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：0.8μm速率：45Mb/s距离：10km（2）InGaAsP半导体激光器波段：1.3μm速率：1.7Gb/s距离：50km（3）单纵模激光器波段：1.55μm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：60-70km1565-1620nm（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)m55.10一、国内外光通信技术的发展现状日本2001年，e—JapanStrategy2004年，u—JapanStrategy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2004年，u—KoreaBCN：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：1999年，ADSL：速率2Mb/s2002年，VDSL：速率20Mb/s2005年，VDSL：速率50Mb/s2006年，FTTH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：320km2002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，1550nmEDFA,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（Macrobendingloss）2、微弯损耗（Microbendingloss）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（Intermodaldispersion）2、色度色散（Chromaticdispersion）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（Intermodaldispersion）2、色度色散（Chromaticdispersion）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。经典理论：量子理论受激拉曼散射现象：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。设入射光的频率为vp，介质分子的振动频率为vν，则散射光的频率分别为：四、光纤拉曼放大器的研究vpsvpas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。经典理论：量子理论受激拉曼散射现象：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。四、光纤拉曼放大器的研究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sphhhasphhh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。sddRpsssIgIIIzddppRpsppsIgIIIz泵浦光和斯托克斯光的相互作用符合下列耦合波方程：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sddRpsssIgIIIzddppRpsppsIgIIIz0()(0)exp()ssReffsILIgILaL1[1exp()]effppLL0()exp(/)(0)exp()sReffeffssILGgPLAIaL耦合波方程：放大器的增益：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带宽：100nm光谱滤波技术带宽：70μm增益起伏≤1.27dB啁啾光纤带宽：50μm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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光纤通信系统的研究未来