光時分復用的研究

1、光時分復用技術的研究電信本 082 班學號 0805401230 馮麗英摘要：隨著科學技術的發(fā)展和社會的進步，人們對信息的需求量越來越大，促進了對大容量通信系統(tǒng)及網(wǎng)絡技術的廣泛研究，OTDM 技術就是其中的一種。OTDM 是光域中時分復用和解復用，它把各個支路光信號變換成高速率、超窄短脈沖信號，然后間插到復用信道中已分配好的時隙上。整個復用過程和接收端的解復用過程都是在光域中完成的，不需要光電轉(zhuǎn)換，因而消除了電子屏頸，即避開了電子設備的速率限制。為了實現(xiàn)的 OTDM 傳輸，OTDM系統(tǒng)的關鍵技術主要包括：超短光脈沖發(fā)生技術、光復用/解復用技術、時鐘提取和同步技術、高速信號傳輸技術。OTDM 技

2、術可以實現(xiàn)較大數(shù)目的水聽器復用、在光纖光柵補償色散可以采用 40Gb/s 光時分復用進行光纖光柵補償色散和利用 WDM 與 TODM 混合可提高光網(wǎng)絡系統(tǒng)的性能等。關鍵字：OTDM 技術、時分復用、解復用、超短光脈沖、高速信號傳輸技術、時鐘提取等。目錄第一章光時分復用原理1.1 引言1.2 光時分復用原理第二章光時分復用技術 2.1 超短光脈沖發(fā)生技術 2.2 光復用/解復用技術 2.3 時鐘提取和同步技術2.4高速信號傳輸技術第三章光時分復用技術的應用3.1光纖水聽器時分復用系統(tǒng)串擾的理論分析 3.240Gb/s 光時分復用與光纖光柵補償色散 3.3WDM/OTDM 混合光網(wǎng)絡 3.4、光時

3、分復用的發(fā)展趨勢3.5、基于 AWG 的波分/時分復用 FBG 傳感器網(wǎng)絡研究第一章光時分復用原理 1、1 引言隨著科學技術的發(fā)展和社會的進步，人們對信息的需求量越來越大，促進了對大容量通信系統(tǒng)及網(wǎng)絡技術的廣泛研究，OTDM 技術就是其中的一種。OTDM 之所以引起人們的關注，主要有兩個原因：OTDM 可克服 WDM 的一些缺點，如由放大器級聯(lián)導致的譜不均勻性，非理想的濾波器和波長變換所引起的串話，光纖非線性的限制，苛刻要求的波長穩(wěn)定性裝置及昂貴的可調(diào)濾波器；OTDM 技術被認為是長遠的網(wǎng)絡技術。為了滿足人們對信息的大量需求， 將來的網(wǎng)絡必將是采用全光交換和全光路由的全光網(wǎng)絡， 而OTDM的一

4、些特點使它作為將來的全光網(wǎng)絡技術方案更具吸引力：可簡單地接入極高的線路速率（高達幾百Gbit/s）;支路數(shù)據(jù)可具有任意速率等級，和現(xiàn)在的技術（如 SDH 廉容；由于是單波長傳輸，大大簡化了放大器級聯(lián)管理和色散管理；網(wǎng)絡的總速率雖然很高，但在網(wǎng)絡節(jié)點，電子器件只需以本地的低數(shù)據(jù)速率工作；OTDM 和 WDM 的結合可支撐未來超高速光通信網(wǎng)的實現(xiàn)。在超高速傳輸系統(tǒng)中，電子電路的響應速度形成了瓶頸。電時分復用（ETDM）技術受到電子瓶頸的限制，其理論速率約為 50100Gbit/s,而如今商用系統(tǒng)單信道速率已達到 40Gbit/s,因此，再進一步提高傳輸速率已甚為困難。OTDM 實質(zhì)上就是將多組電脈

5、沖信號分別轉(zhuǎn)換為等速率光脈沖信號，經(jīng)壓縮后在光層上進行時域復合，成為更高速率的光脈沖信號，這樣一來，電子瓶頸就不復存在了。單信道速率可達到數(shù)百 Gbit/s,而且尚有很大潛力可挖因，此要進一步提高單信道的傳輸速率，唯一可行的辦法就是采用 OTDM 技術?；?OTDM 技術的光通信研究最近幾年發(fā)展甚為迅速，日本 NTT 達到的水平是有代表性的，其中的一些技術成就讓人耳目一新：1999 年 NTT 公司又將 OTDM 和波分復用（WDM）技術相結合實現(xiàn)了 3Tb/s的光纖通信傳輸系統(tǒng)，2002 年 Agere 公司報道了基于 80Gb/s 的 OTDM 和 40信道的 WDM 技術相結合實現(xiàn) 3

6、.2Tb/s 的 1000km 傳輸，2002 年日本的 OKI 公司和加拿大的 NOTEL 公司報道了 160Gb/s的 OTDM系統(tǒng)的 300km和 480kmo2003年日本 Fujitsu公司和德國 HHI公司報道了采用全光再生技術的 160Gbit/sOTDM 系統(tǒng)，2004 年日本 OKI公司基于 OTDM 技術開發(fā)出了 160Gbit/s 的光發(fā)射和接收機， 在無前向糾錯的條件下可實現(xiàn) 640km 的光纖傳輸。由于 DWDM 技術的廣泛采用以及現(xiàn)有光纖通信系統(tǒng)容量的閑置，OTDM 技術盡管在世界上著名的光通信公司都得到廣泛研究，但在實際鋪設的系統(tǒng)中還沒有得到真正的應用。1.2 光

7、時分復用的原理OTDM 是光域中時分復用和解復用，它把各個支路光信號變換成高速率、超窄短脈沖信號，然后間插到復用信道中已分配好的時隙上。整個復用過程和接收端的解復用過程都是在光域中完成的，不需要光電轉(zhuǎn)換，因而消除了電子屏頸，即避開了電子設備的速率限制。圖 1.1 所系是一個典型的 OTDM 點對點傳輸系統(tǒng)。超短光脈沖（即管帶很窄的光脈沖）源在適中的控制下產(chǎn)生重復頻率為時鐘頻率的超短光脈沖，該超短光脈沖經(jīng) EDFA 放大后分成 N路，每路光脈沖有個支路信源單獨調(diào)制，支路信號的頻率和時鐘源的頻率相同，調(diào)制后的信號經(jīng)過不同的時延后用合路器合并成一個信號，完成復用功能，變成一路高速 OTDM 信號。假

8、設支路信號的速率為 B,則復用后的 OTDM 信號為 N*B,其中 B 可為任意速率的 SDH 言號。 OTDM 信號經(jīng)光纖傳輸?shù)竭_接收端后首先進行時鐘提取，提取的時鐘作為控制信號送到解復用器解出各個支路信號，再對各個支路信號單獨接收。OTD 源統(tǒng)的關鍵技術主要包括：超短光脈沖發(fā)生技術、光復用/解復用技術、時鐘提取和同步技術、高速信號傳輸技術。下面對這些技術做簡單的介紹。2.1 超短光脈沖發(fā)生技術為了實現(xiàn)超高速的 OTDM輸，光時分復用要求光源產(chǎn)生高重復率（520GHz）、高穩(wěn)定性、占空比相當小的超窄光脈沖，脈寬越窄可以復用的路數(shù)越多，且譜寬也就越寬。能滿足這些要求的光源主要有鎖模環(huán)形光纖激光

9、器（MLFRL）、鎖模半導體激光器、DFB 激光器加電吸收調(diào)制器、（EAM）、增益開關 DFB 光器和超連續(xù)（SC）脈沖發(fā)生器。其中：（a）MLFRL 的最大特點是產(chǎn)生的脈沖幾乎沒有喟啾，在 40GHz 的高頻范圍不需要進行喟啾補償或脈沖壓縮，就能產(chǎn)生 ps 級的超短變換極限（TL）光脈沖，輸出波長較靈活，穩(wěn)定，f 好，但技術較復雜，國外采用較多，是一種很有前途的 OTDM 光源；（b）DFB 激光器加 EAM 這種光源的特點是重復頻率可以是任意的，不受調(diào)制器的限制，并容易與外部信號同步。與 MLFRLK 比，結構簡單，且 EAM 已商用?？僧a(chǎn)生接近 TL 的光脈沖，脈寬 15ps 左右,最小

10、 9ps,結構簡單，穩(wěn)定性好，但脈寬較寬；（c）增益開關半導體激光器具有動態(tài)“單?！碧匦?，在 10GHz 重復頻率下，輸出脈寬經(jīng)簡單的喟啾補償（用正色散的色散位移光纖或喟啾光纖光柵）和濾波，可壓縮到5ps,結構簡單、緊湊、廉價、穩(wěn)定性好、速率靈活、技術成熟；（d）SC 光源的特點是：強泵浦脈沖的頻譜在某一連續(xù)范圍被展寬而脈沖的性質(zhì)不變，能產(chǎn)生脈寬小于 1ps 的 TL 光脈沖，波長可變，頻譜寬（200nm）,現(xiàn)在不太成熟。（1）鎖模環(huán)形光纖激光器（ML-FRL）ML-FRL 是一種常用的技術，結構示于圖 2.1。激光腔包括一個含有摻餌放大器的光纖環(huán)，用以提供增益。諧振腔中的諧波在諧振腔中多次往

11、返驅(qū)動調(diào)制器可實現(xiàn)鎖模。諧波與調(diào)制器驅(qū)動的同步通常需要對整個激光腔長進行有效控制。這可以通過監(jiān)控激光的部分輸出來實現(xiàn)，從而可將其用于對光纖長度進行有效的控制。若在光纖環(huán)路中用 6.3GHz 的時鐘信號驅(qū)動，并用電動式延遲線改變和穩(wěn)定激光腔長，可得到 3.5ps 的脈沖串。對此脈沖串進行外調(diào)制并進行時分多路復用，即可產(chǎn)生 100Gbit/s、200Gbit/s 乃至更高的窄脈沖串。0-HDFA圖 1.1OTDM第二章光時分復用技術點對點傳輸系統(tǒng)M 姐比肄*俅圖 2.1 鎖模環(huán)形光纖激光器（2）DFB 激光器加電吸收調(diào)制器（EAM）它是將連續(xù)振蕩的激光器中的激光射入正弦波驅(qū)動的 EAM 中，即利用

12、 EAM 直接調(diào)制 CW激光器中發(fā)射出來的光產(chǎn)生 GHz 級重復頻率的短脈沖。圖 2.2 示出了英國皇家學院研制成的 DFB 激光器+EAM 脈沖源。 來自 CWDFB 激光器的光耦合進 MQWEAMEAM 為直流偏置， 并用 10GHz的正弦電信號驅(qū)動，所產(chǎn)生的脈沖在一定長度的色散補償光纖（DCF）中傳遞，功率放大產(chǎn)生了超短光脈沖，并對此脈沖的光譜進行濾波便可產(chǎn)生重復率為 10GHz 的高穩(wěn)定性的連續(xù)可調(diào)的 TL 光脈沖。如果調(diào)整一下調(diào)制器帶寬和摻餌放大器中的最大平均功率，還可得到 40GHz 的最大重復率。圖 2.2DFB 激光器加 EAM 系統(tǒng)超連續(xù)（SC）光源SC 脈沖也稱透明脈沖，它

13、可以由自聚焦、自相位調(diào)制、交叉相位調(diào)制、受激拉曼散射和四波混頻的共同作用，在多種非線性材料如固體、氣體和半導體等中產(chǎn)生。用于光通信的 SC 脈沖可用增益開關激光器的脈沖激勵，在 DSF 上產(chǎn)生，并可從帶寬達 200nm 的 SC 源中用濾波器濾出 TL 的 psfs 量級的 SC 脈沖。SC 光源一般由 MLFRLEDF 解口 SC 光纖等部分組成，泵源是 MLED 所形激光器，輸出 3.3ps 的短脈沖，時間帶寬乘積為 0.38,用摻餌光纖放大器（EDFA）將泵浦脈沖的峰值功率放大到 1.7W,經(jīng)過 3km 的色散位移 SC 光纖（在1542nm 波長上的色散為+0.1ps/ （nmkm）

14、,輸出 SC 信號。 利用這種結構已得到脈沖寬度為 0.250.39ps的 SC 脈沖，在波長為 1530、1550 和 1560nm 時的時間與帶寬乘積分別為 0.11、0.14 和 0.12,此值與洛侖茲頻譜脈沖的時間帶寬乘積值（0.11）基本一致2.2 光復用/解復用技術為了消除電子屏頸，OTDM 利用光纖、光半導體及其它介質(zhì)的超高速非線性效應來實現(xiàn)光域的復用/解復用功能。OTDM 勺復用方式主要包括比特間插和時隙間插兩種。在比特間插的 OTDMI 統(tǒng)中，來自不同信道的低速數(shù)據(jù)按比特間插的方式復用為高速的 OTD 嗷據(jù)流。在基于時隙的 OTD 幅統(tǒng)中，總線時間被分割成由多個比特組成的時隙

15、，用戶根據(jù)網(wǎng)絡協(xié)議吧數(shù)據(jù)段或數(shù)據(jù)分組插到這些時隙中去。與比特間插相比，時隙間插方式有明顯的優(yōu)勢，這是因為時隙間插利于采用分組交換技術和對帶寬的統(tǒng)計復用技術，可以提高帶寬利用率和網(wǎng)絡的吞吐量，減小訪問時間及網(wǎng)絡時延等。1、OTDMT 用器OTDMT 用器主要采取并行和串行兩種復用結構，分別如圖 2.3、圖 2.4 所示。圖 2.3中的并行復用結構同時調(diào)至復用的各個子信道，在通過適當?shù)难舆t器或調(diào)相器將子信道的位置相互錯開，然后通過耦合器將各個錯開的子信道以比特間插方式合在一起。并行復用結構圖 2.3 并行復用結構圖2.4所示的串行復用結構將超短脈沖信號串行調(diào)制,積累起來的有害因素對波形的劣化影響。

16、圖 2.5NOLM 解復用器基本結構厧 太赫茲非對稱光學解復用器(TOAD)太赫茲非對稱光學解復用器(TOAD)開關具有結構簡單，泵浦功率低，光纖短等特點，圖2.6 所示為 T 以 D 解復用器的結構圖。SOA 不對稱地位于光纖環(huán)路的一側(cè)上，時鐘脈沖從同側(cè)輸入光纖環(huán)，而 OTDM 言號經(jīng)由藕合器注入光纖環(huán)路，成為沿環(huán)路順時針(CW)和逆日針(CCw)該方式簡單，但須消除因器件串聯(lián)而/w/w.調(diào)制器 3f f 調(diào)制信號 1圖 2.42、OTDM 軍復用器調(diào)制信號 2串行復用結構調(diào)制信號 3OTDM 軍復用器是 OTDM(統(tǒng)中最關鍵的器件之一，一般來說，光域的時分復用技術比較容易實現(xiàn)，而光解復用技

17、術實現(xiàn)難度較大，這是因為OTDMS 復用碼率地工作，與偏振無關，且定時抖動值小，控制功率還要低。I 器需要快速、穩(wěn)定、無誤OTDMW 復用器實質(zhì)上就是一個高速光開關，典型結構包括非線性光環(huán)路鏡(NOLM,NonlinearOpticalLoopMirror)、T 赫茲非對稱解復用器(TOADTerahertzOpticalAsymmetricDemultiplexer)和以 SOA的馬赫一曾德爾干涉儀(SOAMZI,SOA-assistedMachZehnderInterferometer)等(1)非線性光學環(huán)路鏡(NOLM)最常采用的 NOLM 是利用色散位移光纖和半導體激光器構成的。NOL

18、M 解復用器是利用兩個相對傳輸?shù)墓庑盘柮}沖之間的干涉現(xiàn)象實現(xiàn)解復用,這兩個具有相等幅度的相對傳輸?shù)墓庑盘柮}沖在耦合器中重新復合并干涉。圖 2.5 的原理構成 NOLM 勺基本結構，在控制脈沖的作用下，通過光克爾效應改變了與控制信號傳輸方向相同的信號的相位。一個波長的光為高功率控制脈沖， 另一個波長的光為低功率的連續(xù)波信號高功率控制脈沖使低功率信號光脈沖串產(chǎn)生非線性切換。 號流中選擇所需要信道的脈沖來完成的。,由于兩個波長光的交叉相位調(diào)制解復用是用本地光脈沖從輸入光信傳輸?shù)膬陕沸盘柗至?。在沒有時鐘脈沖時，信號光的功率比較小，對 S 以動態(tài)增益特性的影響可以忽略。邙和 C 以信號脈沖經(jīng)歷同樣的不飽

19、和放大增益，在輸入藕合器從反射端口輸出。但當功率較大的時鐘光入射 SOAM,它將使 S 以處于飽和增益狀態(tài)，從而改變其動態(tài)增益特性。而同時注入 S 以的兩束信號分量將獲得不同的增益，信號脈沖獲得的增益不但會改變脈沖的能量還會改變脈沖的相位。這樣，如果適當調(diào)節(jié)信號與時鐘脈沖之間的時延，保證順時針信號分量在時鐘脈沖之一前到達 S0A,而逆時針信號分量在時鐘之后到達污以，則目標信道的兩信號分旱將獲得較大的增益差和相應的相位差，從而再次由禍合器禍合后從環(huán)路的 2端口輸出。而對于非目標信道，由于沒有時鐘脈沖存在，其兩個脈沖分量獲得相印的增益和相位，再次禍合后將從 1 端口反射，從而實現(xiàn)了 OTDM 軍復

20、用。圖 2.6TOAD 解復用器的基本結構厧 輔以 SOA 的馬赫一增德爾干涉儀與 TOAM 關相比，MZI 型全光開關可鮮產(chǎn)生比較對稱的開關窗口形狀。圖 2.7 所示為一種非對稱偏置的基于 SOA 的馬赫曾德爾(SOAMZI)全光解復用器的結構圖。在 MZI 的兩個肴上，不對稱地放置兩個 SOA 這兩個 S 以的間距決定了 MZI 的開關窗口寬度。 接收到的信號脈沖從 MZI 的 1 端口車入 3dB藕合器 C,被分為等幅的兩束分量并分別沿 MZ 工上臂和下臂傳輸，時鐘脈沖串從 4 端口耦合進 MZI,也被分為等幅的兩束分量傳輸。由于兩個 S以位置的不對稱，沿下臂傳輸?shù)臅r鐘脈沖首先到達 S

21、以 2,但是對于從另一方向輸入的信號脈沖，則是沿著上臂傳輸?shù)男盘柗至肯鹊竭_ S 以，。如果兩個 SOA 的間距對應的光程差為丁/2,由于等幅的時鐘分量引起的 SOA態(tài)增益響應是相同的，兩束信號分量對應的時域位置就相差兩倍的 S 以間距?；?S 以的 MZI 型解復用器的開關窗口寬度等于 T,即兩倍的 s 以間距。位于開關鉗鈞內(nèi)的信號將從 MZI 的 3 端口輸出，從而實現(xiàn)信號的解復用。時針林沖r r 荔港信號解復用信孑圖 2.7SOA-MZI 解復用器結構圖2.3 時鐘提取和同步技術OTDM 系統(tǒng)的復用、發(fā)送、接收和解復用等都離不開同步時鐘。如何直接從復用的信號中恢復出光時鐘是 OTDM 勺

22、關鍵技術之一。OTDM 勺始終提取技術大體分三種：電時鐘提取、光電鎖相環(huán)時鐘提取和全光時鐘提取。1、電時鐘提取OTDM 中的電時鐘提取和 TDM 中的方法相同，采用一個高 Q 值的濾波器直接提取時鐘。這種方法比較簡單，但是不適用于告訴的 OTD 源統(tǒng)。2、光電鎖相環(huán)時鐘提取及利用利用 NEL 公司的 10GHz 時鐘提取模塊，基于光電鎖相環(huán)的方式提取出對應的基頻時鐘信號，之后基于 EAM 完成信號的解復用。但由于這種結構只能提取出第一路的數(shù)據(jù)信號，需要對此結構進行改進。在此基礎上添加了 LiNbO3 調(diào)制器及相移器，如圖 2.8 所示，嘗試采用 F.Cisternino 等人于 1998 年提

23、出的基于 Miller 分頻器原理的注入光電混合振蕩器的時鐘提取方式，提取出時鐘后，逐漸調(diào)節(jié) EAM 前的相移器并且通過改變 EAM 兩端的反向直流偏壓來調(diào)節(jié)窗口的寬度和位置，逐漸調(diào)出各個時隙的信號，從而可以實現(xiàn)各個信道的解復用。此結構下提取出的時鐘信號眼圖如圖 5（b）所示，由于 LiNbO3 調(diào)制器引入較大的損耗，降低了信號的功率及信噪比，時鐘分量的抖動增大。3、全光時鐘提取全光時鐘提取技術主要利用子脈動半導體激光器注入鎖定技術， 或窄代光濾波器技術,是速度最快的時鐘提取方式，發(fā)展?jié)摿Υ螅夹g不成熟。4、同步技術同步是數(shù)字通信技術中的重要問題。數(shù)字通信系統(tǒng)能否有效地、可靠地工作，在很大程

24、度上依賴于有無良好的同步系統(tǒng)。在數(shù)字通信系統(tǒng)中，按照同步的功能來分，有載波同步、位同步（碼元同步）、群同步（幀同步）和網(wǎng)同步（通信網(wǎng)中使用）。（1）載波同步數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的性能是由解調(diào)方式?jīng)Q定的。相干解調(diào)中，首先要在接收端恢復出相干載波，這個相干載波與發(fā)送端的載波在頻率上相同，在相位上保持某種特定關系。在接收端獲得這一相干載波的過程稱為載波跟蹤、載波提取或載波同步。載波同步是實現(xiàn)相干解調(diào)的先決條件。（2）位同步位同步又稱為碼元同步，或比特同步。不管是基帶傳輸，（相干或非相干解調(diào)），都需要位同步。因為在數(shù)字通信系統(tǒng)中還是頻帶傳輸，消息是由一連串碼元序列傳遞的，這些元通常都具有相同的持續(xù)時間。由于傳

25、輸信道的不理想，以一定速率傳輸?shù)浇邮斩说臄?shù)字信號，必然是混有噪聲和干擾的失了真的波形。為了從該波形中恢復出原始的基帶數(shù)字信號，就要對它進行取樣判決。因此，要在接收端產(chǎn)生一個“碼元定時脈沖序列”，這個碼元定時序列的重復頻率和相位（位置）要與接收碼元一致，這樣才能保證：接收端的定時脈沖重復頻率和發(fā)送端的碼元速率相同。取樣判決時刻對準最佳取樣判決位置。這個碼元定時脈沖序列稱為“碼元同步脈沖”或“位同步脈沖”。通常，我們把位同步脈沖與接收碼元的重復頻率和相位的一致稱為位同步或碼元同步，而把同步脈沖的取得稱為位同步提取。（3）幀同步幀同步也稱為群同步， 對于數(shù)字信號傳輸來說， 有了載波同步就可以利用相干

26、解調(diào)的方法解調(diào)出含圖 2.8 光鎖相環(huán)時鐘提取原理結果圖 2.9 時鐘信號眼圖有載波成分的基帶信號包絡，有了位同步就可以從不甚規(guī)則的基帶信號中判決出每一個碼元信號，形成原始的基帶數(shù)字信號。然而，這些數(shù)字信號是按照一定的數(shù)據(jù)格式傳送的，一定數(shù)目的信息碼元組成一“字”，若干“字”組成一“句”，若干“句”構成一幀，從而形成幀的數(shù)字信號序列。在接收端要正確地恢復消息，就必須識別句或幀的起始時刻。在數(shù)字時分多路通信系統(tǒng)中，各路信碼都安排在指定的時隙內(nèi)傳送，形成一定的幀結構。在接收端為了正確地分離各路信號，必須識別出每幀的起始時刻，從而找出各路時隙的位置即接收端必須產(chǎn)生與字、句和幀起止時間相一致的定時信號

27、，稱獲得這些定時序列為幀(或群)同步。厧 網(wǎng)同步當通信是在點對點之間進行，并且完成了載波同步、位同步、幀同步之后，就可以進行可靠的通信了。但現(xiàn)代通信往往需要在許多通信點之間相互連接，構成通信網(wǎng)。在一個數(shù)字通信網(wǎng)中，需要把各個方向傳來的信碼，按它們不同的目的進行分路、合路和交換，為了有效地完成這些功能，必須實現(xiàn)網(wǎng)同步。2.4 高速信號傳輸技術EDFA 問世后，限制高速光的傳輸距離的因素主要有三個：損耗、非線性效應、色散。其中摻餌光纖放大器(EDFA)的出現(xiàn)使得損耗不再成為限制高速光傳輸距離的主要因素。但隨著光傳輸速率的提高和傳輸距離的增大，光纖的非線性效應和色散對光傳輸系統(tǒng)的影響變得越來越突出。

28、為解決光纖的非線性效應和色散的影響，目前主要的解決方案是負色散大有效面積光纖和色散補償技術、色散管理技術。負色散大有效面積光纖，能夠克服四波混頻非線性效應；斜率降低的大有效面積非零色散位移單模光纖，可以有效降低 C 波段和 L 波段色散補償?shù)膹碗s度和成本，并利用其部分色散克服自相位調(diào)制、交叉相位調(diào)制和四波混頻32。色散補償技術一般采用色散補償光纖(DCF)進行色散補償，一般的 DCF 的色散彳 1 約為-1ooPs/nmkm,即大約需要 17km 的色散補償光纖來補償 100km 普通單模光纖在 1.55 那處的色散 123 。 色散管理技術是通過對傳輸光纖線路上的色散進行仔細搭配，不僅能夠進

29、行散補償，而且能夠?qū)Ψ蔷€性效應起到抑制作用。 單通道 160Gbit/s 系統(tǒng)中的色散補償和非線性抑制具有一定的難度， 主要原因是 160Gbit/s 系統(tǒng)中色散容差小， 其比特周期僅 6.25Ps,色散容差為 3.91ps/nm,且傳輸?shù)纳⒑头蔷€性效應隨時間而變化。160Gbit/sOTD 啾驗系統(tǒng)要求誤碼率小于 109 傳輸 100km，我們采取的方案為 90km 普通單模光纖+l0km 補償光纖來實現(xiàn)的。如圖 2.10巧所示。為了說明傳輸采用的方案，在圖 2.11 中，激光源、頻率合成器、調(diào)制器及光時分復用器等用光發(fā)射圖 2.11160Gbit/sOTDM 實驗系統(tǒng)傳輸萬案圖 2.10

30、 基于 EAM 解復用器的工作原理第三章、光時分復用技術的實際應用時分復用技術雖然還不成熟，但是在實際生活中大有用武之地，其實際應用如時分復用技術可以實現(xiàn)較大數(shù)目的水聽器復用、在光纖光柵補償色散可以采用 40Gb/s 光時分復用進行光纖光柵補償色散和利用 WDM 與 TODM 混合可提高光網(wǎng)絡系統(tǒng)的性能等 3.13.1 光纖水聽器時分復用系統(tǒng)串擾的理論分析光纖水聽器是一種光纖傳感器，通過水中聲波對光纖的壓力作用引起光纖中傳播光束的光程改變，進而導致相位發(fā)生變化，采用干涉測量技術可以檢測出相位變化，從而得到有關水聲的信息。由于水下聲場的復雜性，單個水聽器很難獲得目標的詳細信息，必須通過陣列來實現(xiàn)

31、聲場信號的波束形成，因此光纖水聽器陣列的多路復用技術就成為研究的重要課題之一。在各種光纖水聽器多路復用技術方案中研究最早、最簡單有效的是時分多路復用技術。時分復用技術可以實現(xiàn)較大數(shù)目的水聽器復用，易于與其他復用技術相結合，提高系統(tǒng)的復用能力，降低系統(tǒng)體積和成本。典型的時分復用系統(tǒng)是利用光開關產(chǎn)生光脈沖，經(jīng)延遲光纖提供相應的時間延遲，注入到陣列中各單元光纖水聽器，然后從水聽器返回一組攜帶水聲信息的脈沖。系統(tǒng)在任意時刻都要求只有一個通道導通，而其他通道完全關斷。而實際的光開關由于消光比有限，并不能完全關斷，從而導致復用系統(tǒng)存在通道串擾若通道間串擾量過大，一般要求時分復用系統(tǒng)中串擾低于-40dB）,

32、將導致系統(tǒng)復用能力下降，甚至使系統(tǒng)對水聲信息檢測出現(xiàn)極大的偏差。40Gb/s40Gb/s 光時分復用與光纖光柵補償色散近年來，對光纖色散補償?shù)姆椒ㄊ巧⒀a償光纖（DCF）和喟啾光纖光柵（CFBG）;其中色散補償光纖通過設計光纖結構與折射率分布，使光纖在 1.55m 窗口具有較大的負色散系數(shù)與負色散斜率。色散補償光纖補償技術是一種較成熟的技術，目前在全世界的高速通信系統(tǒng)中得到了廣泛的應用。但色散補償光纖有效面積小，有強非線性，損耗大，波分復用（WDM）系統(tǒng)中只能完全補償一路，殘留色散大，并且色散補償量不可調(diào)。色散補償光纖和喟啾光纖光柵是兩種比較有發(fā)展前途的方法，但色散補償光纖的缺點使其在密集波分

33、復用（DWDM）和 10Gb/s 以上系統(tǒng)應用受到限制。在高速光日分復用（OTDM）系統(tǒng)中，高速超短光脈沖的傳輸技術是十分關鍵的技術。因此，探索和研究在普通單模光纖中傳輸 40Gb/s 光脈沖具有重要的意義。在 40Gb/s（410Gb/s）的光時分復用系統(tǒng)中，采用 G.652 光纖，利用低偏振模色散寬帶喟啾光纖光柵進行色散補償，成功地補償了 122km40Gb/s 光時分復用傳輸系統(tǒng)中普通單模光纖的色散。對于 40Gb/s 光時分復用系統(tǒng)來說，光纖光柵的帶寬有特殊要求。40Gb/s 光時分復用光脈沖傳輸系統(tǒng)光源脈沖寬度是 45ps,所以光脈沖的譜線寬度超過 1.0nm,而制作光纖光柵的掩模板

34、最長僅為 140mm,在此長度限制下，光纖光柵的帶寬與色散補償量是互相制約的。如果要求在40Gb/s 光時分復用傳輸光脈沖超過 1.0nm 譜線寬度范圍內(nèi)，光纖光柵阻帶內(nèi)反射譜平坦，掩模板的設計帶寬要達到 1nm 以上，而在 1nm 帶寬做到反射譜平坦比較困難。WDM/OTDMWDM/OTDM 混合光網(wǎng)絡利用 WDM 和 OTDM 技術組合構成的混合系統(tǒng)可以互取技術優(yōu)勢，具有光纖帶寬資源利用率高、系統(tǒng)傳輸容量大、構建技術簡單、性能價格比合理等優(yōu)勢，是解決干線高速大容量傳輸?shù)亩嘤脩敉ㄐ啪W(wǎng)絡的最佳方式。高速率 OTDM/WDM 的復合網(wǎng)絡避免了電子瓶頸的限制，極大地提高了網(wǎng)絡的容量和吞吐量。、光時

35、分復用的發(fā)展趨勢OTDM 技術在最近幾年里確實取得了非常豐碩的成果，未來 OTDM 的發(fā)展有可能朝著以下幾個方向發(fā)展。（1）OTDM 的研究取得更大的成功，在超高速和長距離方向上進一步發(fā)展，與此同時實現(xiàn)了 OTDM 的實用化。OTDM 復用更多路數(shù)的低速信號達到超高速光傳輸，且傳輸速率和傳輸距離能夠與 DWDM 相媲美。此時因為 OTDM 擁有比 WDM 更優(yōu)的成本和更有利的網(wǎng)絡管理，OTDM 必將得到更廣泛地認可和應用。（2）ETDM 的更快發(fā)展，目前國際上有一些觀點認為，ETDM 的速率將會得到進一步提升，我們通常認為的 ETDM 的瓶頸將會得到突破。為此，國外在 ETDM 也做了不懈地研究，最新實驗室