術(shù)王建萍1光源調(diào)制器驅(qū)動電路放大器光電二極管判決器光纖光纖中繼器光源調(diào)制器驅(qū)動電路放大器光電二極管判決器光纖光纖中繼器2一、光發(fā)射機激光器是一種閾值器件。激光器的瞬態(tài)特性影響著調(diào)制信號的質(zhì)量。調(diào)制碼型：NRZ、RZ、CRZ、CSRZ前向糾錯（FEC）是數(shù)字通信系統(tǒng)中應(yīng)用的基本差錯控制方式之一，其原理是發(fā)端在信息比特后附加冗余的校驗比特，即進行編碼，接收端譯碼的同時，在糾錯能力范圍內(nèi)，自動糾正傳輸中的錯誤，而無需信息的重發(fā)。其編碼增益能給系統(tǒng)提供幾個dB的富裕度。PMD一、光發(fā)射機激光器是一種閾值器件。3壓窄反常色散光纖中的非線性自相位調(diào)制折射率-長春工業(yè)大學(xué)光通信4二、光纖光纖的損耗；光纖的色散；光纖的非線性二、光纖光纖的損耗；5色散展寬是提高通信速率的主要障礙圖1圖2色散展寬是提高通信速率的主要障礙圖1圖26<D

正常色散區(qū)

2>0,D<0紅快蘭慢光脈沖的較高的頻率分量（蘭移）比較低的頻率分量（紅移）傳輸?shù)寐?gt;D

反常色散區(qū)

2<0,D>0蘭快紅慢光脈沖的較高的頻率分量（蘭移）比較低的頻率分量（紅移）傳輸?shù)每炝闵⒉ㄩL<D正常色散區(qū)>D反常色散區(qū)零色散波長7色散誘導(dǎo)啁啾色散誘導(dǎo)啁啾8啁啾高斯脈沖展寬因子T1/T0隨傳輸距離的變化異號時

2C<0，在傳輸初始階段脈沖寬度變窄，而后迅速展寬無啁啾脈沖，不論色散正負，脈寬隨[1+(z/LD)2]1/2成比例展寬同號時

2C>0，啁啾高斯脈沖單調(diào)展寬的速度比無啁啾脈沖的快啁啾高斯脈沖展寬因子T1/T0隨傳輸距離的變化異號時2C<9

非線性克爾效應(yīng)自相位調(diào)制

正啁啾(t↑→ω↑)壓窄反常色散光纖中的非線性自相位調(diào)制折射率：附加相移：附加頻移：非線性克爾效應(yīng)自相位調(diào)制正啁啾(t↑→ω↑)壓10色散與非線性自相位調(diào)制共同作用光脈沖具有一定的譜寬展寬正常色散反常色散非線性自相位調(diào)制上啁啾壓窄反常色散★L(fēng)D<LNL色散占優(yōu)勢展寬★L(fēng)D=LNL色散與非線性效應(yīng)平衡無畸變一階光孤子傳輸★L(fēng)D>LNL非線性效應(yīng)占優(yōu)勢高階光孤子傳輸脈沖呈壓窄、展寬、分裂、復(fù)原周期性變化色散與非線性自相位調(diào)制共同作用光脈沖具有一定的譜寬11色散與非線性自相位調(diào)制共同作用色散與非線性自相位調(diào)制共同作用12無損光纖中的光脈沖傳輸無損光纖中的光脈沖傳輸13無損光纖中的光孤子傳輸圖8圖9無損光纖中的光孤子傳輸圖8圖914圖10圖11無損光纖中的光孤子傳輸圖10圖11無損光纖中的光孤子傳輸15光孤子：利用非線性平衡色散效應(yīng)缺點：維持色散與非線性間的平衡條件過于精細，利用非線性帶來其它副作用光孤子：利用非線性平衡色散效應(yīng)缺點：維持色散與非線性間的平衡16多種非線性效應(yīng)共同作用多種非線性效應(yīng)共同作用17色散限制WDM孤子色散位移光纖普通單模光纖非線性限制非零色散位移光纖L波段WDMOTDM新型光纖PMD限制WDM/ETDM+OTDMPMD補償技術(shù)光纖的其它限制及解決方案L+，S，S+改善PMD特性的光纖色散補償色散限制WDM孤子色散位移光纖普通單模光纖非線性限制非零色散18提升容量方法：單信道比特率提高

OTDM原理超短脈沖光源時鐘源MODMODMODMOD延時EDFA耦合器時分解復(fù)用器時鐘提取接收機MOD提升容量方法：單信道比特率提高OTDM19提升容量方法：多波段光發(fā)射機光發(fā)射機光發(fā)射機光發(fā)射機N123光接收機光接收機光接收機光接收機N123復(fù)用器解復(fù)用器EDFA波長穩(wěn)定、窄線寬高速、小啁啾調(diào)制窄帶、小串話、穩(wěn)定濾波增益平坦、寬帶、較高輸出功率高靈敏度寬動態(tài)范圍WDM(波分復(fù)用)提升容量方法：多波段光發(fā)射機光發(fā)射機光發(fā)射機光發(fā)射機N20L波段放大器，（L波段EDFA+拉曼放大器）L波段的各種光子器件：LD，WDM，隔離器……DCF!?提升對L波段的器件要求面臨的問題L波段放大器，（L波段EDFA+拉曼放大器）提升對L波段的器21多波段帶來的問題：非線性開辟新窗口(L-Band…)物理效應(yīng):寬頻帶導(dǎo)致的SRS...光纖非線性增加信道密度物理效應(yīng):FWM,XPM…光纖非線性非線性不可完全補償，它將惡化OSNR，成為WDM系統(tǒng)容量提高的主要限制，它源于面臨的問題多波段帶來的問題：非線性開辟新窗口(L-Band…)非線性不22幾種技術(shù)方案拉曼分布放大FRA前向糾錯技術(shù)FEC傳輸光纖信號調(diào)制格式新型可調(diào)諧器件如何應(yīng)對PMD？補償？好光纖？3R再生幾種技術(shù)方案拉曼分布放大FRA23壓窄反常色散光纖中的非線性自相位調(diào)制折射率-長春工業(yè)大學(xué)光通信24三、光器件激光器（可調(diào)諧）放大器（增益均衡）調(diào)制器探測器（波長選擇）光隔離器環(huán)行器光開關(guān)波長變換器上下話路器分束/合束器波分復(fù)用/解復(fù)用器濾波器受激輻射非線性效應(yīng)半導(dǎo)體光電效應(yīng)基于晶體的電光、磁光、聲光效應(yīng)基于波導(dǎo)的電光、磁光、聲光效應(yīng)基于光纖的電光、磁光、聲光效應(yīng)微機械干涉波導(dǎo)或光纖中的模式耦合三、光器件激光器（可調(diào)諧）受激輻射25光電子器件的新進展光通信器件是光通信系統(tǒng)的基礎(chǔ)，沒有器件就沒有系統(tǒng)，往往一個新器件的出現(xiàn)可以引起整個系統(tǒng)的重大革新。目前器件的發(fā)展和升值方向為：

波長可選擇、可調(diào)諧：多波長激光源、可調(diào)諧光探測器、波分復(fù)用/解復(fù)用器、波長轉(zhuǎn)換器、增益平坦光放大器、光開關(guān)矩陣、可調(diào)色散補償器、可調(diào)諧光濾波器……

集成化:多功能集成、有源和無源集成

小型化、智能化：能靈活地動態(tài)控制

全光纖化（基于光纖光柵）和半導(dǎo)體功能器件集成化

高可靠：通信設(shè)備要求連續(xù)使用壽命25年

產(chǎn)品走向：市場、技術(shù)難度、成本(backbone-metro-access)光電子器件的新進展光通信器件是光通信系統(tǒng)的基礎(chǔ)，沒有26下一代WDM網(wǎng)絡(luò)中的光通信器件S波段和L波段應(yīng)用的光通信器件基于技術(shù)組合的用于超密集波分復(fù)用的光通信器件(如：WDM和光開關(guān)可組合成一個全光的波長路由器）用于城域網(wǎng)的WDM器件：低價、可擴展和分插復(fù)用用于40Gb/s系統(tǒng)的光通信器件：低色散，寬帶寬的波分復(fù)用器件、動態(tài)增益均衡、動態(tài)色散控制用于全光網(wǎng)的光通信器件：動態(tài)波長的提供下一代WDM網(wǎng)絡(luò)中的光通信器件S波段和L波段應(yīng)用的光通信器27四、光接收機光接收機的靈敏度靈敏度惡化——功率代價誤碼率曲線眼圖Transponder四、光接收機光接收機的靈敏度Transponder28壓窄反常色散光纖中的非線性自相位調(diào)制折射率-長春工業(yè)大學(xué)光通信29

2.5Gb/sOpticalTx1:16Multiplexer2.5GHzPLLClockSyn1:16DeMultiplexer2.5Gb/sOpticalRx+3.3VDCTODCConventerLaserDisableaLaserBissMon2.5GData2.5GHZ2.5Gb/sOpticalOutput2.5Gb/sOpticalOutputDOIN2.5GData2.5GClockLOS/LOFD15IN155Mb/sRefClockLOOPBack(2)DOOutD15Out155MClockOutFramePulseLineLoopBackLocalLoopBack+5v-5.2v+3.32.5Gb/s1:162.5GHz1:162.5Gb/s+30壓窄反常色散光纖中的非線性自相位調(diào)制折射率-長春工業(yè)大學(xué)光通信31五、WDM系統(tǒng)的發(fā)展趨勢單路超高速40Gb/s,160Gb/s,640Gb/s超密信道間距10GHz 信道數(shù)攀升 1022Channel展寬波長范圍C-Band,L-Band,S-Band超長無中繼 450kmwithremoteAmp超長傳輸距離網(wǎng)絡(luò)化 五、WDM系統(tǒng)的發(fā)展趨勢單路超高速40Gb/s,160Gb32系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)的研究中，目前關(guān)注的熱點有：如何擴大系統(tǒng)的容量－速率、