通信器件（共4篇）
通信器件 篇1
所谓“复用技术”, 是指一种在传输路径上综合多路信道, 并恢复原机制或解除终端各信道复用技术的过程。随着光纤通信系统的广泛普及, 在高速光纤通信系统中应用复用技术, 可提高单根光纤的总通信数据容量, 对光纤系统的发展有着重要的意义。因此, 本文就高速光纤通信系统中的复用器件进行了探讨。
1 波分复用技术 (WDM)
波分复用技术的本质是频分复用 (FDM) , 它可将不同波长的光通过光器件输送到1根光纤中传输, 在不改变一路一波长基本传输速率的情况下, 采用光纤传输多路信号, 从而提高传输数据总量。历史上最早出现的粗波分复用技术 (CWDM) , 即波长间隔>1.6 nm的复用技术, 由于其波长间隔相对较大, 所以对光收发器件的要求较低。目前, 最新的复用技术为密集波分复用技术 (DWDM) , 其波长间隔<0.8 nm, 甚至<0.4 nm。波分复用技术使用的器件主要为光收发器件、波分复用/解复用器和光插/分复用器。
1.1 波分复用的网络结构
从图1中可以看出, 单个WDM网络基本上包括光发射接收器件、波分复用、解波分复用器和光纤。
1.2 光发射接收器件
WDM光源一般采用半导体激光器, 由于波分复用技术具有特殊性, 要求光源工作波的范围大、稳定性高, 光谱线宽窄、波长在宽波段范围内可调、频率啁啾低和多波长等间隔集成。
光源按波长可分为固定波长激光器和可调波长激光器。固定波长激光器多采用多量子阱 (MQW) 分布反馈激光器 (DFB-LD) , 这种激光器在较大温度范围和高速率的情况下, 可保持动态单模特性, 同时, 还可确保低阈值特性和较高的边模抑制比 (SMSR) 。
固定波长激光器为波分复用网络中的光源, 波长不可改变, 且需要多个不同波长的激光器, 这样不仅会使生产工艺的难度增大, 还会使成本增加。如果具有一种可在一定波长范围内调谐的激光器, 则可以采用一种结构实现波分复用中光源的各种波长。可调激光器的分类较多, 一般有外腔式、多电极式、电调谐和热调谐等。
WDM对光接收器件的要求为波长响应范围大、波长可选择和串扰小等。除可采用普通的光电二极管 (PIN-PD和APD) 作为探测器外, 还可采用谐振腔增强型 (RCE) 光电二极管。
1.3 光波分复用器
波分复用器将多个波长的光信号耦合至1根光纤中传输, 并利用接收端的解波分复用器将各个波长耦合至不同的光纤中, 从而实现光信号的分离。光波分复用器也称为合波器, 常用结构为阵列波导光栅 (AWG) 。此外, 还有熔融拉锥型、介质膜型和平面型。
2 光正交频分复用技术 (O-OFDM)
OFDM应用在射频通信中, 其理论在1966年提出, 直至2005年才在光纤通信OFDM系统中实现。由此可见, OFDM理论具有很大的发展潜力。图2为光纤通信中OFDM系统与WDM中信号的对比图, 从中图2可以看出, 该理论的基本思路为将不同频率的信号调制到一起传输, 同时, 将高速数据信号分成多路低速数据信号, 并调制到同一组子载波上传输。
OFDM的基本结构如图3所示。OFDM包含有3大部分, 即OOFDM (光OFDM) 发送端、传输媒介 (光纤) 和OOFDM接收端。其中, X为频域;x为输入端的时域;Y表示接收端的频域;y为时域。OFDM系统可变换发射端IFFT, 并加载到2个正交信号合波后通过光纤传输;接收端分离出这2路信号后, 通过FFT变换到频域接收数据。在信号传输中, OFDM通过加入循环前缀CP (Cyclic Prefix) 到保护间隔提高系统性能, 可抑制ICI和ISI等现象。这是OFDM的优势所在, 但光OFDM系统也有缺点, 加入CP冗余信号后降低了运行速度, 同时, PAPR峰均比较高, 进而造成系统整体功率变大。
3 结束语
综上所述, 随着关键技术和光电元器件技术的发展, 光纤通信技术获得了飞速发展, 而复用技术的应用也有效促进了光纤通信技术的发展。
摘要：主要对高速光纤通信系统中的复用器件展开了探讨, 详细阐述了分复用和正交频分复用等技术, 并对所使用的复用器件作了系统分析研究, 以期能为相关单位的需要提供有益的参考和借鉴。
关键词：高速光纤通信系统,复用技术,复用器件,WDM
参考文献
[1]冯卫, 邵忆群, 罗玉娟, 等.光纤通信系统中波分复用技术的应用[J].电子技术与软件工程, 2013 (19) .
[2]林衡.浅析光纤通信系统中波分复用技术的应用[J].黑龙江科技信息, 2014 (13) .
通信器件 篇2
长期以来, 人们一直希望能够突破电子在信息传输上的瓶颈限制, 而让拥有极高信息容量和效率、极快响应能力、极强的互连能力和并行能力以及极大存储能力的光子来取代电子成为新型的信息载体.光子具有高传输速度、高密度及高容错性等优点, 成为代替电子作为信息的载体.光子晶体 (Photonic Crystal) 概念的提出, 加速了人们对光子作为信息载体的研究.
由于光子在光子晶体中的行为类似于电子在天然晶体 (从某种意义上来说可以叫做电子晶体) 中的行为, 固体物理中的许多概念都可用在光子晶体上, 所以光子晶体的基本特征是具有光子禁.频率落在禁带中的电磁波是禁止传播的, 因为带隙中没有任何态存在.光子晶体的另一个主要特征是光子局域[1,2,3,4].
光子晶体的出现使自由地操纵和控制光的行为成为现实, 人们能够按自己的需求, 以人工的方式设计和制造光子器件, 由于光子晶体能够控制光在其中的传播, 所以它的应用十分广泛.其主导思想就是利用光子禁带或禁带结构中的缺陷态来改变光子晶体中某种电磁态的密度, 以制作全新原理或以前所不能制作的高性能器件[5].
1 光子晶体通信器件的模拟[6,7]
1.1 光子晶体光纤
如今, 人们对光子晶体的应用研究得最多也是进展最快的领域莫过于对光子晶体光纤的研究.光子晶体光纤虽然和传统光纤的导光机制一样, 但是却具有明显优于传统光纤的特性, 诸如无截止单模、不同的色度色散、极好的非线性效应、双折射效应、较高的入射功率、非线性现象、易于实现多芯传输等, 这些优良特性使其在未来的光通信领域将有着广阔的应用前景.
图1是用comsol软件简单模拟了光子晶体光纤的光场分布.
从图中可以明显看到, 光只会分布在光纤孔中, 不会散射到其他区域.
1.2 光子晶体波导
传统的介电波导在传播电磁波是会在传输过程中损失能量, 特别是在拐角处损失的能量更多, 但是光子晶体波导可以改变这种情况.即光子晶体波导对直线和转角都有很高的效率.具有如此高效传播能力波波导使得人们不得不对其另眼相看.因此, 对光子晶体波导的研究也成为光子晶体应用研究的一个主要领域.
图2是用comsol软件模拟的直线波导和弯折波导的光传播情况.
从模拟图2中可以清楚看到:不在禁带区域的光会出现很强的散射, 传导模式不对会很快衰减, 只有在范围内而又有很好的传导模式的光才能顺利传播, 而且损耗极小.
看以看到, 与直波导相同, 弯曲波导的传输率也可以接近100%, 如图3所示.
1.3 光分波器
在通信电路中, 分波器是很重要的器件, 那么光分波器在全光路中必不可少, 图4 是T字型光分波器的光场模拟图.可以看到, 与图3中的直角弯折波导具有相似性, 只是光能量分开传播, 分开后的总能量与分开前的能量相差很小, 效率可以高达96%.
1.4 宽带带阻滤波器和极窄带选频滤波器
利用光子晶体的光子频率禁带特性可以实现对光子极优良的滤波性能.这是由于光子晶体的滤波带宽可以做得比较大.钻石结构的光子晶体的滤波带宽可以做到中心频率的 20%.而由S.Gupta等人所提出的金属-介质复合型光子晶体可以将从低频 (频率接近0 Hz) 直到红外波段的电磁波完全滤掉.这种大范围的滤波作用利用传统的滤波器是难以实现的.
另外研究发现, 当光子晶体中的某些单元被取消而造成缺陷时, 就会使得光子晶体的光子频率禁带出现一些“可穿透窗口”.即光子频率禁带内的某些频率会毫无损失地穿过光子晶体, 光子晶体的这一特性可以用来制作高品质的极窄带选频滤波器.
经分析可以知道, 为了得到窄的线宽, 应该选择合适的谐振腔和波导之间的距离.
图6a为频率在谐振频率处, 图6b传输频率仅仅偏离谐振频率1%, 而传输率却降低为输入的2%多一点.可见此时的滤波器带宽相当窄.
1.5 多组合滤波器
当把多个谐振腔与波导组合后, 会形成不同种类的滤波器.下面把两个波导两个谐振腔组合成一个二维光子晶体的三端口通道下路滤波器并用comsol软件模拟光传播, 如图7所示.
从图7可以清楚观察到, 光波从A端入射, 传输到B端的能量几乎为零了, 所以下载到C端的效率比较高.如果入射波端口改为C (此时此端口成为上传端口) , 能量将沿相反的方向传输从端口A输出, 而B端口因为反射谐振腔的反射而几乎得不到能量.
2 结 束 语
文中基于comsol软件对几种光子晶体通信器件的模拟, 模拟结果非常好地体现光子晶体器件的优越性, 并对模拟结果进行了简单分析, 并提出多组合滤波器设计思路, 为开发集成光通信器件提供了有益的参考.
参考文献
[1] John D Joannopoulos, Steven G Johnson, Joshua N Winn, et al. Photonic Crystals: Molding the Flow of Light[M].2nd Edition. Princeton University Press, 2008.
[2] Steven G Johnson, Photonic Crystals: From Theory to Practice[M]. Massachusetts Institute of Technology, 2001.
[3] Kazuaki Sakoda. Optical Properties of Photonic Crystals[M]. Springer, 2001.
[4] E Yablonovitch. Inhibited Spontaneous Emission in Solid-State Physics and Electronics[J]. Phys. Rev. Lett. 1987, 58: 2059-2062
[5] Z Zhang , S Satpathy. Electromagnetic wave propagation in periodic structures: Bloch wave solution of Maxwell’s equations[J]. Phys. Rev. Lett. 1990, 65.
[6]Y Tanaka, T Asano, Y Akahane, et al.Theoretical in-vestigation of a two-dimensional photonic crystal slabwith tapered air holes.Appl[J].Phys.Lett.2003, 82 (9) .
[7] K S Yee. Numerical solution to initial boundary value problems in-volving Maxwell’s equations in isotropic media[J]. IEEE Irans. Antennas Propagate.1966. AP-14.
通信器件 篇3
1 光纤通信元器件与模块的基本种类分析
通常而言,主要有两种类型存在于元器件和模块当中,并且是其中非常重要的组成部分 :首先,主动元器件与模块,主要有光放大器、选频光源、可调频光源、DWDM光传接模块等存在于其中。其次,被动形式的元器件,主要有获取器、色散补偿装置、光学开关、解多工器和波长多工等存在于其中。现实中,有很多种技术都能够将模块及元器件制作出来,并且很多技术都是一些新颖的技术,并且一些优劣势在其中都非常的明显。
在获取网络及光纤区域网络上的模块与元器件的应用需要上存在这一定的差异,DWDM技术不是其中主要的发展方向和趋势。由于现阶段大多数的获取网和区域网距离高层次的发展程度上还有很大的距离,需要的一些传输频率普遍较低。比如,早已经确定出了现阶段非常热门的1Gb/s、Optical Ethernet标准,对于传输网络只能够单一频道的传输速率或者骨干的传输方式上,区域网络的传输方式上都已经能够很好的给予满足。
2 光纤通信的被动元器件和模块技术分析
解多工器和DWDM光波长多工是光纤通信被动元器件和模块当中最为基本的器具所在,将一些不同的波长光分开到不同的光纤当中或是向着同一个光纤中合并,这就是解多工和多工两种形式。因为有较小的间距存在于DWDM频道之间,一般的时候会维持在100GHz或者50GHz。对于这种多工 / 解多工的任务,只有平头、陡裙、窄频的滤波器才能够予以胜任。可以对多种类型的技术进行使用,来将这种波长多工 / 解多工器制作出来,主要涵盖着阵列光波导元器件、传统绕射式光栅、光学镀膜、全光纤式元器件等。其中现阶段最为成熟的技术即为光学镀膜式的波长多工 / 解多工器。
在光学镀膜式解多工器 / 波长多工中,光学镀膜式滤镜是关键的元器件之一。要将和要求相符合的DWDM滤镜制作出来,一定要确保有一百层存在于镀膜的层数当中,按照四分之一的波长来对每层的厚度进行确定,为了能够达到陡群和平头的要求,要对三个共振的空腔结构进行使用。并且最为重要的是要非常准确的确定出每层的厚度,需要有准确及时的厚度监控装置存在于制作当中。
阵列式光波导元器件为制作DWDM波长多工 / 解多工器的第二种有效方式。在第一段结合处通过了入射光之后,由于绕射的作用,进而向着中间的阵列光波导中分布的入射,通过阵列光波导,光向着另一端中传导,不同变化率的线性相位改变会存在于不同频率的光中,在改变了这种线性相位之后,在第二段的结合处将会令不同频率的光在输出端的某一光波导中会重新的聚集。其中所谓的阵列天线就是其中的主要原理所在,在控制阵列波导的基础上,辐射光的方向对中盐阵列光波的去选择,这样就会有定值的频道存在于频道的间距当中,这样在输出端的光波导阵列中就能够刚好聚焦入射进去,进而对DWDM多解工和多工的功能上能够很好的给予实现。
全光纤式 的元器件 为第三种 对DWDM解多工器 / 波多长工进行制作的方法,同时,又有两种大的种类存在于这类元器件中 :串接光纤干涉仪式元器件和光纤光栅式元器件。在光纤的核心中,直接产生作用,对于一些周期性折射系数的光栅可以用UV光感器直接的感应出来,对布拉格绕射的作用上进行利用,能够将窄频发射式滤波器直接的制作出来。但是,由于是在一维光纤里面存在的一种反射式的滤波器,这样就很难分开入射光和其中的反射光,这样就需要对光纤干涉仪和旋光器的架构进行使用,不然光的损耗在其中就会非常的大。针对串接光纤干涉仪式的元器件,在对具有周期性穿透频谱的滤波器进行制作的过程中,对串接式光纤干涉仪进而就能够非常直接的进行使用,对光纤干涉仪两臂的长度借助适当的选择方式,对平头、陡群和窄频的要求上进而能够很好的给予完成。
3 模块技术及光纤通信主动元器件
在模块和主动元器件方面,有这样几个重要的内容存在于具体的发展中 :光传接模块技术、光放大器技术、选频激光、可调频激光、表面辐射激光技术等。
光通信用激光光源的一种技术方式中就包括着表面辐射激光。因为存在着较短的共振箱,这样对单纵模的输出上就能够很好的给予完成,因此,窄频宽在其中是允许存在的 ;能够利用垂直的方式来发射输出光,因此对on-wafer test能够进行应用 ;因为存在着较为对称的辐射光模态,因此,向光纤中的耦合就能够非常容易的予以实现。因为存在这上述的一些特征,不管是构造的具体成本,还是元器件的在具体制程,和边射型激光比较起来都会非常的低。因此,造成边射型激光被用于短距离高速率的资料传输连接,被850nm的VESEL完全取代了。但是,现阶段还没有非常成熟的产品存在于长波长VESEL当中,因此,边射型激光还是该通信波段的核心所在。
现阶段掺铒光纤放大器仍为光放大器的主 要技术方 式所在,可以是在L-band,也可以是 在C-band上面,可以是拥有动态增益控制或者平坦化的复杂光放大器次系统。低成本是半导体光放大器的主要优点所在,但是,因为存在着较短的载子生命周期,因此,有着较大的非线性效应存在于其中,这样对很多波长不适合同时来进行放大。但是,在处理一些非线性信号的时候却非常的适用,集中3R技术就是其中的典型代表,就是将直接高速的信号直接的应用到光学层当中。Raman光放大器为另一种形式的放大器,这种类型的放大器就是对光纤的Raman效应进行合理使用,进而将放大的效果彰显出来,这样一个高功率的激发光源在其中是绝对不能缺少的。能够由激光发源的波长来决定光放大的波段,这是其中最为显著的优点所在,并且这种放大器有着分布式的特点,将光纤中的信号能够有效的降低下来,这样对传输信号时的非线性效应能够有效的降低下来,但是也有一定的不足之处,即为存在功率较高的激光发射源,并且还有较为昂贵的价格。
4结语
通信器件 篇4
作为光通信的核心部件, 光器件与光电子器件的安全性能高, 具有良好的市场应用前景。在这方面我国企业的研发和生产能力排在国际主流位置。我国企业生产的各种发光器件、光检测器件的芯片、组件和模块, 各种光放大器, 各种无源器件包括光衰减器、光可变衰减器 (VOA) 、光分支器件、DWDM/去复用器件、连接器、隔离器、滤光器、准直器、环形器、起偏器、色度色散补偿器、偏正模色散 (PMD) 补偿器、光分插复用器等, 不仅提供给国内的设备制造企业, 还出口到美国、日本和欧洲等发达国家和地区, 在国际上享有一定知名度。光电子器件的发展主要经历了三代。第一代传统光电器件主要以气体激光器、反射镜等元件为主要代表。其中的光电系统主要是通过性能可靠地光电器件固定在大型的底盘上组成的。第二代主要是指微光电子器件, 主要包括激光二极管、多模光纤等, 通过对脉冲光电子器件体积的缩小, 促使不同的微光电子器件按照一定的方式进行组装, 形成可靠的系统, 实际操作过程中的组装难度大。第三代光电子器件主要是指波分复用器、单模光纤、各种光纤放大器等。这些器件构成的光通信系统主要的特点是: (1) 主要的理论基础是平面光波导, 使用过程中可以利用磁光、热效应等对光信号进行有效地调制; (2) 主要的加工工艺为集成化晶圆; (3) 体积小、集成化程度高; (4) 节能效果好, 有利于实现产品的大规模生产[1]。
二、光通信光电子器件的市场前景
在未来的发展领域中, 由各种光电子器件组成的光通信网络, 包含着长距离干线网、各种环形区域网及终端接入网, 可以广泛地应用于不同行业的网络建设中。像移动通信网、互联网、卫星通信网等专有网络, 都对光通信网络的依赖程度高, 需要相关的技术人员结合生产现场的实际概况, 合理地构建光通信网络, 为社会各行业生产力的不断提高奠定坚实的基础。
在早期的光通信发展过程中, 市场份额占据比例较大的是光缆, 成本价格相对较高。在未来光通信光电子器件发展的过程中, 在密集波分复用技术与全光交互网络的支持下, 光缆的市场占有率将会逐渐地降低, 电信业务与其它互联网业务在各种光电子器件的作用下将会逐渐地进入高速发展阶段, 住宅小区的宽带业务也将不断地扩大。结合目前光通信光电子器件的发展现状, 可知西方的一些信息技术发展速度较快的国家正在加快光纤到户的建设步伐。在具体的建设过程中, 需要大量的光电子器件, 为这些器件广泛地推广带来了重要的保障作用。
现阶段很多质量可靠的光电子集成正在不断地渗入相关行业的生产过程中, 像常见的集成光分路器、密集波分复用器、光电收发一体化模块等。这些集成器件业务范围的扩大, 将会给光电子器件生产制造商带来更多的经济效益, 也会推动光通信技术及光通信网络的快速发展。我国作为全球重要的网络通信市场, 实际的光传输网络在实际的应用中取得了许多重要的成果, 各种技术已经达到了世界领先水平。与此同时, 我国的光通信光电子器件的生产规模正在不断地扩大。在未来的发展领域中, 这些光电子器件将会广泛地应用于信息高速公路建设、城市环形城域网的配套升级工程建设过程中。在现代光通信网络的应用过程中, 集成光电子器件将会发挥出更大的优势。这些方面的不同内容, 客观地说明了光通信光电子器件良好的市场前景[2]。
结束语
做好光通信光电子器件的技术发展与市场前景的研究工作, 可以为我国国民经济发展水平的不断提高带来重要的保障作用。目前光电子技术的应用范围正在不断地扩大, 客观地体现了这种技术的先进性与适用性。因此, 需要对光电子技术的相关内容进行深入地分析, 从不同的方面对这种技术的市场前景进行必要地探讨, 以便为相关的研究工作开展提供一定的参考依据。
摘要：信息化时代的发展过程中, 光电子技术与微电子技术的在实际的应用中为社会各行业经济效益的持续增加带来了重要的保障作用。在此形势影响下, 光通信光电子器件的应用范围正在不断地扩大, 对经济社会发展速度的加快产生了积极的影响。这些光电子器件安全性能的提高、使用寿命的延长, 依赖于可靠的信息化技术。基于此, 本文将对光通信光电子器件的技术发展及市场前景进行必要地探究。
关键词：光通信,光电子器件,市场前景,技术,安全性能,使用寿命
参考文献
[1]孙莉丹.新时期光电子器件及其技术发展史研究[D].哈尔滨工业大学, 2015, 06:12-25.