光纤通信技术07光纤通信新技术
光纤通信最新技术
光纤通信最新技术对光纤通信而言，超高速度、超大容量和超长距离传输一直是人们追求的目标。
目前主要的光纤通信技术有以下几种：一：波分复用技术波分复用（WDM）是将两种或多种不同波长的光载波信号（携带各种信息）在发送端经复用器（亦称合波器，Multiplexer）汇合在一起，并耦合到光线路的同一根光纤中进行传输的技术；在接收端，经解复用器（亦称分波器或称去复用器，Demultiplexer）将各种波长的光载波分离，然后由光接收机作进一步处理以恢复原信号。
这种在同一根光纤中同时传输两个或众多不同波长光信号的技术，称为波分复用。
WDM波分复用并不是一个新概念，在光纤通信出现伊始，人们就意识到可以利用光纤的巨大带宽进行波长复用传输，但是在20世纪90年代之前，该技术却一直没有重大突破，其主要原因在于TDM的迅速发展，从155Mbit/s到622Mbit/s，再至［|2.5Gbit/s系统，TDM速率一直以过几年就翻4倍的速度提高。
人们在一种技术进行迅速的时候很少去关注另外的技术。
1995年左右,WDM系统的发展出现了转折，一个重要原因是当时人们在TDM10Gbit/s技术上遇到了挫折，众多的目光就集中在光信号的复用和处理上，WDM系统才在全球范围内有了广泛的应用。
随着波分复用技术从长途网向城域网扩展，粗波分复用CWDM 应运而生。
CWDM的波长间隔一般为20nm，以超大容量、短传输距离和低成本的优势，广泛应用于城域光传送网中。
目前为了进一步提高光通信系统的传输速率和容量，还提出了将波分复用和光时分复用OTDM相结合的方式。
把多个OTDM信号进行波分复用。
从而大大提高传输容量。
只要WDM和OTDM两者适当的结合，就可以实现Tbit/s以上的传输，并且也应该是一种最佳的传输方式，因此它也成为未来高速、大容量光纤通信系统的发展方向。
实际上大多数超过3bit/s的传输实验都采用WDM和OTDM相结合的传输方式。
二：光纤接入技术随着通信业务量的增加，业务种类也不断丰富，人们不仅需要传统的话音服务，而对高速数据、高保真音乐、互动视像等业务的需求越来越迫切。
光纤通信新技术
光网络智能化技术
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新型光网络技术
05
总结词
光传送网（OTN）是一种新型的光网络技术，它通过使用数字封装技术将客户信号封装在光层进行传输，具有高带宽利用率、低延迟、高可靠性等优点。
详细描述
OTN通过将客户信号封装在数字容器中，实现了对客户信号的透明传输，同时提供了强大的故障恢复和保护能力。此外，OTN还支持多播和广播功能，能够实现灵活的带宽管理和调度。
软件定义光网络（SDON）
未来展望
06
随着数据流量的快速增长，超高速光传输技术成为光纤通信领域的研究重点。
超高速光传输技术通过提高信号传输速率，实现更大容量的数据传输。目前已经实现了Tbps级别的传输速率，未来还有望进一步提高。
超高速光传输技术
详细描述
总结词
超长距离光传输技术
总结词
超长距离光传输技术是实现跨洲际、跨大洋光传输的关键技术。
详细描述
自动交换光网络（ASON）
总结词
软件定义光网络（SDON）是一种基于软件的光网络技术，它通过使用软件编程的方式实现光网络的配置和控制。
详细描述
SDON通过将光网络的配置和控制功能抽象化，使得网络管理员可以通过软件编程的方式实现光网络的配置和管理。这大大提高了网络的灵活性和可扩展性，同时也降低了运营成本。此外，SDON还支持多种协议和标准，能够与其他网络技术进行无缝集成。
详细描述
通过采用先进的信号处理技术和新型的光纤材料，超长距离光传输技术能够实现数千公里甚至上万公里的光信号传输，为全球通信网络的建设提供有力支持。
VS
光网络智能化技术是实现光网络高效运维和智能控制的重要发展方向。
详细描述
chapter光纤通信新技术
▪ 光联网将从静态联网开始向智能化动态联网方向
发展，改进网络响应和生存性是未来发展的一项主要 任务；
▪ 智能网络对于运营商在竞争中推出与众不同的服
务，以及节省运营开支起着至关重要的作用。
chapter光纤通信新技术
9
光网络的发展趋势
网络功能
具有静态光上下路功 能的WDM点到点传输
光分组交换（OPS: Optical Packet Switching） ▪ ATM光交换 ▪ IP包光交换 ▪ 光突发交换
复合光交换：采用两种或多种交换方式
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空分光交换
▪ 空分光交换（Space Division Optical Switching）技术是指通过
光网络）。
▪ 引入动态交换是传送网概念重大突破，是传送网一次革命
chapter光纤通信新技术
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光传送网络的全光化和智能化
现状：
▪ 全光网（AON）:光信息流在通信网络中的传输及交换时
始终以光的形式存在，不需要经过O/E/O。
▪ 光域实现放大、整形、时钟提取、波长变换等十分困难
▪ 无法在光域上增加开销对信号进行监视，管理和维护还
网络的分层及其演化
chapter光纤通信新技术
5
SDH和OTN的分层结构
IP业务的传送
电路层 通道层
电路层 PDH 通道层
电路层
虚道层
SDH 通道层 虚道层
IP头处理、分段、 转发（光域）
复用段层
再生段层 物理层(光纤)
SDH网络
电复用段层 电复用段层 光信道层OCH 光复用段层OMS
光传输段层OTS 物理层(光纤)
光纤通信新技术
光纤通信新技术内容摘要：关键字：引言：光纤通信技术从光通信中脱颖而出,已成为现代通信的主要支柱之一,在现代电信网中起着举足轻重的作用。
光纤通信作为一门新兴技术,近年来发展速度之快、应用面之广是通信史上罕见的,也是世界新技术革命的重要标志和未来信息社会中各种信息的主要传送工具。
一,光纤的概述：光导纤维通信就是利用光导纤维传输信号，以实现信息传递的一种通信方式。
光导纤维通信简称光纤通信。
可以把光纤通信看成是以光导纤维为传输媒介的“有线”光通信。
实际上光纤通信系统使用的不是单根的光纤，而是许多光纤聚集在一起的组成的光缆。
二，光纤通信的基本组成：1.，光纤光纤由纤芯、包层与涂层三大部分组成。
光纤按模式分为多模光纤和单模光纤，对于公用通信网的骨干网，包括市内骨干网、接入网的光纤线路，需要使用单模光纤；专用的局域网和其它短距离光纤线路使用多模光纤。
光纤的工作波长有短波长和长波长，短波长是0.85μm，长波长则是1.31μm和1.55μm两种。
2，光源光源是光纤通信系统中的关键光子器件。
光纤通信对光源器件的要求工作寿命长（光源器件寿命的终结是指其发光功率降低到初始值的一半或者其阈值电流增大到其初始值的二倍以上）、体积小、重量轻。
3，光检测器光检测器件通过光/电转换将信号通信信息从光波中分离检测出来。
光检测器件的要求灵敏度高、响应度高、噪声低、工作电压低、体积小重量轻寿命长。
常见的光检测器有PN光电二极管、PIN光电二极管和雪崩光电二极管（APD）。
三，光纤的特点：光纤通信是以光波作为信息载体,以光纤作为传输媒介的一种通信方式。
光纤通信之所以发展迅猛,主要缘于它具有以下特点:(1)通信容量大、传输距离远;一根光纤的潜在带宽可达20THz。
采用这样的带宽，只需一秒钟左右，即可将人类古今中外全部文字资料传送完毕。
目前400Gbit/s系统已经投入商业使用。
光纤的损耗极低，在光波长为1.55μm附近，石英光纤损耗可低于0.2dB/km，这比目前任何传输媒质的损耗都低。
光纤通信技术发展趋势和新技术突破
光纤通信技术发展趋势和新技术突破光纤通信技术作为信息传输的重要方式，已经在现代化社会中扮演着不可或缺的角色。
随着云计算、物联网和5G等新兴技术的推动，光纤通信技术也在不断发展和突破。
本文将从发展趋势和新技术突破两个方面进行探讨。
一、光纤通信技术发展趋势1. 高速和大容量：随着人们对于高速网络的需求日益增长，光纤通信技术也要求能以更高的速度进行数据传输。
目前，光纤通信技术已经实现了T级别的传输速率，未来将向更高的速率发展。
同时，随着信息量的不断增加，光纤通信技术也要求提供更大的容量，以满足数据传输需求。
2. 低延迟：随着云计算、物联网和实时应用等的不断普及，对网络的低延迟要求越来越高。
光纤通信技术的传输速度虽然已经非常快，但仍然存在一定的传输延迟。
为了满足低延迟的需求，光纤通信技术需要进一步提升传输速度和减少传输延迟，在保证高速和大容量的同时，提供更低的延迟。
3. 网络安全：随着网络攻击日益猖獗，网络安全已经成为一个全球性的重要议题。
光纤通信技术作为信息传输的基础，需要更加注重网络安全。
未来，光纤通信技术需要进一步加强数据的加密和安全传输，以确保用户的数据不被未授权访问和篡改。
4. 绿色环保：光纤通信技术相较于传统的电信传输方式更加环保。
光通信不需要大量的电源来支持传输信号，同时也不会产生电磁辐射。
未来，光纤通信技术需要进一步提高能效，减少能耗，以推动绿色环保的发展。
二、新技术突破1. 高密度纤芯：高密度纤芯技术是目前光纤通信技术的一个重要突破。
传统的单模光纤通常具有一个纤芯，而高密度纤芯技术可以在一个纤芯中传输多个模式的光信号，从而提高光纤的传输容量。
高密度纤芯技术利用了光信号的多个自由度，可以显著提高数据传输速率和容量。
2. 弯曲光纤：传统的光纤在弯曲时会有较大的光功率损耗，限制了其应用范围。
然而，新的弯曲光纤技术可以在光纤弯曲的情况下保持较低的光功率损耗，拓展了光纤在现实世界中的应用空间。
弯曲光纤技术的突破将有助于在复杂环境中部署光纤网络，并提高光纤通信技术的适用性。
光纤通信新技术发展趋势分析
光纤通信新技术发展趋势分析近年来，光纤通信技术已经成为信息传输领域的主流技术之一。
它以其高速、大容量和低延迟的特点，成为支撑互联网和各类通信网络的关键基础设施。
然而，随着人们对数据传输速度和带宽需求的增长，传统光纤通信技术已经无法满足日益增长的通信需求。
因此，新技术的发展势在必行。
随着技术的不断发展，光纤通信新技术将面临以下几个主要趋势。
首先，光纤通信新技术将朝向更高的传输速度和更大的带宽发展。
随着网络游戏、高清视频、云计算等应用的快速发展，对于传输速度和带宽的需求也越来越高。
因此，新技术将致力于提高光纤传输速度和扩大带宽，以满足用户的需求。
例如，多波长分复用技术（DWDM）可以通过在同一光纤中传输多个不同波长的光信号，从而增加传输通道数量，提高总体传输速度和带宽。
此外，相位调制技术的发展使得每个光频率通道的传输速率达到了400Gbps，甚至更高。
因此，通过不断改进和创新，新技术将满足日益增长的通信需求。
其次，光纤通信新技术将朝着更低的功耗和更高的能效发展。
在人们对绿色环保的要求下，光纤通信系统必须更加节能和环保。
在传输过程中，信号的传输和处理会产生热量，因此需要大量的能量来冷却光纤设备。
为了降低功耗并提高能效，新技术将采用更加智能化和高效的光纤设备，同时还会采用新的材料和设计方法，以减少能量消耗。
此外，光纤通信技术还可以与其他技术结合，如无线通信、太阳能发电等，以进一步提高能效。
第三，光纤通信新技术将朝向更好的网络安全性发展。
随着网络犯罪和数据泄露事件的增加，网络安全性已经成为人们越来越关注的问题。
光纤通信技术作为信息传输的主要手段之一，必须确保网络的安全性。
因此，新技术将采用更加先进的加密和安全协议，以保护用户的数据免受攻击和泄露。
最后，光纤通信新技术还将朝着更加灵活和可扩展的方向发展。
在过去，光纤通信系统通常是静态和固定的，难以适应快速变化的市场需求。
然而，随着云计算和大数据时代的到来，用户对网络的灵活性和可扩展性的需求也越来越高。
光纤通信技术的新发展
光纤通信技术的新发展随着信息时代的到来，通信技术一直在迅速发展。
光纤通信技术作为一种高速、可靠的通信手段，近年来取得了长足的进步。
本文将重点讨论光纤通信技术的新发展，介绍其在带宽扩容、网络安全、智能化应用等方面的应用和前景，并对未来的发展趋势进行展望。
一、带宽扩容光纤通信技术作为传输速率最高、带宽最宽的通信方式，成为现代通信网络中不可或缺的一部分。
随着大数据、云计算、人工智能等应用的普及，对网络带宽的要求越来越高。
光纤通信技术的新发展主要体现在带宽扩容方面。
1. Wavelength Division Multiplexing (WDM) 技术的应用WDM技术可以将不同波长的光信号发送到同一根光纤中，实现多路复用传输，大大提高了光纤通信的传输容量。
最新的WDM技术已经实现了数百个波长的同时传输，极大地扩展了光纤通信的带宽。
2. 全光网络的建设全光网络是一种基于光纤通信技术的新型网络结构，无需光电转换，在传输过程中始终保持光信号的形式。
全光网络具有传输速率快、带宽大、能耗低等优点。
当前，全光网络的建设成为光纤通信技术的研究热点，将进一步推动带宽扩容的实现。
二、网络安全随着互联网的不断发展，网络安全问题日益凸显。
以往的通信方式，如无线网络和传统有线网络，容易受到黑客攻击和信息窃取。
而光纤通信技术在网络安全方面具有独特的优势，其新发展主要体现在以下几个方面。
1. 光加密技术的应用通过对光信号进行加密处理，可以有效保护数据传输的安全。
光加密技术不仅可以防止黑客的窃听和干扰，还可以隐匿真实数据，提高网络安全性。
2. 光量子密钥分发技术光量子密钥分发技术利用光子的量子特性进行密钥分发，可实现绝对安全的通信。
光量子密钥分发技术不受计算机算力的限制，具有极高的安全性和抗干扰性。
三、智能化应用随着物联网和5G技术的快速发展，对通信网络的智能化应用需求不断增长。
光纤通信技术的新发展在实现智能化应用方面发挥着重要作用。
光纤通信新技术
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)。
波 长 /m
(b)
图1.1-1 (a) 硅光纤中铒离子的能级图； (b) EDFA的吸收和增益频谱
但是激发态是不稳定的，Er3+很快返回到能级2。如果输 入的信号光的光子能量等于能级2和能级1的能量差，则处于 能级2的Er3+将跃迁到基态(2→1)， 产生受激辐射光，因而信 号光得到放大。由此可见，这种放大是由于泵浦光的能量转 换为信号光的结果。为提高放大器增益， 应提高对泵浦光的 吸收， 使基态Er3+尽可能跃迁到激发态，图1.1-1(b)示出 EDFA增益和吸收频谱。
4.0 信 道 间隔
3.0 1~10 GHz
2.0
… 载 波 频率
1.0
0 800 1000 1200 1400 1600 1800
波 长 / nm
图2.1-1 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1.55 μm传输窗口的多信道复用)
目前该系统是在1550 nm波长区段内，同时用8，16或更多 个波长在一对光纤上(也可采用单光纤)构成的光通信系统，其 中各个波长之间的间隔为1.6 nm、 0.8 nm或更低，约对应于200 GHz#, 100 GHz或更窄的带宽。WDM、 DWDM和OFDM在本 质上没有多大区别。以往技术人员习惯采用WDM 和DWDM来 区分是1310/1550 nm 简单复用还是在1550 nm波长区段内密集 复用，但目前在电信界应用时，都采用DWDM技术。 由于 1310/1550 nm的复用超出了EDFA的增益范围，只在一些专门场 合应用，所以经常用WDM这个更广义的名称来代替DWDM。
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2的Er3+将跃迁到基态(2→1)， 产生受激辐射光，因而信号光得
到放大。由此可见，这种放大是由于泵浦光的能量转换为信号 光的结果。为提高放大器增益， 应提高对泵浦光的吸收， 使 基态 Er3+ 尽可能跃迁到激发态，图 7.1(b) 示出 EDFA 增益和吸收 频谱。 图 7.2(a) 示出输出信号光功率和输入泵浦光功率的关系， 由图可见，泵浦光功率转换为信号光功率的效率很高，达到 92.6%。当泵浦光功率为60 mW时，吸收效率［(信号输入光功
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。
7.1.1
图7.1示出掺铒光纤放大器(EDFA)的工作原理，说明了光 信号为什么会放大的原因。从图7.1(a)可以看到，在掺铒光纤 (EDF) 中，铒离子 (Er3+) 有三个能级： 其中能级 1 代表基态， 能量最低；能级 2 是亚稳态，处于中间能级；能级 3 代表激发 态， 能量最高。当泵浦(Pump, 抽运)光的光子能量等于能级3 和能级1的能量差时，铒离子吸收泵浦光从基态跃迁到激发态 (1→3) 。但是激发态是不稳定的， Er3+ 很快返回到能级 2。如 果输入的信号光的光子能量等于能级 2和能级 1 的能量差，则 处于能级 2 的Er3+ 将跃迁到基态 (2→1) ，产生受激辐射光，因 而信号光得到放大。
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
－ 1) m 损 耗 或 增 益 /( dB·
4 F9 / 2 4 I9 / 2 4 I1 1 / 2 4 I1 3 / 2 1 .4 8m 泵浦 4 I1 5 / 2
0 .6 5m 0 .8 0m 3 0 .9 8m 2 1 .5 3m 光信号 1
10
－0 25 1 截 面 / (× m2 )
图7.2 (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
7.1.2
图7.3(a)为光纤放大器构成原理图，图7.3(b)为实用光纤放 大器构成方框图。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。
3 5.0 3 0.0 2 5.0 增益 / dB
增 益 / dB
2 0.0 1 5.0 1 0.0 5 .0 0 .0 － 5 .0 － 1 0.0 －40 I I －35 －30 －25 I 噪声 指数 / dB 输 出 光 功 率 / d Bm I I I I
图7.3
(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
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。对波分复用器的基本要 求是插入损耗小，熔拉双锥光纤耦合器型和干涉滤波型波分 复用器最适用。光隔离器的作用是防止光反射，保证系统稳 定工作和减小噪声，对它的基本要求是插入损耗小，反射损 耗大。 图7.4是EDFA商品的特性曲线，图中显示出增益、 噪声 指数和输出信号光功率与输入信号光功率的关系。在泵浦光 功率一定的条件下，当输入信号光功率较小时，放大器增益 不随输入信号光功率而变化，基本上保持不变。 当信号光功 率增加到一定值(一般为-20 dBm) 后，增益开始随信号光功 率的增加而下降， 因此出现输出信号光功率达到饱和的现。
一个发展迅速、 技术更新快、新技术不断涌现的领域。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。
7.1光 纤 放 大
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。 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。
设计高增益掺铒光纤(EDF)是实现光纤放大器的技术关键，
EDF的增益取决于Er
3+的浓度、光纤长度和直径以及泵浦光功
率等多种因素，通常由实验获得最佳增益。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。
8 6 4 2 0 吸收
6 4 2 增益 1 .4 8 1 .5 0 1 .5 2 1 .5 4 1 .5 6 波长 /m (b) 0
(a)
图 7.1 (a) 硅光纤中铒离子的能级图； (b) EDFA的吸收和增益频谱
但是激发态是不稳定的，Er3+很快返回到能级2。如果输入 的信号光的光子能量等于能级2和能级1的能量差，则处于能级
率-信号输出光功率)/泵浦光功率］为88%。
输 出 信 号 光 功 率 / mW
80
40
增 益 / dB
60 40 20 0 0
转换效率 9 2.6 ％
30 20 10 0 0 5
增益系数 6 .3 dB Fra bibliotek mW20 40 60 80 输入泵浦光功率 / mW (a)
10 (b)
15
20
输入泵浦光功率 / mW
泵浦 输入信号 光隔离器 波分复用器 (a) 热 光输入 ＋5 V 电源 监视 激光器驱动输入 0V －5 V 泵浦LD 监视和 告警电路 PD 探测器 输入隔离器 沉
掺铒光纤 输出信号 光隔离器
输入WDM
泵浦监视 和控制电路 泵浦LD 掺铒 光纤
光输出 输出耦合器 输出隔离器 (b) 输出WDM