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第二十四讲光孤子通信PowerPointPrese

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《全光通信》PPT课件

《全光通信》PPT课件
（2）系统易于实现波分复用，例如传送N路波分复用信号。 （3）提高系统的发射光功率和光接收灵敏度。
32021/3/3
9.1.2
关实 键现 技全 术光
通 信 的
早在20世纪80年代，人们就开始了光放大器的研究，先后进 行一系列的光放大实验、随着在1.55μm波段的激光技术的不断成 熟，零色散波长移至1.55μm的色散位移光纤的开发成功，使掺铒 光纤放大器的发展应用前景十分好看，目前已商用的EDFA产品的 指标可达到：增益大于400dB，饱和输出功率大于17dBm，噪声指 数小于4dB，一些光传输网络已应用EDFA进行光中继或光功率补偿， 最高的传输率已超过1000Gbit/s（波分复用方式），最长的传输距 离已达10 000km量级。
又不为零的光纤作为传输光纤为最佳方案，而对于现有已铺设的大量
标准光纤系统来说，可通过采用量子阱激光器和外调制技术，减小使 用DFB激光器和直接调制所带来的高速信号的啁啾声，从而减小色散 影响，除此之外，还可以利用色散值和为负的色散补偿光纤来补偿标 52021/3/3准光纤的正色散，以达到减小色散的目的。
2 2021/3/3
9.1.2
关实 键现 技全 术光
通 信 的
全光通信中采用了光复用、光交换和其他光处理技术，从而实 现任何点与点之间的全程光信号的交互与传输。这意味着点对点的 信息传递，只由光载波来完成，中间无需任何光- 电- 光的变换。它 的进展完全取决于光直接放大、光补偿（色散和非线性）以及高速 光调制等一系列技术的进展。下面逐一加以探讨。
62021/3/3
9.1.2
3．光交换
关实 键现 技全 术光
通 信 的
光交换技术是实现一光通信的关键技术之一，与电子式交换相 比，光交换无须在光纤传输线路和交换机之间的设置光/电或电/光 变换，不存在“电子瓶颈”问题，它能允分发挥光信号的高速度、 宽带和无电磁感应的等优点，综合迄今为止的研究成果，已有光交 换方式大致可分为五种：光空分交换、光时分交换、光波分交换、 复合型光交换和自由空间关交换（上述概念交在光交换一节中详细 阐述），因自由空间光交换具有1mm范围高达10μm量级的分辨率 等显著特点，而被认为是一种很有前途的光交换方式。

光通信及光孤子

光通信及光孤子

——非线性效应：自相位调制
（SPM：Self-phase Modulation）
群速色散
光纤的群速色散使得不同频率的光波以不同 的速度传播，这样，同时出发的光脉冲，由于 频率不同，传输速度就不同，到达终点的时间 也就不同，便形成脉冲展宽，使信号畸变失真。
Hale Waihona Puke 自相位调制克尔效应（OKE）使得当光的强度变化时使 频率发生变化，从而使传播速度变化。在光纤 中这种变化使光脉冲后沿的频率变高、传播速 度变快；而前沿的频率变低、传播速度变慢。 这就造成脉冲后沿比前沿运动快，从而使脉冲 受到压缩变窄。
——物理上，孤子是物质非线性效应的一种特殊产物
——数学上，它是某些非线性偏微分方程的一类稳定的、能量有限的不 弥散解
——孤子在互相碰撞后，仍能保持各自的形状和速度不变
光孤子的形成机理
光孤子稳定存在的条件
——线性效应：光纤的群速色散 （GVD：Group Velocity Dispersion）
——特点: 开关速度快（10-2s量级）、开光转换率 高（达100%）、开光过程中光孤子形状
不发生改变，选择性能好
光孤子源技术
——光孤子稳定传输条件： 光脉冲为严格的双曲正割形 振幅满足一定的条件 ——现有的光孤子源 拉曼孤子激光器、参量孤子激光器、掺饵光纤孤 子激光器、增益开环半导体孤子激光器、锁模半 导体孤子激光器
全光孤子放大器
——特点：可对光信号直接放大，避免了光电、电 光模式
光孤子开关技术
光孤子通信系统
孤子与光孤子
孤子（Soliton）又称孤立波，是一种特殊形式的超短脉冲，或者说是一 种在传播过程中形状、幅度和速度都维持不变的脉冲状行波。
孤子的提出 ——1834年美国科学家罗素在流体力学中首先提出 ——在一条窄河道中，迅速拉一条船前进，在船突然停下时，在船头 形成的一个孤立的水波迅速离开船头 孤子的特点

光孤子通信技术 系统构成及工作原理PPT文档共22页

光孤子通信技术 系统构成及工作原理PPT文档共22页

•
29、在一切能够接受法律支配的人类 的状态 中，哪 里没有 法律， 那里就 没有自 由。— —洛克
•
30、风俗可以造就法律，也可以废除 法律。 ——塞·约翰逊
6、最大的骄傲于最大的自卑都表示心灵的最软弱无力。——斯宾诺莎 7、自知之明是最难得的知识。——西班牙 8、勇气通往天堂，怯懦通往地狱。——塞内加 9、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。——赫尔普斯 10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。——笛卡儿
光孤子通信技术 系统构成及工作原理
•
26、我们像鹰一样，生来就是自由的 ，但是 为了生 存，我 们不得 不为自 己编织 一个笼 子，然 后把自 己关在 里面。 ——博 莱索
•
27、法律如果不讲道理，即使延续时 间再长 ，也还 是没有 制约力 的。— —爱·科 克
•
28、好法律是由坏风俗创造出来的。 ——马 克罗维 乌

非线性光纤光学 第五章光孤子 ppt课件

非线性光纤光学 第五章光孤子 ppt课件
线性稳定性分析
✓ 稳态解 忽略损耗，考虑稳态情况下连续波在光纤中的传输情况：
iA z122T 2A2|A|2 A
对于连续波，入射端振幅与T无关，并认为在光纤内传输时仍保 持与时间无关，可以得到方程的稳态解为
A P0 exp(iNL)
入射功率 NL P0z SPM感应的非线性相移
上式表明，连续波在光纤中传输时除了获得一个与功率有关的相移 （和由于光纤损耗引起的功率减小）外，其他参量保持不变。 ✓ 微扰的影响
➢ 孤子的物理理解： ✓ 光孤子由色度色散和自相位调制的结合而形成。 ✓ 通过选择适当的波长和脉冲形状，激光产生孤子波形， 孤子波形通过
自相位调制抵消掉色度色散，从而保持波形不变。 ✓ 色度色散和啁啾(chirp)彼此抵消，从而产生孤子。
光孤子的数学描述
➢ 非线性薛定谔方程(NLS) 从数学上描述光孤子需要用到前面介绍的NLS，
N2 LD
P0T02
LNL
2
±1，取决于GVD的正负 孤子阶数，无量纲的量
通过引入 uNU LDA，可以消去方程中的参量N，
并取GVD为负的情况，sgn＝-1，得到非线性薛定谔方程的标
准化形式：
i
u
1 2u
22
u2u0
该方程可以用逆散射方法求解，主要的结果如下：
设入射脉冲的初始形式满足 u(0, )N seh(c)
将实部和虚部分离，可以得到关于V和φ的两个方程，
V 1 2 2V 21 2V 2V30
V1V2 0 2 2
可以设相位φ与τ无关，因此式中∂φ/∂τ有关的项为零，且∂φ/∂τ变成dV/ dτ 。从第一个式子看出，要满足V与ξ无关的条件，∂φ/∂ξ必须等于常数， 因此φ=Kξ的形式，式中K是常数。因此V满足

光纤通信发展的历史和现状幻灯片

光纤通信发展的历史和现状幻灯片

光纤通信发明家高锟(左) 1998年在英国接受IEE授予的奖章
1970年，光纤研制取得了重大突破
•
1970 年 ， 美 国 康 宁 (Corning) 公 司 研 制 成 功 损 耗
20dB/km的石英光纤。把光纤通信的研究开发推向一个新阶段。
• 1972年，康宁公司高纯石英多模光纤损耗降低到4
目前光纤已成为信息宽带传输的主要媒质，光纤通信系统 将成为未来国家信息基础设施的支柱。
在许多发达国家，生产光纤通信产品的行业已在国民经济 中占重要地位。
光纤通信整体发展时间表
(Gb/s•Km
10000 系0 统 性 能 10000
1000
） 100
1.55μm 相干检测 1.55μm 直接检测
1.3μm 0.8μm 单模 多模
光纤通信的发展可以粗略地分为三个阶段：
• 第一阶段(1966~1976年)，这是从基础研究到商业
应用的开发时期。
• 第二阶段(1976~1986年)，这是以提高传输速率和
增加传输距离为研究目标和大力推广应用的大发展时期。
• 第三阶段(1986~1996年)，这是以超大容量超长距
离为目标、全面深入开展新技术研究的时期。
突变型多模光纤通信系统， 以及速率为100 Mb/s的渐变型多模 光纤通信系统的试验。
• 1983年敷设了纵贯日本南北的光缆长途干线。
•
随后，由美、日、 英、法发起的第一条横跨大西洋
TAT-8海底光缆通信系统于1988年建成。
• 第一条横跨太平洋 TPC-3/HAW-4 海底光缆通信系统于
1989年建成。从此，海底光缆通信系统的建设得到了全面展开， 促进了全球通信网的发展。
由于光纤和半导体激光器的技术进步，使 1970 年成为光纤通信发展的一个重要里程碑

光孤子通信技术ppt课件教学教程

光孤子通信技术ppt课件教学教程
第二十四讲 光孤子通信技 术
主要内容
• 一、光孤子通信的定义 • 二、光孤子形成的原因 • 三、光孤子通信系统的构成及工作
原理
光孤子通信的定义
• 光孤子——是经光纤长距离传输之后，其 幅度和波形宽度都不变的超短光脉冲（ps 数量级）。
• 光孤子通信——是利用光孤子作为载体的 通信方式。
光孤子形成的原因
非线性效应，因此，只要适当选择相关参数，使这两
项的绝对值相等，则光纤色散和非线性效应便相互抵
消，使输入脉冲宽度保持不变，形成稳定的光孤子。
光孤子通信系统的构成框图
孤子源
调制
EDFA
脉冲源
光纤传输系统
隔离器 EDFA
EDFA
EDFA
探测
光孤子通信系统工作原理
•
光孤子源产生一系列脉冲宽度很窄的光脉冲
（即光孤子流），作为信息载体进入光调制器，
使信息对光离器后，进入光纤中传输。
为克服光纤损耗带来的光孤子减弱，在光纤线路
上周期性地插入EDFA，向光孤子注入能量，以补
偿光纤传输而引起的能量损耗，确保光孤子稳定
传输。在接收端，通过光检测器和解调装置，恢
复光孤子所承载的信息。
• 光孤子的形成是光纤的色散与非线性效应 相互平衡的结果。
• 色散——使经过光纤传输一定距离后的光 信号出现波形展宽的现象。
• 非线性效应——在入射光功率较强的条件 下，光纤折射率随光强度变化的现象。
非线性效应
• 在强光作用下，光纤的n可以表示为
n n0 n2 E 2
• 这种折射率随光强变化的特性称为克尔效应。 • 设波长为λ，光强为 E 2 的光脉冲在长度为L的光纤中传输，则
冲上升部分，频率降低，这种现象即脉冲被线性调频或称为啁啾。

光孤子通信介绍


光孤子的形成机理
1973 年， Hasegawa 和 Tappert 首次提出“光孤子”的 概念，并从理论上推断， 无损光纤中能形成光孤子。他 们认为， 当光脉冲在光纤中传播时， 光纤的色散使得光 脉冲中不同波长的光传播速度不一致，结果导致光脉冲展 宽，限制了传输容量和传输距离。但当光纤的入纤功率足 够大时， 光纤中会产生非线性现象， 它使传输中的光脉 冲前沿群速度变大， 后沿群速度变小， 其结果是使脉冲 缩窄。当光脉冲的展宽和压缩的作用相平衡时，就会产生 一种新的光脉冲， 形成信号脉冲无畸变传输， 这时的光 脉冲是孤立的， 不受外界条件影响， 因此称为光孤子
图２是二阶孤子的传输。它是以二 阶色散距离为周期， 周期性的发生 吸引和排斥， 也就周期性的出现一 个峰值。
图３是三阶孤子的传输， 在传输 过程中很快分裂， 除两侧两个大 的孤子外，中间激起第三个孤子。
（ 4 ）光孤子碰撞分离后的稳定性为设计波分复用 提供了方便；
（ 5 ）导频滤波器有效地减小了超长距离内噪声引 起的孤子时间抖动； （ 6 ）本征值通信的新概念使孤子通信从只利用基 本孤子拓宽到利用高阶孤子，从而可增加每个脉冲 所载的信息量。光孤子通信的这一系列进展使孤子 通信系统实验已达到传输速率 10~20Gbit/s ，传输 距离13000~20000公里的水平。
研究方向
1.掺杂光子晶体光纤产生光孤子所需泵浦功率的研 究
2. 非 线 性 效应、光纤、光纤放大器等对光孤子在光 纤中的传输特性的影响 3.光孤子改变了光网络中数据的编码方式，并可延 长再生距离，从而可以大幅度削减传输成本。
光子晶体光纤的总色散 D(λ) 可表示为D(λ) ≈ D ω (λ) + D m (λ)， (1)式中， D ω (λ) 为波导色散， 与光子晶体光纤的结构密切相关;D m (λ)为材料色散， 与材料折射率有关。D( λ) = 0 处 的 波 长 为 零 色 散 波 长 ，D(λ) ＜0 的 区域为光纤的正常色散区， 反之为光纤的反常色散 区色散效应导致光脉冲不同频率分量运动速度不同 ， 使得脉冲在传输过程中展宽

光孤子通信技术 系统构成及工作原理

相对于集中式放大器，分布式SRS放大器： • 等效噪声指数低(<0) ； • 增益谱型与信号输入功率的大小不敏感； • 有非常宽的增益带宽； • 不需要额外的增益光纤作为增益介质。
四 结语
结语
Marconi 公司推出的基于孤子的SmartPhotoniX UPL160系统在澳洲的商用已 充分显示光纤孤子的大规模商用已为期不远。
现常见的光孤子功率放大器主要有集中式放大器和分布式放大器两类。
系统构成
集中式放大器的代表是EDFA( erbium doped fiber amplifier，掺饵光纤放大器),具有体积小、功耗低、品质高、使用 方便等优点,EDFA的诞生是光纤通信领域的重大突破,对光纤通信的发展有着重要意义。
分布式放大器的代表是SRS (stimulated Raman scattering,受激喇曼散射)放大器，当入射光功率较低时，散射主要来 源于光自身的散射效应;当不断提高入射光功率时，受激散射成为主导,形成了受激喇曼散射，具有单色性、相干性 和很高的方向性。
1981年，Hasegawa和Kodama提出将光纤中的孤子作为信息载体用于通信，构建一种新的光纤通信方案，称为光孤 子通信，它正是利用光纤色散与非线性相互作用平衡时实现的一种光纤通信方式。
光孤子形成原理如图所示。它完全摆脱了光纤色散对传输速率和通信容量的限制，其传输容量比当今最好的通信 系统高出1~2个数量级，中继距离可达几百km。它被认为是下一代最有发展前途的传输方式之一。
光孤子通信技术 系统构成及工作原理
目录
1
技术背景
2
基本原理
3
系统构成
4
结语
一 技术背景
技术背景
随着光通信技术的不断发展、光纤通信从出现到现在一共经历了五代。先后历经了 OM1、OM2、OM3、OM4、 到 OM5 光纤的优化升级，在传输容量和传输距离方面均取得了不断突破。由于特性和应用场景的需求，OM5 光纤 呈现出良好的发展势头。

最新光孤子PPT

• 由武汉邮电科学研究院研制的EDFA，具有增益高、噪声低、增益特性 与光偏振状态无关。达到世界先进水平。在光端机的发送端加后置式 掺饵光纤放大器，在接收端加低噪声前置掺饵光纤放大器，则可以使 2.488Gbit/s系统具有跨越100～250km无中继距离的能力。可大大降低
中继成本。
光孤子
发展前景
接叫KdV方程）。关于实自变量x 和t的函数φ所满足的KdV方程形式如 下：
• KdV方程的解为簇集的孤立子（又称孤子，孤波）。
光孤子
研发历程
• 1）1973～1980年为第一阶段：首先将光孤子应用于光通信的设想 是由美国贝尔实验室的A.Hasegawa于1973年提出的，他经过严格的数 学推导，大胆地预言了在光纤地负色散区可以观察到光孤子的存在，
光孤子
形成机理
• 一束光脉冲包含许多不同的频率成分，频率不同，在介质中的传播速 度也不同，因此，光脉冲在光纤中将发生色散，使得脉宽变宽。但当 具有高强度的极窄单色光脉冲入射到光纤中时，将产生克尔效应，即 介质的折射率随光强度而变化，由此导致在光脉冲中产生自相位调制， 使脉冲前沿产生的相位变化引起频率降低，脉冲后沿产生的相位变化 引起频率升高，于是脉冲前沿比其后沿传播得慢，从而使脉宽变窄。 当脉冲具有适当的幅度时，以上两种作用可以恰好抵消，则脉冲可以 保持波形稳定不变地在光纤中传输，即形成了光孤子，也称为基阶光 孤子。若脉冲幅度继续增大时，变窄效应将超过变宽效应，则形成高 阶光孤子，它在光纤中传输的脉冲形状将发生连续变化，首先压缩变 窄，然后分裂，在特定距离处脉冲周期性地复原。
光孤子
Thank you
光孤子
• （3）可以不用中继站：只要对光纤损耗进行增益补偿，即可将光信 号无畸变地传输极远距离，从而免去了光电转换、重新整形放大、检 查误码、电光转换、再重新发送等复杂过程。

光纤通信教案ppt课件

▪高强度的、可靠的光源
太阳光、灯光等普通的可见光源，都不适合作为通信 的光源。
1.1光纤通信发展历史
❖ 光源的探索阶段
▪ 认识一下激光
▪ 激光（LASER）：Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation------------受激辐 射的光放大。
图 透镜波导
1.1光纤通信发展历史 ▪ 反射镜波导：用与光束传输方向成45度角的两
个平行反射镜代替透镜而构成。
首先：现场施工中校准和安装十分复杂； 其次：地面活动对波导影响很大
必须把波导深埋或选择在人车稀少的地区使用。
1.1光纤通信发展历史
现代光纤通信
▪ 光纤的发展 ▪ 光纤即玻璃纤维（透明度很高的石英玻璃丝） ，人们用
1.1光纤通信发展历史
▪利用太阳光作光源，成功进行了光电话的实 验 ，传输距离200多米。 ▪说明：利用光波作为载波传送信息是可行的。 ▪要解决两个问题
▪有稳定的、低损耗的传输媒质
光在大气中的传送要受到气象条件的很大限制，比如 在遇到下雨、下雪、阴天、下雾等情况，就会看不远和 看不清，这叫做大气的能见度降低，使信号传输受到很 大阻碍。
光纤通信培训教材
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大客户专线
光传输
宽带接入
2G 3G
IP SAN
IPTV
深圳市讯方通信技术有限公司
第一章 光纤通信概述
1.1光纤通信发展历史 1.2光纤传输原理 1.3光纤基础知识 1.4光纤通信常用仪器仪表 1.5光纤通信系统基本组成结构 1.6光源器件和光发送机 1.7光检测器件和光接收机 1.8光纤通信发展展望
1.1光纤通信发展历史
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相干光通信的定义
l 相干光——是由两个激光器产生的具有空间叠 加、相互干涉特性的激光。
l 相干光通信——在发射端对光载波进行幅度、 频率或相位调制，在接收端，则采用零差检测 或外差检测等相干检测技术进行信息接收的通 信方式。
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第二十四讲光孤子通信 PowerPointPrese
相干检测原理
光接收机接收的信号光和本地振荡器产生 的本振光经混频器作用后，光场发生干涉，由 光检测器输出的光电流经处理后以基带信号形 式输出。由于混频输出光信号的中频信号功率 分量带有信号光的幅度、频率或相位信息，因 此发端不管采用哪种调制方式，均可以在中频 功率分量反映出来，所以相干光接收方式适合 于所有调制方式的通信。
光源
传输速率 （Gb/s)
传输距 离
（km)
光纤波 长
（μm)
ASK 1.55 μm DBF DBR
4
160
1.55
接收机灵敏度
实际值 210
量子极限 40
FSK 1.55 μm DBF DBR
4
160
218
40
普通单频
1
100
1.55 1500
40
普通单频
140
243
350
40
DPSK 1.55 μm DBF DBR
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调制方式
l 模拟信号的三种调制方式： l 幅度调制 l 频率调制 l 相位调制 l 数字信号的三种调制方式： l 幅移键控 l 频移键控 l 相移键控
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•信号光 •ωs
•信号光 •ωs
4
160
261
20
窄线谱
1
200
1.55
270
20
ห้องสมุดไป่ตู้
窄线谱
400
260
45
20
IM/DD
1.55 1000
10
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3rew
演讲完毕，谢谢听讲!
再见，see you again
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2020/12/9
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调制方式
解调方式 比特误码率
每比特光子
（BER）
数Np
ASK
外差
72
长比特流时每比特 光子数 Np
36
ASK
零差
36
18
PSK
外差
18
18
PSK
零差
9
9
FSK
外差
36
36
FSK
零差
20
10
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外差异步解调系统实验结果与量子效率比较
调制 方式
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•混频器
•信号光 •ωs
•光检测器 •ωL
•本地光 •震荡器
•电信号处理 •基带信号
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相干检测原理方框图
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相干检测的方式
l （1）零差检测 选择ωL=ωs,即ωIF=0。零差检测接收光功率可以放大几个数
量级，虽然噪声也增大，但仍能使灵敏度大幅提高，但技术复杂， 必须严格控制相位变化，使φs－φL保持不变，同时要求ωL=ωs 。 l （2）外差检测
选择ωL≠ωs,即ωIF= ωs － ωL ＞0。外差检测也能提高灵敏度， 信噪比改善比零差检测低3dB，但因无需实现相位锁定，接收机 设计相对简单。
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2020/12/9
第二十四讲光孤子通信 PowerPointPrese
主要内容
l 一、相干光通信的定义 l 二、相干检测原理和光波的调制解
调方法 l 三、相干光通信系统的性能指标 l 四、相干光通信的特点
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第二十四讲光孤子通信 PowerPointPrese
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•混频器
•光检测器 •ωL
•本地光 •震荡器
•带通
•载波 •恢复
•低通 •基带信号
•(a)外差同步解调接收机方框图 •混频器
•光检测器 •ωL
•本地光 •震荡器
•带通
•包络 •检波
•低通 •基带信号
•(b)外差异步解调接收机方框图
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同步相干接收机量子极限灵敏度