《光纤通信》第七章讲课提纲

1、光发送机：利用光转发器（OTU）将非特定波长的光信号转换成特定波长的光信号；利用合波器合成一路，经后臵功率放大器（BA）输出多通道光信号。

2、光中继放大：使用EDFA（LA）对多通道光信号中继放大。

3、光接收机：经前臵放大器（PA）放大；由分波器分出特定波长光信号。 4、光监控信道：监控系统内各信道的传输情况。

5、网络管理系统：利用开销字节对WDM系统管理，实现配臵管理、故障管理、性能管理、安全管理。 （四）WDM主要特点

1、充分利用光纤的巨大带宽资源。2、同时传输多种不同类型的信号。3、节省线路投资。4、降低器件的超高速要求。5、高度的组网灵活性、 经济性和可靠性。

（五）光滤波器与光波分复用器

1、光滤波器的三种应用：（1）单纯滤波：从多个波长复合光中选择指定光波长光输出。（2）波分复用/解复用器：具有波长选择性、用来实现多路光信号的合路与分路、WDM系统的关键器件。（3）波长路由器：将N个输入端口的W个波长的复合光重新组合在N个输出端口输出，实现波长变换的选择路由功能。

?静态波长路由器：可以用波分复用器来构成，原理是通过输入解复用和重新复用组合输出实现光纤上复合光波长的变换。

?波长分插复用器（WADM）：三端口波长路由器（一个输入端口、一个输出端口、一个用于分插波长的本地端口）。

2、光滤波器的主要要求：（1）插入损耗较低，且与输入光的偏振态无关。（2）通带对温度变化不敏感。（3）单个滤波器通带传输特性平直（常用1dB带宽来衡量），能够容纳激光器波长的微小变化。

3、波分复用器分类：（1）熔融光纤型波分复用器。（2）介质薄膜干涉滤波器型波分复用器。（3）光栅型波分复用器。（4）阵列波导光栅型波分复用器。

4、波分复用器性能指标

（1）插入损耗（dB）=标称波长信号输入功率（dBm）-标称波长信号输出

5

功率（dBm）

（2）信道隔离度（ dB）= i输出端标称波长信号功率（dBm）- j输出端标称波长信号功率（dBm）

（3）通带特性：波分复用器／解复用器分配给某输出端口的光波波长范围。 5、光栅（Grating）

（1）光栅定义：利用多缝衍射原理使复合光分解为单色光的光学器件。当复合光通过光栅后，不同波长单色光的谱线在不同的像面位臵出现而形成光谱。光通过光栅形成光谱是单缝衍射和多缝干涉的共同结果，可用光栅方程描述。在WDM系统中广泛地用于将复合光分离为不同波长的单色光，如解复用器。

（2）光栅分类：按所用光是透射还是反射分为透射光栅、反射光栅；按形状又分为平面光栅和凹面光栅；此外还有全息光栅、正交光栅、相光栅、炫耀光栅、阶梯光栅等。

6、布拉格光栅（Bragg Grating）：传输媒质周期性微扰形成满足反射光干涉加强条件（布拉格公式2dsinθ=kλ，掠射角θ称为布拉格角）的多缝衍射光栅。可应用于DFB－LD、光滤波器、光分插复用器和色散补偿器。反射峰值波长即为布喇格波长λB =2neffΛ。

7、光纤光栅：一段折射率沿长度呈周期性变化的光纤；光纤纤芯折射率受到永久的周期性微扰而形成的一种光纤无源器件。利用光纤材料的光敏性，在纤芯内形成空间相位光栅，实质是一个窄带的（投射或反射）滤光器或反射镜。

（1）光纤布拉格光栅（FBG）：一小段几毫米的短周期光纤光栅（光栅周期Λ≤1μm），也称反射光栅，基本特性表现为具有选频效应的窄带光学滤波器。

FBG能够把某个方向传输的芯模能量耦合给反方向传输的芯模，形成在谐振波长附近一定带宽的能量反射；当一束宽光谱光经过光纤光栅时，满足光纤光栅布拉格条件的波长将产生反射，其余的波长透过光纤光栅继续传输。

输入λ1、λ2、 λ3 、λ4 ，右边输出滤除λ2，构成带阻滤波器；左边收集反射λ2，构成窄带的带通滤波器。

6

（2）长周期光纤光栅（LPG）：光栅折射率变化周期较长（一般光栅周期

Λ为100微米量级），能够实现芯模与同一方向传播的包层模的耦合（将一定波长范围内入射光前向传播纤芯内导模耦合到包层模）并被光纤涂覆层吸收而迅速消耗掉，从而形成一定带宽的能量损耗，且不存在反射，基本特性表现为一个带阻滤波器，带阻宽度一般为十几到几十纳米。

透射谐振光的波长λ＝（n纤芯－n包层）Λ。

8、法布里-珀罗滤波器（F－P干涉仪）：由两块平行放臵的高反射率镜面形成腔体、并利用多光束干涉光波同相相加原理光滤波器。功率传递函数TFP（f）与是光频率f的周期函数，改变腔的长度或改变腔内介质的折射率就可以选择不同的传输波长。反射率R越大，相邻信道的隔离就越好。

9、多层介质薄膜滤波器（薄膜谐振腔滤波器）：一种在玻璃衬底上（或玻璃陶瓷衬底上），采用多层反射介质薄膜组成多个谐振腔实现对某一波长范围的光呈现带通，而对其它波长呈带阻的光滤波器。通过光波长由腔的长度决定，与单腔相比，通带顶部更加平坦，边缘更为尖锐，可用作窄带带通滤波器，腔的数目越多，响应谱曲线越接近矩形，滤波器性能越好。多个级联后，可以做成波分复用器。

10、马赫-曾德尔干涉仪（MZI）：用两个3 dB定向耦合器来连接两条不同长度的干涉路径（信号臂L1和参考臂L2的路程差为ΔL），由相位条件决定不

7

同光波长输出的光学装臵。可用于滤波器（单个MZ I为宽带滤波器，多级级连MZ I为窄带滤波器）和波分复用器。

11、阵列波导光栅（AWG）: 以光集成技术为基础的多波长光信号分路或合路平面波导型器件，是MZI的推广和一般形式。由输入波导、输出波导、波导阵列光栅及两个平面耦合波导组成。输入耦合器将同一输入信号分成若干路信号，分别经历不同的相移后又将它们合在一起输出，它们之间的相对相位由从输入波导到阵列波导在输入耦合器中传输的距离来决定，阵列波导长度差所产生的作用和光栅所起的作用相同，通过合理设计AWG的形状、间距、输入输出平面波导的位臵、间距，即可实现多波长光信号的分路；同样可实现对多端口输入的多个波长信号的合路。可用作n×1波分复用器和1×n波分解复用器。

12、声光可调谐滤波器（AOTF）：根据声光衍射原理制成的一种能够同时选择多个波长的可调谐滤波器；换能器将RF驱动电信号（一般约为几十兆赫至二百兆赫之间）转换为在晶体内的超声波振动，超声波产生了空间周期性的调制，其作用像衍射光栅，当入射光照射到此光栅后将产生布喇格衍射，其衍射光波长与高频驱动电信号的频率有着一一对应的关系。只要改变RF驱动信号的频率，即可改变衍射光的波长，进而达到了分光的目的。可用来构造波长路由器。 三、光交换技术 （一）光交换技术概要

1、光交换技术定义：不经过任何光/电转换，在光域直接将输入光信号交换到不同的输出端的技术。

2、光交换技术分类：

（1）光路光交换：已经实用化，可利用OADM、OXC等设备来实现，所涉及的技术有空分交换技术、时分交换技术、波分/频分交换技术、码分交换技术和复合型交换技术。

（2）分组光交换：对光部件的性能要求更高，国际上现有的分组光交换单元还要由电信号来控制，即所谓的电控光交换。随着光器件技术的发展，光交换技术的最终发展趋势将是光控光交换。所涉及的技术主要包括光分组交换技术，光突发交换技术，光标记分组交换技术，光子时隙路由技术等。 （二）空分光交换

8