交叉相位调制
EDFA掺铒光纤放大器EDFA
SNR F SNR in
Байду номын сангаас
2nsp
G 1 G
2nsp
2
out
四、应用
•线路放大（In-line）：
周期性补偿各段光纤损 耗
•功率放大（Boost）：
增加入纤功率，延长传 输距离
•前置预放大（Pre-Amplifier）
提高接收灵敏度
五、光放大器特点
1、对信号格式及码率透明 2、工作波段可选 3、宽带放大 4、高增益 5、低噪声
dP gP dz
•放大器带宽：放大器增益（放大倍数）降至最大放大倍数一半处的全宽度 （FWHM）
A
g
ln 2 g0L ln
2
二、增益饱和与饱和输出功率 •起因：增益系数与功率的依从关系
•饱和输出功率：
放大器增益降至最大 小信号增益的一半时 的输出功率
Ps out
G0 ln 2 G0 2
Ps
•最大输出功率
1、多信道放大中存在的问题
•噪声大（Fn~8dB) •信道串扰（交叉增益调制XGM、四波混频FWM） •增益饱和引起信号畸变
2、其他应用
A、光波长转换：
光波长转换器（Wavelength Converter）是一种实现将光信号从某一波 长的光载波转换至另一波长光载波的器件，是波分复用光通信系统向 光网络演变的一个关键性器件。光波长转换器能使网络在不同节点处 重复使用某一个波长，这种“波长再利用”无疑能提高波长的利用效 率，有效地减少波分复用网络中所需波长的数量 机理：
二、EDFA的工作原理
•EDFA采用掺铒离子单模光纤为增益介质， 在泵浦光作用下产生粒子数反转，在信号光 诱导下实现受激辐射放大 •EDFA中的Er3+能级结构：
利用相位调制器实现占空比可调的NRZ到RZ码的码型转换
布，形成脉冲输出。每个 “ ”码对应一个脉冲，这样就实现了码型的转换。由于相位调制光的啁啾量 １ 可以由调制深度控制 ，所以只要配合相应 的 Ｄ Ｆ的色散量 就可 以改变输 出脉 冲的宽度，实现对所 转换 Ｃ
Ｒ ｚ码的占空比的调节 。此外 ，该方案同样可以适用于多路波分复用 Ｎ Ｚ码信号的码型转换 ，并能通过 Ｒ 升级有源器件提高它的工作速率。
收 稿 日期 ： ０６—１ ２ ２０ ０— ６
作者简介 ： 江
阳 （９ ５一 ，男 ，讲师 ，主要研究方向为高速光纤通信系统和光子微波技术 。 １７ ）
维普资讯
贵州 大学学报 （ 然科 学版） 自
第 ２ 卷 ４
图 １ 实验 系统 图
Ｐ （ｏ ｒａｏ ｏｔｌｒ ： Ｃ ｐｌ ｉｔｎｃｎｏｅ） 偏振控制器 ； Ｄ （ｐｉ ｌ ｅ ｙｉ ）： ａｚ ｉ ｒｌ Ｏ Ｌ ｏｔａｄｌ ｎ ｃ ａ ｌｅ 光延时线 ；Ｐ （ ｈｓ ｍ ｄｌｏ） 相 Ｍ ｐａ ｏｕ ｔ ： ｅ ａｒ
Ｊｎ ０７ ａ ．２ ０
文章编号
１０ ５６ （ ０７ ０ — ０ ７一 ３ ００— ２ ９ ２０ ） １ ０ ８ ｏ
利 用相 位 调 制 器 实 现 占空 比可调 的 Ｎ Ｚ到 ＲＺ码 的码 型转 换 Ｒ
江 阳
（ 贵州大学 理学院物理系，贵州 贵阳 ５０２ ） ５０５
摘
25HZ相敏轨道电路相位极性交叉的检查
相邻两个区段的电压日曲线同一时间出现同样波形，并电压下降，就表示绝缘节不良
1:若区段红光带相邻区段电压未造成波动就个区段电压也发生了波动就表明与波动区段绝缘节破损了
25hz相敏轨道电路相位极性交叉的检查我的相位鞋相位鞋极性分子相位对焦相位差睡眠相位后移综合症极性键极性共价键复仇军的相位之剑
25HZ相敏轨道电路相位极性交叉的检查
方法一：V1>V5或V1>V6或V4>V5或V4>V6成立时，极性交叉正确。
方法二：2V1>V2或2V1>V3或2V4>V2或2V4>V3成立时，极性交叉正确。
波分复用2
（2）全光波长变换技术
利用半导体光放大器的交叉增益调制（XGM），交叉相位 调制（XPM）和四波混频（FWM）等现象实现比特率透明， 与任何传输、网络协议无关的全光波长变换，但目前还不太 成熟，尚未应用于工程实际。 所谓“全光网”主要从硬件结构上讲。指WDM+ROADM+光交 换（或OXC）+全光波长变换的组合技术
4.5 光纤色散及信道间串扰问题
色散：光纤中光信号的不同波长传输速度不同。
1 1 V 2 0
1
2L
2
2
2 0
1 1V 2 8
2L
3
2
2
3 0
1
其中 V 2 0 s , s 是高斯光源的均方根谱宽。 光源谱宽为主（V>>1）:
光波分复器：通过波分复用器/解复用器（Mux/DeMux）实 现。一(端口)进多(端口)出/多进一出
1 2 3
此外还有光纤光栅式，体光栅式，阵列波导光栅（AWG）
式波分复用器/解复用器，光栅式成本相对较高，光纤光栅式 在温度稳定性等方面的原因，应用范围不多。
阵列波导光栅（AWG）结构光波分复用器
折射率效应：自相位调制（SPM），交叉相位调制（XPM），
四波混频（FWM）: 光纤介质三阶极化实部作用产生的一种光 波间耦合效应，是因不同波长的两三个光波相互作用而导致在其 它波长上产生所谓混频产物，或边带的新光波。 当信道间距与光纤Байду номын сангаас散足够小且满足相位匹配时，四波混频 将成为非线性串扰的主要因数。
（3）基于液晶技术的ROADM
基于Pi相移干涉结构的全光异或门研究
基于Pi相移干涉结构的全光异或门研究摘要本文通过对异或逻辑与直接干涉之间关系的学习，基于SOA-MZI、TOAD、NOLM结构全光异或门工作原理分析与总结，归纳三种结构全光异或门通过被调制探测光干涉实现全光异或操作的两种基于22耦合器的“Pi相移干涉”结构。
关键词全光；Pi相移干涉结构；异或逻辑1 引言随着网络带宽需求增长，单信道传输速率已经逼近电子速率极限，全光信号处理技术因具有超高速率潜质，可以使得网络单信道传输速率大大增加[1]。
目前，针对开关调制（on-off keying）信号的全光异或逻辑门主要有：基于半导体光放大器（SOA）交叉增益调制（XGM）效应全光异或门、基于SOA马赫曾德尔干涉（MZI）结构全光异或门、基于太赫兹光解复用器（TOAD）全光异或门、基于超快非线性干涉（UNI）全光异或门、基于非线性光线环境（NOLM）全光异或门。
目前对这三种基于XPM效应全光异或门的研究存在以下两个问题：第一，研究范围通常仅就其中一种，没有将这三种异或门联系起进行系统研究；第二，文献中对这三种异或门原理介绍重点通常在SOA或HNLF的XPM效应上，增加原理理解难度，也没有抓住通过干涉实现全光异或逻辑的关键。
2 基于Pi相移干涉结构全光异或门结构2.1 异或操作与干涉的关系异或操作的特点是，码字相同的两信号异或结果为“0”码，码字不同的两信号异或结果为“1”码。
而当两信号为强度调制信号时，就可以将异或操作理解为，当两信号对应时刻的光强相同时，此时刻的异或输出光强为0；当两信号对应时刻的光强不同时，此时刻异或输出光强不为0，并且随着两信号光强差增大，异或输出光强也增大。
当两输入光同为“1”或“0”时，会发生相长干涉，干涉输出光强最强，记为“1”码。
当两信号码字不同时，两信号相位差为，干涉输出光强为0，记为“0”码。
因此光干涉具有与异或逻辑相反的特点，那就输入相同，输出为“1”；输入不同，输出为“0”。
光纤通信技术试题
1．什么是弱导波光纤？为什么标量近似解法只适用于弱导波光纤？2. 请简述阶跃型折射率分布光纤和梯度型折射率分布光纤的不同导光原理3．试证明：阶跃型光纤的数值孔径为什么等于最大射入角的正弦？4.数值孔径的定义是什么？请用公式推导出其计算式：∆=21n NA5. 光纤色散有哪几种？它们分别与哪些因素有关？6.为什么说采用渐变型光纤可以减少光纤中的模式色散？7.如何解释光纤中的模式色散、材料色散及波导色散？8.光与物质间的作用有哪三种基本过程？说明各具有什么特点？9．什么是激光器的阈值条件？10.简述半导体的光电效应？11.光纤通信系统都有哪些噪声？12．请写出费米分布函数的表达式，并说明式中各符号的含义。
13．什么是量子噪声？形成这一噪声的物理原因是什么？14.什么是模分配噪声？它是如何产生的？15．请写出误码率的三种性能分类及定义。
16. 什么是接收灵敏度和动态范围，它们之间的表示式是什么？17．什么是码间干扰？其产生的原因是什么？18．什么是可靠性？什么是可靠度？它们之间的区别是什么？19．请用公式推导出串联系统总的故障率等于各部件故障率之和。
20.抖动容限的指标有几种？并说明其含义？21．光波分复用通信技术的特点有哪些？22 光纤WDM 与同轴电缆FDM 技术不同点有哪些？23 什么是光通信中的斯托克斯频率?24 什么是光通信中的受激拉曼散射?25 在理论上，光通信中的克尔效应能够引起哪些不同的非线性效应?26 简述光纤通信中激光器直接调制的定义、用途和特点。
27什么是光纤色散？光纤色散主要有几种类型？其对光纤通信系统有何影响？28分别说明G.652G.653光纤的性能及应用。
1.当光纤中纤芯折射率n 1略高于包层折射率n 2，它们的差别极小时，这种光纤为弱导波光纤。
在弱导波光纤中，由于112→n n ，在光纤中形成导波时，光射线的入射角θ1应满足的全反射条件为90°>θ1>θC =Sin 121n n -,由此可得θ1→90°，亦即在弱导波光纤中，光射线几乎与光纤轴平行。
相位生成载波(PGC)调制与解调讲解
相位生成载波（PGC ）调制与解调一、 PGC 调制干涉型光纤传感器的解调方法目前主要有：相位生成载波解调法、光路匹配差分干涉法、差分时延外差法。
由于相位生成载波解调信号有动态范围大、灵敏度高、线性度好、测相精度高等优点，是目前光纤传感干涉领域工程上较为实用的解调方法。
[1]相位生成载波的调制分为外调制和内调制。
外调制一般采用压电陶瓷（PZT ）作为相位调制器，假设调制信号频率为ω0 ，幅度为C ，调制信号可以表示为（1）式：0(t)cos(t)C φω= （1）则光纤干涉仪的输出的信号可表示为（2）式：00cos[(t)(t)]cos[cos(t)(t)]s s I A B A B C φφωφ=++=++ （2）式中，A 为直流量， B 为干涉信号幅度。
s (t)Dcos(t)(t)s φωψ=+，其中，ϕs (t) 不仅包含了待测信号D cos ωs t ，还包括了环境噪声引起的相位变化ψ(t)。
将（2）式按 Bessel 函数展开，得到（3）式[2]：k k 02k 02k 1010J (C)2(1)J (C)cos 2k t cos (t)2(1)J (C)cos(2k 1)t sin (t)s s k k I A B ωφωφ∞∞+==⎧⎫⎡⎤⎡⎤=++---+⎨⎬⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦⎩⎭∑∑ (3)二、 PGC 解调微分交叉相乘（differential and cross —multiply ，DCM ）算法和反正切算法是两种传统的 PGC 解调算法，此外,文献[1]中还介绍了三倍频DCM 算法，基频混频PGC 算法，基于反正切算法和基频混频算法的改进算法，反正切-微分自相乘算法（Arctan-DSM ）算法。
下面分别介绍DCM 算法和反正切算法。
2.1 微分交叉相乘（DCM ）算法 DCM 算法的原理图如图1所示：图1 DCM 算法原理图输入的干涉信号I 分别与基频信号10cos S G t ω=和二倍频信号20cos 2S H t ω=进行混频，再通过低通滤波器滤除高频成分，可以得到信号的正弦项（5）式和余弦项（6）式：1s (t)(C)sin (t)I BGJ φ=- （5） 2s Q(t)(C)cos (t)BHJ φ=- （6）I(t) 、Q(t) 含有外界干扰，还不能直接提取待测信号，再通过微分交叉相乘（DCM ）方法得到两个正交信号的平方项，利用sin 2ϕs + cos 2ϕs = 1消除正交量，得到微分量（7）式：212s '(C)J (C)'(t)V B GHJ φ= (7)经过积分运算再通过高通滤波器滤除缓慢变化的环境噪声， 最终得到的解调信号为得到（8）式：[]2212s 12s (C)J (C)(t)(C)J (C)Dcos(t)(t)V B GHJ B GHJ φωψ==+ （8）相位噪声项 ψ(t) 通常情况下为缓变信号，将V 通过高通滤波器滤除相位噪声，就可以得到待测信号，实现传感信号的解调（9）式。
相敏轨道电路的相位交叉及相位测试
相敏轨道电路的相位交叉及相位测试我国铁路电气化区段站内轨道电路，很多使用25 Hz相敏轨道电路。
这种轨道电路包括局部电源、轨道电源和相敏接收器。
局部电源和轨道电源是由25 Hz电磁变频器提供的，并且轨道电源滞后局部电源90‘。
相敏接收器目前有机械二元二位相敏继电器和微电子相敏接收器2种。
1、25HZ相敏轨道电路相位交叉的作用两个相邻的相敏轨道电路A、B正确相位交叉配置如图l所示。
假定A、B轨道电路送受端信号相位分别为+90’、-90，则两个轨道电路信号相位差为180。
如果A、B两轨道电路中间绝缘损坏，B轨道电路的发送信号就可直接进入A轨道电路接收器中。
1．万用表比较法．如图1所示，测试步骤为：①必须在电气化停电时进行，用同一块万用表测试；②测A轨道电路绝缘端l、2电压为Ul；②测B轨道电路绝缘端3、4电压为U：；④x、4用短路线连结，测1、3端电压为U3；5、如果U3>U1，U3>U2，则表明相位交叉正确，否则相位交叉不正确。
用该方法测试相位交叉比较麻烦，只能在电气化停电时进行，否则有人身危险。
如果两相邻端同为送电或受电，则测试结果明显；如一端为送电，另一端为受电，测试结果不明显，就可能发生错误判断。
2．25 Hz相位交叉测试仪法。
25 Hz相位交叉测试仪有4条测试线，连结方法如图2所示。
25Hx相位交史测试仪测耳示童图图3 25HZ相位交叉测试仪工作原理方框图如果A、B两轨道电路相位交叉正确，测试仪的表针有指示，否则表针停在零点位置。
图3为25 Hz相位交叉测试仪的工作原理图。
该仪表是无源的，工作电源是从轨道电路中取出微量的能量，不会影响轨道电路工作。
仪表中有滤波器，可以消除电化干扰，因此可以在有牵引电流的情况下使用。
绝缘两端同为送电或同为受电，或一送一受，测试仪都能确保测量正确。
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XPM引起的非线性相移
当光波沿光纤传输时，会获得与强度有关的非线性相移：
n1NL nN2 L
5
耦合薛定谔方程
Aj
z
1 j
Aj t
i 2
2
j
2 Aj t 2
Байду номын сангаас i
2
Aj
in2 j
c
f jj Aj 2 2 f jk Ak 2
Fj x, y 2 Fk x, y 2 dxdy
f jk
15
16
光纤中的非线性效应 （交叉相位调制）
1
主要内容
概述 XPM对光纤中脉冲传输的影响 交叉相位调制的应用
2
交叉相位调制 (XPM)
光的交叉相位调制是指不同模式（不同波长或相 同波长不同偏振方向的光波）在光纤中共同传输时， 产生的传输光波的非线性相移，并且这种相移与各 个模式的光场强度都相关。
注：XPM不仅包括同偏振方向、不同波长之间 的相位调制，还包括不同偏振方向、相同波长之间 的相位调制。
这 是 因 为 光 纤 色 散 的 存 在 使 得 中 心 频 率 为 ω1 和 ω2的两个光脉冲具有不同的传输速度，在经过一定距 离传输后, 两个脉冲将完全分离而不再重叠, 这时两个 脉冲之间的XPM相互作用也不复存在。
8
(10.6 - 14)
色散对XPM效应的影响
（脉冲反向传输情况） 对于光纤中沿相反方向传输的短光脉冲,
3
不同频率光波之间的XPM
因此：
P
NL
(
j
)
0
( j) NL
E
j
则总的极化强度为：
P( j ) 0 j E j
其中：
j
( L
j
)
( j) NL
(nL( j)
n( j) NL
)
2
考虑到非线性折射率远远小于线性折射率，则非线性折射
率可表示为：
n( j) NL
n2
E
j
2
2
E3 j
2
(3-7)
可见，光纤中一个光波的折射率不仅与自身的强度有关， 还与共同传输的其它光波的强度有关。
A2
T t z vg1
d vg1 vg2 vg1vg 2
10
不对称的频谱展宽
11
不对称的时域变化
12
13
XPM对WDM通信系统的影响
在WDM系统中，某信道的XPM是其它信道共同作用的结果。 XPM已成为WDM系统主要的功率限制因素之一。 XPM与信道间隔以及信道数有关。 各信道之间偏振态的随机性使XPM呈现复杂的统计特性。
减小影响的主要方法：
增大信道间隔 减低信号功率 相邻信道正交偏振
14
人有了知识，就会具备各种分析能力， 明辨是非的能力。 所以我们要勤恳读书，广泛阅读， 古人说“书中自有黄金屋。 ”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识， 培养逻辑思维能力； 通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平， 培养文学情趣； 通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。 有许多书籍还能培养我们的道德情操， 给我们巨大的精神力量， 鼓舞我们前进。
Fj
x,
y
2
dxdy
Fk x, y 2dxdy
6
耦合薛定谔方程
单模光纤中，由于频率的不同模式分布有所区别， 但这种差别非常小，可以忽略：
耦合薛定谔方程
求解XPM耦合方程, 可以了解光纤色散对光纤中不 同频率脉冲之间的XPM效应的影响。
7
色散对XPM效应的影响
（脉冲同向传输情况）
求解XPM耦合方程得到的结果表明, 光纤色散可 以对光纤中不同频率脉冲之间的XPM相互作用起到一 定的限制工作。
由于脉冲重叠只发生在很短的距离上, XPM 效应对脉冲传输的影响可以忽略。
对于反向传输的准连续光波, XPM对光场 传输的影响与同向传输的情形基本相同。
9
频域和时域效应
A1
z
i 2
21
2 Aj T 2
i1
A1 2 2 A2 2
A1
A2
z
d
A2 T
i 2
22
2 A2 T 2
2
A2 2 2 A1 2