论文部分内容阅读
波分复用(WDM)技术是大幅提高光纤传输容量的最佳方式.目前,商用WDM系统的波长信道数已经达到160个,实验室WDM系统则超过1000个,迫切需要一个行之有效的方式对大量的波长资源进行灵活的管理.可重构光分插复用器(R-OADM)正是解决这个问题的具有高性价比的有效方式之一.R-OADM主要应用于线性链路或环网中,根据需要,它可以灵活地分出或插入部分波长信道,在光域上实现基于波长的网络容量分配与管理,同时为网络提供更多的保护倒换方式.R-OADM以波长为操作对象,不经过光-电-光转换,与信号的调制方式、业务种类、传输协议等无关,透明性好,兼容性高,使用成本低.近几年来,运营商和器件供应商的的关注更进一步推动了R-OADM的实用化研究和发展.目前大多数R-OADM:存在的主要问题表现在以下几个方面:实用性不强、体积较大或者成本较高.独立市场调查研究机构Heavy:Reading的报告指出,目前R-OADM.设备的价格仍大大高出固定OADM,不利于R-OADM的大规模商用,价格依然是R-OADM未形成规模化应用的最大障碍.因此,研究新型的实用性强、成本低的R-OADM模块成为光通信领域的热点之一,并且具有重大的实际意义.
本论文的工作以R-OADM相关器件技术、模块技术及其组网传输性能研究为主,完成的主要工作如下:
1.在R-OADM相关的器件技术方面,探讨了TFFs和FBG的调谐方法,提出了一种基于机械式光开关实现组播光开关的新方法.简单介绍了可调FBG在传感领域的应用,首次提出了利用自混频效应来实现FBG传感器的信号解调.我们重点研究了几种构成R-OADM的关键器件,包括滤波器和光开关两大部分.在滤波器方面,我们探讨了两种常用滤波器即TFFs和FBG的调谐方法,并对可调FBG滤波器在传感领域的应用进行了初步的探讨.在光开关方面,我们研究了一种特殊的光开关一组播光开关结构,提出了一种新的实现方法,这种新型的组播光开关具有结构紧凑、扩展性好等优点.
我们首次提出了利用自混频效应来实现 FBG 传感器的信号解调,并通过实验初步验证了这一方法的可行性.基于自混频效应的FBG传感系统光学部分非常简单,只有FBG和激光二极管LD/光电二极管PD组件.通过这种方法可以在一个较高的分辨率获得应变的幅度,是一种可能的FBG传感器解调方式的低成本解决方案.
2.在R-OADM的结构方面,我们提出了三类新型的功能集成、体积小、模块化、成本低的单向R-OADM的结构,并通过实验成功开发了单向和双向R-OADM模块样机,相关结果已申请了三项国家发明专利.
我们重点研究了R-OADM的结构,提出了三类新型的单向R-OADM结构,包括:功能集成型R-OADM模块、基于滤波光开关单元的集成化R-OADM模块和动态可调光分插复用器模块,其中基于滤波光开关单元的集成化R-OADM是最易实现的一种结构.在滤波光开关单元的集成化R-OADM基础上,利用共用的光开关,我们又提出了一种双向的R-OADM.最后成功开发了单向和双向R-OADM模块样机.其技术指标基本满足要求,但受限于实验室里有限的组装和调试条件,未实现产品化.如考虑利用生产线上的成熟调试工艺,并设计特殊的准直器用于此模块,预计其技术指标将有大幅度的提高.
3.在级联传输方面,首次提出了描述滤波和色散斜率综合效应的理论模型,用解析的方法揭示了这两种效应对信号的综合影响的物理本质.
我们研究了速率为10Gb/s和40Gb/s的单一码型信号经过级联 TFFs (R-OADM 中的常用滤波器) 的传输性能,分别采用两种不同的模型来近似 TFFs 的传输特性,即Butteeworth 模型和基于实测数据的模型.仿真结果出人意料:滤波效应能够在一定程度上修正色散斜率引起的信号形变；并且,适当调节信号与滤波器之间的频率差可以改善接收信号的眼的张开度.最后我们建立了一个理论模型,用解析的方法对仿真中的发现加以解释,揭示了色散斜率和滤波效应综合影响的物理本质.此模型可以为滤波和色散斜率为传输损伤主要限制因素的高速系统设计提供理论依据.
4.比较了典型调制码型在OADM网络中的传输及组网性能,并提出了一种相位自动校准的多码型可调发射机(已申报国家专利).
我们重点研究了典型调制码在基于TFFs的OADM网络中的传输性能.考虑到信号会受到OADM中的滤波器和传输光纤段的影响,我们首先比较了三种典型码(即NRZ,DB,CSRZ)经过级联OADM的传输性能,接着研究了光纤非线性对高速相位调制码型传输性能的影响及相位调制码型与寄生脉冲的关系,并提出了一种可以根据数据特征优化系统性能的多码型发射机.这些研究结果将为基于TFFs的R-OADM网络建设提供有益的参考.5.探讨了多粒度光网络中的节点结构和资源调配算法,提出一种多粒度双向R-OADM的模块结构(相关专利正在申请中)和一种可以有效的将波长组合成波带的简单算法.
我们对多粒度光网络的关键问题进行了初步的探讨.基于我们提出的单向R-OADM的模块结构,提出一类基于滤波光开关单元的两级粒度双向R-OADM模块结构.最后,针对包括波长/波带复用的两级交换粒度,提出了一种可以有效的将波长组合成波带的简单算法,并在二种不同拓扑结构的6节点网络中验证了这一算法的有效性.