下一代光通信技术的发展趋势共46页_图文

下一代光通信技术的发展趋势

下一代光通信技术的发展趋势
? 国内外光通信技术的研究现状 ? 光通信技术的发展方向 ? 光纤通信存在的主要问题 ? 光纤拉曼放大器的研究 ? 总结

一、国内外光通信技术的研究现状
? 国内外光通信技术的研究现状
1、自由空间光通信技术 2、光纤通信技术

一、国内外光通信技术的研究现状
1、自由空间光通信技术

一、国内外光通信技术的研究现状
? 国内外光通信技术的研究现状
1、自由空间光通信技术 2、光纤通信技术

一、国内外光通信技术的研究现状
光纤通信系统的发展历史
(1)GaAs半导体激光器 波段:0.8μ m 速率:45Mb/s 距离:10km
(2)InGaAsP半导体激光器 波段:1.3μ m 速率:1.7Gb/s 距离:50km
(3)单纵模激光器 波段:1.55μ m 速率:2.5-10Gb/s 距离:60-70km
(4)采用EDFA的WDM系统 波段:1530-1610nm 速率:10Tb/s
(5)扩展的WDM系统——FRA 波段:1480-1530nm(S带) 速率:2.5-10Gb/s 距离:60-70km
1565-1620 nm(L带)

一、国内外光通信技术的研究现状
光纤网: (1)新光纤技术
零色散 ?0 ?1.55?m单模光纤
(2)光纤放大器 (3)宽带接入 (4)硅技术
硅光实验室(SIOB) 微电机械系统(MEMS)

一、国内外光通信技术的发展现状
? 日本
2019年,e—Japan Strategy 2019年,u—Japan Strategy

一、国内外光通信技术的发展现状
? 日本 1、日本国家信息与通信技术研究院:
实验室验证,160Gbit/s的高速光包交换
2、NTT:平面光波电路(PLC)滤波,核心网的光波
长路由器
3、NEC:光量子密码方式对通信系统的安全防范 4、KDDI实验室:全光信号处理

一、国内外光通信技术的发展现状
? 韩国 MOST:基础性研究 MOCIE:与产业相关的研究与开发 MIC:光通信系统的研究
2019年, u—Korea BCN:基础技术开发 ETRI:最大的IT研发机构

一、国内外光通信技术的发展现状

? 韩国

宽带接入网技术的进展:

2019年,ADSL: 2019年,VDSL: 2019年,VDSL: 2019年,FTTH

速率2Mb/s 速率20Mb/s 速率50Mb/s 速率100Mb/s

一、国内外光通信技术的发展现状
? 韩国
WDM技术的进展:
90年代中期:速率:10Gb/s╳10波道 距离:320km 2019年: 速率:1.6Tb/s╳10波道 距离:2000km
速率:42.8Gb/s╳40波道 距离:511km
基于波分的全光交叉技术,可重构型光分插复用器(ROADM)

一、国内外光通信技术的发展现状
? 香港 硅波导应用 硅波导拉曼放大器 半导体全光波长转换 非线性光纤的信号整形 光CDMA技术 光再生技术

一、国内外光通信技术的发展现状
? 中国
1979年,光通信实验系统在北京、上海试用850nm的多模光纤 80年代,1300(1310)nm的单模光纤 90年代,SDH技术 现在,八横八纵主干网,1550nm EDFA,DWDM

二、光通信技术的发展方向
技术发展方向:
(1)40Gbit/s系统的发展,挑战和应用 (2)向超大容量超长距离波分复用系统的发展 (3)从点到点WDM走向光联网 (4)无源宽带光接入网技术的发展 (5)光纤技术的新发展

三、光纤通信存在的主要问题
衰减(Attenuation): 1、弯曲损耗(Macrobending loss) 2、微弯损耗(Microbending loss) 3、散射(Scattering) 4、吸收(Absorption)

三、光纤通信存在的主要问题

三、光纤通信存在的主要问题

三、光纤通信存在的主要问题

三、光纤通信存在的主要问题

三、光纤通信存在的主要问题
色散(Dispersion): 1、模式(模间)色散 (Intermodal dispersion) 2、色度色散 (Chromatic dispersion)

三、光纤通信存在的主要问题
模式

三、光纤通信存在的主要问题
模式(模间)色散:

三、光纤通信存在的主要问题
模式(模间)色散的解决方案(一)——渐变折射率光纤

三、光纤通信存在的主要问题
模式(模间)色散的解决方案(二)——单模光纤

三、光纤通信存在的主要问题
色散(Dispersion): 1、模式(模间)色散 (Intermodal dispersion) 2、色度色散 (Chromatic dispersion)

三、当前主要的研究难题及存在问题
色度色散:

四、光纤拉曼放大器的研究
光放大器分类: (1)半导体光放大器 (2)稀土搀杂的光纤放大器(EDFA) (3)受激辐射的光放大器 光纤布里渊放大器 光纤拉曼放大器

四、光纤拉曼放大器的研究
光纤拉曼放大器原理:利用光纤中的受激拉曼散射现象。 受激拉曼散射现象: ? 经典理论: ? 量子理论

四、光纤拉曼放大器的研究

受激拉曼散射现象:

经典理论:介质中的分子振动对入射光的调制,即分子

内部粒子之间的相对运动导致分子感应电偶

极矩随时间的周期性调制,从而对入射光产

生散射作用。

则散射设光入的射频光率的分频别率为为:vp,介质分子的振动频率为vν ,

?s ??p ??v

?as??p ??v

其中:频率为vs的散射叫做斯托克斯散射, 频率为vas的散射叫做反斯托克斯散射。

四、光纤拉曼放大器的研究
光纤拉曼放大器原理:利用光纤中的受激拉曼散射现象。 受激拉曼散射现象: ? 经典理论: ? 量子理论

四、光纤拉曼放大器的研究
受激拉曼散射现象: 量子理论:入射光和介质分子相互作用时,光子吸收或发
射一个声子。 拉曼散射的光子可分为: 斯托克斯拉曼光子 反斯托克斯拉曼光子
h?s ?h?p?h?? h?as ?h?p?h??

四、光纤拉曼放大器的研究

受激拉曼散射现象:
1962年,人们发现如果光强超过一定的阈值,斯托克斯 波会在介质内快速增加,大部分的泵浦功率都可以转换成 斯托克斯光的功率,这种现象就叫做受激拉曼散射。

泵浦光和斯托克斯光的相互作用符合下列耦合波方程:

dIs dz

?gRIpIs

??sIs

dIp dz

???p ?s

gRIpIs

??pIp

四、光纤拉曼放大器的研究
光纤拉曼放大器原理:

四、光纤拉曼放大器的研究

耦合波方程:

dIs dz

?gRIpIs

??sIs

dIp dz

???p ?s

gRIpIs

??pIp

放大器的增益:

Is(L )? Is(0 )e x p (g R I0 L e ff? a sL )

Leff

1 ?
?p

[1?exp(??pL)]

G ?Is(0)e Is x (p L ()? asL )?exp(gR P 0L eff /A eff)

四、光纤拉曼放大器的研究
光纤拉曼放大器分类: (1)分布式 (2)分立式

四、光纤拉曼放大器的研究
分布式:直接利用传输光纤实现放大,其泵浦光会延
伸到整个传输光纤。

四、光纤拉曼放大器的研究
分立式:是一种集总式的元件,它被插入到传输链路中以提
供增益,其泵浦功率被限制在集总元件中 ,通过放 大器两端的隔离器将反向传输的泵浦限制在放大器 单元中 ,泵浦光不会进入传输链路。

四、光纤拉曼放大器的研究
光纤拉曼放大器的关键技术: (1)大功率泵浦技术 (2)增益平坦技术 (3)拉曼放大光纤的制造和设计

四、光纤拉曼放大器的研究
(1)大功率泵浦技术(偏振耦合激光二极管)

四、光纤拉曼放大器的研究
(1)大功率泵浦技术(拉曼光纤激光器)

四、光纤拉曼放大器的研究
(2)增益平坦技术

多波长泵浦 光谱滤波技术 啁啾光纤

带宽:100nm 带宽:70μ m 带宽:50μ m

增益起伏≤1.27dB 增益起伏≤ ±0.6dB

四、光纤拉曼放大器的研究
(3)拉曼放大光纤的制造和设计 方法:小芯径、高掺锗的特种光纤来减小
有效截面提高增益效率
例如:DCF光纤(色散补偿光纤)
色散补偿的同时实现放大。

四、光纤拉曼放大器的研究
光纤拉曼放大器的优点: ? 结构简单:光纤拉曼放大器不需要采用特殊的放大介质,在普
通的传输光纤中就可以实现光信号的放大。 ? 低噪音:分布式的光纤拉曼放大器的噪音比EDFA要低得多,其
噪音指数甚至可以是负的,而EDFA的噪声指数为大约 4到6dB。 ? 增益带宽宽:拉曼增益的带宽非常宽,在1550nm波段附近,其
半宽度大约是60nm。另外还可以通过多泵浦技术 实现更宽的带宽,目前采用这种技术,已经可以 实现超过100nm的增益带宽。 ? 灵活的增益波段:光纤拉曼放大器的增益波段只和泵浦波长有
关,因此从理论上说,只要有合适的 泵浦 源,就可以放大任意波长的信号。

五、总结
光纤通信系统的研究未来
? 技术原理的突破 ? 光纤通信系统中的光器件 ? 和现有通信网络的融合

END


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