本章主要介绍一些已经实用化或者有重要应用前景
的新技术，如光放大技术，光波分复用技术，光交
换技术，光孤子通信，相干光通信，光时分复用技
术和波长变换技术等。
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7.1 光 纤 放 大 器
光放大器有半导体光放大器和光纤放大器两种类型。半 导体光放大器的优点是小型化，容易与其他半导体器件集成； 缺点是性能与光偏振方向有关，器件与光纤的耦合损耗大。 光纤放大器的性能与光偏振方向无关，器件与光纤的耦合损 耗很小， 因而得到广泛应用。
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7.2 光波分复用技术
在 光 纤 通 信 系 统 中 除 了 大 家 熟 知 的 时 分 复 用 (TDM) 技术外， 还出现了其他的复用技术，例如光时分复 用 (OTDM) 、 光 波 分 复 用 (WDM) 、 光 频 分 复 用 (OFDM)以及副载波复用(SCM)技术。 本节主要讲述 WDM技术。
信号分开(解复用)，并作进一步处理，恢复出原信号
后送入不同的终端，因此将此项技术称为光波长分割
复用， 简称光波分复用技术。
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衰 减 / (d B－·k)1 m
4.0 信 道间 隔
3.0 1~10 GHz
2.0
… 载00 1400 1600 1800
波 长 / nm
波长为980 nm的泵浦光转换效率更高，达10 dB/mW， 而且噪声较低，是未来发展的方向。
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增 益 / dB
35.0
30.0
增 益 / dB
25.0
20.0
15.0
输 出 光 功 率 / dBm
10.0
I
I
I
I
5.0
I
0.0
I
噪 声 指 数 / dB
－ 5.0
I
－ 10.0 － 40 － 35 － 30 － 25 － 20 － 15 － 10 － 5 0
图7.6
中心波长在1.3 μm和1.55 μm的硅光纤低损耗传输窗口 (插图表示1.55h μm传输窗口的多信道复用) 14
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TotBalitrateBitra/Cteh TotBalW ChanSnpealcing
1300
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1500
1700 1n6m
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2. WDM系统的基本形式
光波分复用器和解复用器是WDM技术中的关键 部件，将不同波长的信号结合在一起经一根光纤输 出的器件称为复用器(也叫合波器)。反之，经同一传 输光纤送来的多波长信号分解为各个波长分别输出 的器件称为解复用器(也叫分波器)。 从原理上讲， 这种器件是互易的(双向可逆)，即只要将解复用器的 输出端和输入端反过来使用， 就是复用器。因此复 用器和解复用器是相同的(除非有特殊的要求)。
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7.2.1光波分复用原理
1. WDM的概念
光 波 分 复 用 (WDM ： Wavelength Division
Multiplexing)技术是在一根光纤中同时传输多个波长
光信号的一项技术。其基本原理是在发送端将不同波
长的光信号组合起来(复用)，并耦合到光缆线路上的
同一根光纤中进行传输，在接收端又将组合波长的光
光纤放大器实际上是把工作物质制作成光纤形状的固体激光 器，所以也称为光纤激光器。 20世纪80年代末期，波长为1.55 μm的掺铒(Er)光纤放大器 (EDFA： Erbium Doped Fiber Amplifier)研制成功并投入 实用，把光纤通信技术水平推向一个新高度，成为光纤通信 发展史上一个重要的里程碑。
WDM系统的基本构成主要有以下两种形式：
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(1) 双纤单向传输。单向WDM传输是指所有光通路同时在一
根光纤上沿同一方向传送。如图7.7所示，在发送端将载有各
种信息的、具有不同波长的已调光信号λ1,λ2,…,λn通过光复用 器组合在一起，并在一根光纤中单向传输。 由于各信号是通
过不同光波长携带的，因而彼此之间不会混淆。在接收端通过
光解复用器将不同波长的信号分开， 完成多路光信号传输的
任务。反方向通过另一根光纤传输的原理与此相同。
1 光发射机 1
输 入 光 功 率 / dBm
图7.4 掺铒光纤放大器增益、 噪声指数和输出光功率与输
入光功率的关系曲线
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7.1.3掺铒光纤放大器的优点和应用
EDFA有许多优点， 并已得到广泛应用。
EDFA的主要优点有：
(1)工作波长正好落在光纤通信最佳波段(1500～1600 nm)； 其主体是一段光纤(EDF)，与传输光纤的耦合损耗很小， 可达 0.1 dB。
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7.1.1 掺铒光纤放大器EDFA工作原理
图 7.1掺铒光纤放大器的工作原理
(a) 硅光纤中铒离子的能级图； (b) EDFA的吸收和增益频谱
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图7.2掺铒光纤放大器的特性
(a) 输出信号光功率与泵浦光功率的关系； (b) 小信号增益与泵浦光功率的关系
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7.1.2 掺铒光纤放大器的构成和特性
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图7.3光纤放大器构成方框图
(a)
光纤放大器构成原理图；
(b)
实用光纤放大器外形图及其构成方框图
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掺铒光纤(EDF)和高功率泵浦光源是关键器件，把泵浦光与 信号光耦合在一起的波分复用器和置于两端防止光反射的光 隔离器也是不可缺少的。
对 泵 浦 光 源 的 基 本 要 求 是 大 功 率 和 长 寿 命 。 波 长 为 1480 μm的InGaAsP多量子阱(MQW)激光器， 输出光功率高达 100 mW, 泵浦光转换为信号光效率在6 dB/mW以上。
第 7 章 光纤通信新技术
7.1 光纤放大器
7.2 光波分复用技术
7.3 光交换技术
7.4 光孤子通信
7.5 相干光通信技术
7.6 光时分复用技术
7.7 波长变换技术
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第7章 光纤通信新技术
光纤通信发展的目标是提高通信能力和通信质量， 降低价格，满足社会需要。进入20世纪90年代以后， 光纤通信成为一个发展迅速、 技术更新快、新技术 不断涌现的领域。
(2) 增益高，约为30～40 dB; 饱和输出光功率大， 约为 10～15 dBm; 增益特性与光偏振状态无关。
(3) 噪声指数小， 一般为4～7 dB; 用于多信道传输时， 隔 离度大，无串扰，适用于波分复用系统。
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(4) 频带宽，在1550 nm窗口，频带宽度为20～40 nm， 可 进行多信道传输，有利于增加传输容量。