学号：*********** 本科学年论文
学院物理电子工程学院
专业电子科学与技术
年级10电科班
姓名谭清
论文（设计）题目光纤通信光时分复用技术
指导教师张新伟职称讲师
2014 年 1 月 10 日
光纤通信光时分复用技术
学生姓名：谭清学号：20105044014
学院：物理电子工程学院专业：电子科学与技术
指导教师：张新伟职称：讲师
摘要：光纤通信光时分复用技术是提高光纤通信容量的一个重要手段，还是全光网络的一种重要技术方案。本文对光时分复用技术进行了介绍，并展望了其发展前景。
关键词：光纤通信光时分复用全光网络
Abstract：Optical fiber communication optical time division multiplexing technology is an important means to improve capacity of optical fiber communication, or the all optical network is an important technical solutions. In this paper, optical time division multiplexing technology are introduced, and its development prospect was put forward.
Keywords：fiber communication；optical time division multiplexing；all optical network
1引言
光纤通信已有30多年的发展史。在这30多年里，光纤通信技术得到了飞速的发展，但是光纤的巨大容量还远远没有被利用起来，理论上，光纤可以提供25000 GHz的带宽。传统的电的时分复用（TDM）技术目前在实验室可以达到40Gbit／s的水平，但是由于电子迁移速率的限制，采用这种方法进一步提高速率已经十分困难。目前有两种技术可以提高光纤的传输容量，一种是光波分复用（WDM）技术，一种是光时分复用（OTDM）技术，前者是通过增加单根光纤中传输的信道数来提高光纤的传输容量，后者是提高单信道的速率。目前采用WDM技术实现的最高速率已达2.6Tbit／S，而OTDM技术实现的单信道最高速率达640Gbit/s。
但是和WDM相比，OTDM技术还很不成熟，很多的器件尚处于实验室的研究阶段。OTDM之所以引起人们的很大兴趣，主要原因有两个：一是它可以克服WDM的一些固有的缺点，如：放大器级联产生的增益特性的不平坦。光纤非线性的限制等等；二是OTDM 技术被认为是一个长远的网络技术，将来的网络必将是采用全光交换和全光路由选择的全光网络，（OTDM）的一些特点使它作为将来的全光网络技术方案更具吸引力。
WDM和OTDM并不是互不兼容相互对立的技术，它们可以共存于同一个网络中，因为单靠WDM或OTDM来提高光纤通信系统容量的能力是有限的。实际上，可以把多个OTDM 信号进行波分复用，从而大大提高传输容量。
2光时分复用技术
光时分复用的原理和电时分复用相同，电时分复用由于受到电子速率极限的限制，速率不可能很高，于是人们自然想到了直接在光域上进行时分复用的方法。超短脉冲光源在时钟的控制下产生重复频率为时钟频率的超短光脉冲，该超短光脉冲经掺饵光纤放大器（EDFA）放大后分成N路，每路光脉冲由各支路信号单独调制，调制后的信号经过不同的时延后用合路器合并成一路高速OTDM信号，完成复用功能。假设支路信号的速率为B，则复用后的OTDM信号速率为N×B。OTDM信号经光纤传输到达接收端后首先进行时钟提取，提取的时钟作为控制信号送到解复用器解出各个支路信号，再对各个支路信号单独接收。
一个点对点的OTDM系统的关键技术主要包括：高重复频率的超短脉冲光源；复用解复用技术；时钟提取技术；高速信号传输技术。
2.1高重复频率的超短脉冲光源
除了通常对光信号源稳定性的要求外，超高速光时分复用系统对所用的光信号源还有特别的要求。它要求脉冲宽度至少小于1／3码元周期、而且脉冲没有啁啾。目前，用于OTDM系统的光源主要有四种：锁模光纤激光器、半导体锁模激光器、分布反馈半导体激光器／电吸收调制器组合光源和增益开关半导体激光器。
锁模光纤激光器可以产生重复频率达40GHz、脉冲宽度小于3ps的超短光脉冲，而且它还具有重复频率和波长可调两个优点，可用于超高速的OTDM系统。这种光源的谐振腔由光纤环组成，腔长很长，主动销模是靠一个光调制器来完成，当加在调制器上信号的频率为谐振腔基模频率的整数信时，就可达到锁模的效果。
半导体锁模激光器具有体积小、结构紧凑的特点，它是通过锁定基模的方法来达到锁模的效果，可以达到数十GHz的重复频率。采用外部控制措施，半导体锁模激光器可以产生脉宽在1ps以下的光脉冲。
分布反馈半导体激光器／电吸收调制器组合光源和增益开关半导体激光器比较简单、较容易实现，目前在速率相对较低的OTDM系统中应用比较广泛。
2.2复用解复用技术
传统的复用器由耦合器和光纤时延线组成。这种方法很简单，但很难保证产生的码元间隔精确相等，而且温度的改变将影响光纤时延线的长度，使得码元间隔随温度产生波动。目前较好的方法是采用全光调制和光时钟相结合的方案或采用集成的方法。
OTDM解复用器实质上是一个高速光开关，主要有两种类型：光电开关型解复用器和全光型解复用器。光电开关型解复用器速率较低，对于高速OTDM系统，一般采用全光解复用器。全光解复用器包括非线性光纤环镜型解复用器（NOLM）、半导体光放大器环镜型解复用器（SLALOM或TOAD）和半导体光放大器MaCh－Zhender干涉仪型解复用器（SOA－MZI），以及基于光纤或半导体光放大器中四波混频的解复用器。
NOLM解复用器是利用光纤中的交叉相位调制效应来完成解复用的功能，它具有结构简单，开关速度高的优点，目前在OTDM系统中得到了广泛的应用。半导体光放大器环镜型解复用器和半导体光放大器Mach－Zhender干涉仪型解复用器则是利用半导体光放大器中的交叉相位调制来实现解复用功能，由于半导体光放大器的非线性效应很大，所以需要的控制脉冲的能量小，而且结构比较紧凑。基于光纤或半导体光放大器中四波混频的解复用器则是利用了光纤或半导体光放大器中的四波混频效应，它的速率可以很高。
2.3时钟提取技术
OTDM的时钟提取技术大体上可以分为三种类型：电时钟提取、全光时钟提取和光电锁相环时钟提取。OTDM系统电时钟提取和电TDM中的时钟提取方法相同，它采用一个高Q值的滤波器直接提取时钟。这种方法比较简单，但是不适合用于高速OTDM系统中。
全光时钟提取技术主要包括光有源或无源窄带滤波器直接提取时钟技术和注入锁定时钟提取技术。采用光窄带滤波器提取的时钟质量不好，时间抖动较大。注入领定时钟提取技术适于提取位时钟，而不适于提取帧时钟。
光电锁相环时钟提取技术是一种比较好的时钟提取技术，它利用一个光比特相位比较器将本地产生的光时钟与人射光比特流锁定。这种技术既利用了光学信号处理的高速性能，又利用了传统的电子锁相环的频率和相位跟踪特性，因此在高速OTDM传输系统中应用非常广泛。
2.4高速信号传输技术
对于高速OTDM信号，光纤的色散是限制其传输距离的主要因素，在一个标准单模光纤上，如果不采用相应的补偿和控制措施，40Gbit／s的信号只能传输4km。目前，
