光纤通信第5章_光纤通信新技术201204

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1、第5章光纤通信新技术高速调制技术光孤子通信光网络技术光交换技术光纤接入网2012/4/1011高速调制技术1.1半导体激光器高速直接调制速率方程；微波等效电路；高速调制的实现，特点及应用1.2电吸收调制器特点及应用1.3波导调制器主要技术特点与应用半导体激光器的微波等效电路2012/4/102外调制器包括波导调制器、电吸收调制器x(b)L电极x(b)z(a)y(c)y(c)D"TED'2II=cos(∆φ/2)iLiNbO3衬底LiNbO3衬底导波层2∆=φγλ4nLV/'De33(a)相位调制器3V

2、Vπ=πλDnL'/(2eγ33)I(∆φ)L1x(b)z(a)D'yE11y(c)V衬底3LiNbO∆φ0π/2π(b)MZ调制器2012/4/103MQWEAM调制信号P1DFB-LDDFBLD光功率EAMP0反向偏置电压t0V1V0VMQW-EAM调制特性曲线(c)电吸收调制器2012/4/104三种调制方式的比较参数直接调制电吸收调制波导调制器工作带宽（模拟）～20GHz～70GHz工作速率（数字）～2.5Gpbs～10Gpbs～40Gpbs传输距离短较长长复杂度最低中高集成度高较高低性价比高

3、中高2012/4/105电极波导LWG1.4C∆⋅=fLVRnn−⋅πeff电极GWGttoxTSiO2SdLiNbO3行波调制器2012/4/1062光孤子通信（Soliton）2.1光纤中孤子的基本概念•光孤子：群速度色散（GVD）和自相位调制（SPM）相互作用产生。特点：具有保形稳幅的传输特征。•非线性薛定谔方程（NSE）2.2光纤孤子的传输•光纤损耗引起孤子展宽•光放大对孤子的作用2.3光纤孤子通信的系统考虑2012/4/107在GVD影响下光脉冲包络A(z,t)满足的传输方程中，引入非线性效

4、应产生的SPM对方程进行修正，得到了色散非线性系统中信号传输的基本方程为23∂∂∂AAiA1∂A2++βββγ−=iAA

5、

6、12323∂∂∂zt26t∂tβ=1/v，v为群速度，β为群速度色散（GVD），ββω21=d/d1gg2与色散系数D有关，β3为高阶色散，ββω32=d/d与色散斜率有关。γπλ=2nAg/(eff)为SPM的非线性系数，Aeff为光纤的有效面积(tz−β1)zAτξ=,=,U=TLP0D0T为脉冲宽度，P为峰值功率，200LTD=02/

7、β

8、为光纤色散长度2012/4/108

9、非线性薛定谔方程（NSE）2∂∂UU122i±+NUU

10、

11、=0∂∂ξτ2当β<0时取正号，表示异常色散，存在孤子解（亮孤子）2当β<0时取负号，为正常色散，2N定义为22N=L/L=γβPT/

12、

13、DNL002LP=1/(γ)定义为非线性长度NL02012/4/109NSE是一种特殊的非线性偏微分方程，可用称为“逆散射法”在数学上得到精确求解，当N=1时亦可直接积分求解。考虑异常色散，方程取正号，利用逆散射法求解已证明，仅当N为整数才有孤子解存在输入光脉冲具有双曲正割形式UN(0,)ττ=sechU(,

14、)τξ=sechτ⋅=exp(iNξ/2)14[cosh(3)3exp(4)cosh]τ+iξτU(,)τξ=exp(iNξ/2)=2cosh(4)4cosh(2)3cos(4)ττξ++2012/4/10102ππT0孤子周期zL0=D=22

15、β

16、2N=110N=210z/z0=0.25,0.7530z/z0=0.51z/z0=0.1P/P2010N=30t1~3阶孤子的周期性变化2012/4/1011满足N-0.5

17、N阶光孤子4N=1.41.0N=1,β2<030.820.6105ξτ(,)2U8强度40.4631ξ0.22D4z/L120-50500-100100T/T0τN=1.4时的数值模拟结果N=1高斯形状脉冲演化为基态孤子的过程2012/4/1012非线性薛定谔方程（NSE）+损耗项2∂∂UU122i++NUU

18、

19、=−ΓiU2∂∂ξτ22ααTzα00总损耗表示为Γ=L==D22

20、βπ

21、2输入脉冲形式为1阶孤子，则方程有近似解Ui(,)ξτ=sechexp(2[−Γξτ)exp(/8)1exp(4]{Γ

22、−[−Γξ)]}孤子脉冲宽度随传输距离按指数增加TT=exp(2Γ=ξα)Texp(z)1002012/4/1013光纤喇曼放大器和EDFA分布式放大和集中放大Lz=/(5~10)0孤子的传输B=10Gb/s的光孤子系统，L的典型值<100km，应取L<20km，对于G.653光纤，z在500~1000km间，L可达到30~50km，所以在光孤子通0信系统中使用色散位移光纤是必要的。2012/4/1014光孤子系统的通信容量及其限制因素1．ASE噪声与光