WDM概念与器件关注的问题-ReadPPT课件.ppt

第十章第十章 WDM概念与器件概念与器件关注的关注的问题1.什么是波分复用(WDM)技术？为什么要使用WDM技术？2.WDM系统中使用的无源器件 -耦合器 -马赫-曾德复用器 -阵列波导光栅 -光纤光栅3.WDM系统中使用的有源器件 -可调光源 -可调滤波器10.1 WDM的工作原理的工作原理在13001600 nm光谱范围内，以一定的间隔隔开的多个波长可以在同一根光纤中独立传播。例：这两个低损耗波长窗口可以容纳 290 个40-Gb/s PSK信号点到点的波分复用系统波分复用器100 GHz间隔的WDM信道频谱WDM系统的优点1.系统容量可以很容易升级 如果每个波长可以承载40 Gb/s的信息，那么一根光纤若同时 传输100个波长就能实现4 Tb/s的传输2.可以保持数据的透明性 WDM 的信道都可以独立地携带任意的传输格式，它们之间 可以不同步，数据速率可以不同，可以是模拟的或者数字的3.可以用于构造波长路由光网络 光网络交换节点除了可以执行时间和空间两个维度的交换之 外还可以利用波长进行交换，多维的交换让光网络具有更高 的灵活性关注的关注的问题1.什么波分复用(WDM)技术？为什么要使用WDM技术？2.WDM系统中使用的无源器件 -光耦合器 -马赫-曾德复用器 -阵列波导光栅 -光纤光栅3.WDM系统中使用的有源器件 -可调光源 -可调滤波器光耦合器NN1NP1/NP1/NP1/N22耦合器的应用：功率分配耦合器的分类光纤耦合器波导耦合器衬底SiO222 光纤耦合器耦合区W锥形区L锥形区L拉伸区2L+WL：由拉伸时决定W：由加热的火焰宽度决定光耦合示意P1和P2跟什么因素有关?P2P1耦合器内的光功率分布：随位移的变化假设耦合器无损耗k 是耦合系数f1=f2-p/2f1=f2-p/2P1和P2与拉伸区宽度有关z耦合器内的光功率分布：随波长的变化P1和P2与入射波长有关例如成品上会标注：1550 nm 50:50影响耦合光功率的参数耦合光功率P2跟以下参数有关：拉伸区长度2L+W 注入光束的波长l 拉伸区内逐渐变小的光纤半径r k 耦合区中两根光纤的半径差Dr k 光纤折射率分布 k散射矩阵：无损耗假设器件无损耗k是耦合系数，z是耦合区长度e=sin(kz)例e=0.5的散射矩阵可以写成令Ein,2=0，则有那么可以得到两个端口的输出功率为和P1:P2=1:1的2x2光耦合器称为3 dB耦合器散射矩阵：有损耗a是损耗系数22光纤耦合器的参数例22双锥形光纤耦合器的输入光功率为P0=200 mW，另外三个端口的输出功率分别为P1=90 mW，P2=85 mW，可以求得为：22 波导耦合器可改变量-w：宽度；S：间距；n：折射率NN 星型耦合器多根光纤一起熔融技术难度大，主要是众多光纤之间的耦合响应控制比较困难，因此难以制作大规模的光耦合器PP/N级联的办法构造大规模光耦合器类似于交换结构中的baseline network构成一个NN耦合器所需3 dB耦合器的数量：一个NN星形耦合器附加损耗：级联光耦合器的损耗其中FT(01)为通过每个3 dB耦合器的附加损耗比。关注的关注的问题1.什么波分复用(WDM)技术？为什么要使用WDM技术？2.WDM系统中使用的无源器件 -耦合器 -马赫-曾德复用器 -阵列波导光栅 -光纤光栅3.WDM系统中使用的有源器件 -可调光源 -可调滤波器Mach-Zehnder Interferometer(MZI)应用：外调制器、波分复用/解复用器、DPSK解调控制w1和w2中光的相位差，并使之在输出端产生相长/消干涉w1w23dBcoupler3dBcouplerMZI 复用器/解复用器 如果输入波长满足bDL=(2k-1)pp/2bDL+p/2bDL+pbDL信号从上端口输出如果输入波长满足bDL=2kp信号从下端口输出解复用22 MZI复用器对于给定的两个间隔为Dv的波长信道，当DL满足关系：时，l1和l2可以被复用在一起。多端口的MZI复用器关注的关注的问题1.什么波分复用(WDM)技术？为什么要使用WDM技术？2.WDM系统中使用的无源器件 -耦合器 -马赫-曾德复用器 -阵列波导光栅 -光纤光栅3.WDM系统中使用的有源器件 -可调光源 -可调滤波器基于相位阵列的WDM器件相邻波导长度差DL阵列波导光栅AWG是MZI的扩展NNAWG工作原理xdLfAWG应用1.复用/解复用器2.波长路由选择开关：j个端口的li 会被交换到k端口 三个标号之间满足(i-j)mod W=k W为系统波长总数配合波长变换器可成为动态的波长路由选择器关注的关注的问题1.什么波分复用(WDM)技术？为什么要使用WDM技术？2.WDM系统中使用的无源器件 -耦合器 -马赫-曾德复用器 -阵列波导光栅 -光纤光栅3.WDM系统中使用的有源器件 -可调光源 -可调滤波器光栅：材料中的周期性扰动光栅具有特殊性质：与波与波长相关的反射特性相关的反射特性，这可以使用光栅方程描述：不同波长的光具有不同的衍射角，因此它们在空间上被分开。光纤光栅紫外掩模写入法：1.用两束紫外光照射光纤并发生干涉2.掺锗的高光敏纤芯在光强部分折射率增加3.光栅永久写入光纤光纤光栅工作原理设两列波沿同一方向传播，如果传播常数b1和b2满足所谓的布拉格相位匹配条件：一个波的能量可以耦合到另一个波上去。在光纤光栅中，假设传播常数为 b0 的光波射入光栅，如果满足条件：则光波的能量可以耦合到沿传播方向相反的具有同一波长的反射光上去。将b0=2pneff/l0代入上式，可以得到会发生强烈反射的波长为：光纤光栅工作原理示意l1 l2 lnl2 lnl1l1l1l1l1l1l1光纤光栅的应用光滤波器光分插复用器色散补偿器传感器：对温度敏感，随温度变化中心波长发生改变 温度6度的变化导致0.6 nm的中心波长的漂移窄带滤波器Dt关注的关注的问题1.什么波分复用(WDM)技术？为什么要使用WDM技术？2.WDM系统中使用的无源器件 -耦合器 -马赫-曾德复用器 -阵列波导光栅 -光纤光栅3.WDM系统中使用的有源器件 -可调光源 -可调滤波器10.3 可可调谐光源光源可调谐DFB：1.改变激光器的温度 使内置布拉格光栅中心频率漂移2.改变注入有源区、无源区的电流 实质是：改变有源区载流子浓度 使有效折射率发生改变，导致峰 值输出波长的漂移可调谐范围WDM系统中为避免邻近波长信道的串扰可调范围取决于有效折射率的变化量 折射率1%的改变导致1015 nm的调谐范围那么，在LD可调范围内可容纳的波长信道数为例 对于一个工作在1550 nm的DBR激光器，假定其最大折射率改变为0.65%。则调谐范围是：如果每个波长信道的调制速率为2.5 Gb/s，即占用谱宽为0.02 nm(1550 nm波长附近0.08 nm对应于10 GHz)，则该调谐范围内可以容纳的信道数目是：阵列可调激光器宽带光源+频谱切割关注的关注的问题1.什么波分复用(WDM)技术？为什么要使用WDM技术？2.WDM系统中使用的无源器件 -耦合器 -马赫-曾德复用器 -阵列波导光栅 -光纤光栅3.WDM系统中使用的有源器件 -可调光源 -可调滤波器10.4 可可调滤波器波器参数：1.调谐范围2.滤波带宽3.调谐速度(取决于应用场合)4.插入损耗5.对环境变化的敏感度 可调滤波器的类型1.22 非对称可调方向耦合器：通过调节电极选择波长2.可调MZI：通过热光或电光控制改变干涉仪的臂长调谐范围 60 nm频谱分辨率 1 nm频谱分辨率 0.4 nm调谐时间 50 ns对环境敏感n可调滤波器的类型3.光纤F-P滤波器：通过改变电介质镜面的距离改变共振条件4.可调多光栅滤波器：分插复用器123调谐范围大 几十个纳米频谱分辨率 GHz但是调谐速度 0.1 ms可调滤波器的类型5.声光滤波器输入信号产生的声波引起媒质密度周期变化，其变化周期等于声波波长，这相当于形成一个布喇格光栅。满足光栅布喇格条件的波长被耦合到另一个臂传输，并在另一个出口输出作业10.5;10.10