DWDM 第3章 關(guān)鍵器件及技術(shù)

1、第三章 關(guān)鍵器件與技術(shù) 3.1 調(diào)制光源 一、通信系統(tǒng)對(duì)光源的要求1、光纖通信系統(tǒng)對(duì)光源的一般性要求 （1）發(fā)光波長(zhǎng)與低損耗窗口接近； （2）穩(wěn)定的輸出功率滿(mǎn)足系統(tǒng)對(duì)中繼段距離的要求；（3）調(diào)制特性好，響應(yīng)快； （4）單色性和方向性好； （5）噪聲強(qiáng)度小。2、WDM系統(tǒng)對(duì)光源的特殊要求 應(yīng)用在WDM系統(tǒng)上的光源有兩個(gè)突出特點(diǎn)： （1）較大的色散容納值； （2）標(biāo)準(zhǔn)而又穩(wěn)定的波長(zhǎng)。 二、激光器調(diào)制方式 1、直接調(diào)制（內(nèi)調(diào)制） 輸出功率與調(diào)制電流成正比，但是由于調(diào)制電流的變化將引起激光器發(fā)光諧振腔的長(zhǎng)度發(fā)生變化，導(dǎo)致發(fā)射激光的波長(zhǎng)隨著調(diào)制電流做線(xiàn)性變化，產(chǎn)生調(diào)制啁啾. 這種方式無(wú)法克服波長(zhǎng)（頻率）

2、的抖動(dòng)。啁啾的存在展寬了激光器的發(fā)射光譜的線(xiàn)寬，破壞了光源的光譜線(xiàn)特性，限制了系統(tǒng)的傳輸速率和距離 .2、間接調(diào)制（外調(diào)制） 在光源的輸出通路上額外加入一個(gè)調(diào)制器對(duì)光波進(jìn)行調(diào)制，這個(gè)調(diào)制器起到一個(gè)開(kāi)關(guān)作用。 恒定光源是一個(gè)連續(xù)發(fā)送固定波長(zhǎng)和功率的高穩(wěn)定光源，在發(fā)光過(guò)程中不受電調(diào)制信號(hào)的影響，因此不產(chǎn)生調(diào)制頻率啁啾，光譜的譜線(xiàn)寬度維持在最小。 三種外調(diào)制器電光調(diào)制器：工作原理是晶體的非線(xiàn)性電光效應(yīng)。 電光效應(yīng)指電場(chǎng)引起晶體折射率變化的 現(xiàn)象.產(chǎn)生電光效應(yīng)的晶體稱(chēng)為電光晶體。 聲光調(diào)制器：利用介質(zhì)的聲光效應(yīng)制成。 聲光效應(yīng)是指由于聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)， 介質(zhì)受到聲波壓強(qiáng)作用產(chǎn)生應(yīng)變，使得介 質(zhì)的折射

3、率發(fā)生變化，從而影響光波的傳 輸特性。 波導(dǎo)調(diào)制器：將鈦Ti擴(kuò)散到鈮酸鋰（LiNbO2）材料中， 再用光刻法制出波導(dǎo)的具體尺寸。集成外調(diào)制激光器，如：電吸收調(diào)制器EA。 分離外調(diào)制激光器，如： 恒定光輸出功率（CW）+馬赫曾德?tīng)枺∕-Z）波導(dǎo)型外調(diào)制器（LiNbO2）。 三、WDM系統(tǒng)對(duì)光源激光器采取的措施 1、控制措施采用間接（外）調(diào)制技術(shù) 高速電信號(hào)不再直接調(diào)制激光器，而是加載在某一個(gè)介質(zhì)上，利用該介質(zhì)的物理特性使通過(guò)激光器信號(hào)的光波特性發(fā)生變化，從而間接建立了電信號(hào)與激光的調(diào)制關(guān)系。 2、穩(wěn)定措施波長(zhǎng)穩(wěn)定技術(shù) （1）加入LD的溫度和偏置電流，達(dá)到穩(wěn)定LD的輸出波長(zhǎng)的目的； （2）使用波長(zhǎng)

4、敏感器對(duì)可調(diào)制連續(xù)光源的波長(zhǎng)進(jìn)行控制。 四、WDM系統(tǒng)中的光源類(lèi)型 常用的光源: 單縱模激光器（SLM）、量子阱激光器（QW）、 摻鉺光纖激光器等、 波導(dǎo)可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器 單縱模激光器（SLM）：是指半導(dǎo)體激光器的頻譜特性，只具有單個(gè)縱模或者單個(gè)譜線(xiàn)的激光器。 分布式反饋激光器（DFB）:利用布拉格反射原理產(chǎn)生單縱模。DFB特點(diǎn)：動(dòng)態(tài)單縱模窄線(xiàn)寬振蕩；波長(zhǎng)穩(wěn)定性好。量子阱激光器（QW）特點(diǎn)：（1）閾值電流低；（2）譜線(xiàn)寬度窄；（3）QW的溫度靈敏度低，調(diào)制速度快；（4）頻率啁啾小，動(dòng)態(tài)單縱模特性好；3.1.3 半導(dǎo)體光電檢測(cè)器 波分復(fù)用網(wǎng)絡(luò)對(duì)光電探測(cè)器的要求為：（1）光電轉(zhuǎn)換效率高 ；（2）

5、響應(yīng)速度快；（3）高靈敏度；（4）功率消耗盡可能低；（5）性能穩(wěn)定。影響光電探測(cè)器性能的因素： 光靈敏度、暗電流、噪聲等效功率、速度與帶寬、線(xiàn)性響應(yīng)度、信號(hào)編碼與調(diào)制、信號(hào)質(zhì)量和功率等。(1) 光靈敏度 輸出信號(hào)強(qiáng)度(A)和輸入光能(W)之比.(2) 暗電流和噪聲等效功率 與工作溫度、偏置電壓和光電探測(cè)器的類(lèi)型有關(guān)。(3) 檢測(cè)速度 輸入的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成一個(gè)輸出的電信號(hào)所花費(fèi)的時(shí)間 上升時(shí)間：在輸入信號(hào)瞬間接通后，輸出信號(hào)從 10%上升到最終電平90%所用的時(shí)間。 下降時(shí)間：輸入信號(hào)斷開(kāi)后，輸出信號(hào)從90%下降 到峰值的10%所用的時(shí)間。(4)線(xiàn)性響應(yīng)度 在一個(gè)理想的光電探測(cè)器中，輸出電流是一個(gè)

6、與輸入功率相乘的常數(shù)。這個(gè)常數(shù)被稱(chēng)為線(xiàn)性響應(yīng)(5) 信號(hào)質(zhì)量和功率 數(shù)據(jù)速率越快，平均功率被分配到更多的脈沖上，誤碼率將增加。 3.2 光放大器 3.2.1 光放大器分類(lèi) 半導(dǎo)體激光放大器（SLA）原理：SLA是一個(gè)沒(méi)有諧振腔的放大器，其本身的工作機(jī)理是運(yùn)用受激輻射放大光信號(hào)。 SLA缺點(diǎn)：插入損耗大、對(duì)偏振態(tài)敏感。 光放大器的工作波段的應(yīng)用波帶名稱(chēng)含義波長(zhǎng)nm放大技術(shù)O波帶原始12601360RFA 、SLA、摻鐠光纖E波帶擴(kuò)展13601460RFAS波帶短14601530摻銩光纖C波帶常用15301565EDFA、SLAL波帶長(zhǎng)15651625EDFA+ RFA U波帶超長(zhǎng)16251675

7、3.2.2 EDFA的性能 （1）自發(fā)輻射噪聲； （2）放大器的間距；（3）增益能力 Pout=Pin+增益。在輸入功率很小時(shí)增益較大， 在輸入功率很大時(shí)增益就會(huì)出現(xiàn)飽和。（4）增益平坦 解決光放大與增益的問(wèn)題可以選擇不同類(lèi)型的放大器3.2.3 RFA 工作原理：利用弱非線(xiàn)性受激拉曼機(jī)理產(chǎn)生光信號(hào)增益。RFA的增益大小和增益譜的寬窄相關(guān)因素： 泵浦光的功率（高功率）； 泵浦光波長(zhǎng)； 泵浦光方向。分布RFA用途：（1）作為低噪聲前置放大器以減少整個(gè)噪聲的累積。 可以改善光信噪比和系統(tǒng)品質(zhì)因素FOM，以達(dá)到 提高光譜效率和傳輸速率的目的。 （2）用作EDFA的前置放大器。利用系統(tǒng)原有的光纖作 為增

8、益介質(zhì)。在保持相同的光纖條件下，容易實(shí) 現(xiàn)系統(tǒng)的擴(kuò)容升級(jí)，即由低速率升級(jí)到高速率或 增加更多信道。也可以用于延長(zhǎng)無(wú)中繼系統(tǒng)或遠(yuǎn) 端光泵浦放大系統(tǒng)傳輸距離。 RFA的優(yōu)點(diǎn)：（1）可以提供在光纖整個(gè)工作波段12701670nm的 任一波長(zhǎng)的光放大；（2）增益介質(zhì)就是傳輸光纖本身，可以制成低噪聲 的分布式放大器。；（3）可以作為EDFA的補(bǔ)充，克服損耗、拓寬DWDM 帶寬，并能實(shí)現(xiàn)2000km以上超長(zhǎng)距離的DWDM 傳輸。 RFA 與 EDFA不同之處： 1）理論上只要有合適的拉曼泵浦源，就可以對(duì)光纖 窗口內(nèi)任一波長(zhǎng)的信號(hào)進(jìn)行放大，因此它具有很 寬的增益譜； 2）可以利用傳輸光纖本身作增益介質(zhì)，使

9、RFA可以 對(duì)光信號(hào)的放大構(gòu)成分布式放大，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離的 無(wú)中繼傳輸和遠(yuǎn)程泵浦，尤其適用于海底光纜通 訊等不方便建立中繼站的場(chǎng)合； 3）可以通過(guò)調(diào)整各個(gè)泵浦的功率來(lái)動(dòng)態(tài)調(diào)整信號(hào)增 益平坦度； 4）具有較低的等效噪聲指數(shù)，使RFA與常規(guī)的EDFA 混合使用時(shí)可大大降低系統(tǒng)噪聲指數(shù)。思考：1、EDFA 引入的噪聲比RFA引入的噪聲更（ ）？2、EDFA的泵浦波長(zhǎng)比RFA泵浦波長(zhǎng)更（ ）？3、EDFA的泵浦閾值比RFA泵浦閾值更（ ）？3.3 波分復(fù)用器 特性要求：損耗小、信道之間串?dāng)_小、通帶損耗平坦、 低偏振。 類(lèi)型：熔錐型、介質(zhì)膜型、陣列波導(dǎo)型、布拉格 光纖光柵型。1、熔錐型 熔錐型波分復(fù)用器對(duì)光

10、信號(hào)的耦合區(qū)域是隨著 波長(zhǎng)不同而不同。2、介質(zhì)模型 主要特點(diǎn)是信號(hào)通帶良好、與極化無(wú)關(guān)，溫度 特性好，插入損耗低。3.4 波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器在全光網(wǎng)中的應(yīng)用： （1）進(jìn)行透明操作、解決波長(zhǎng)競(jìng)爭(zhēng)、路由選擇，以及在動(dòng)態(tài)業(yè)務(wù)模式下較好地利用網(wǎng)絡(luò)資源； （2）在網(wǎng)狀網(wǎng)中，可降低網(wǎng)絡(luò)的阻塞率，提高多波長(zhǎng)利用率、傳輸效率； （3）作為網(wǎng)關(guān)，實(shí)現(xiàn)子網(wǎng)的連接和通信。 3.6 監(jiān)控技術(shù)一、OSC概況DWDM系統(tǒng)用于干線(xiàn)中，監(jiān)控通路的速率定位2Mbit/s; DWDM系統(tǒng)用于城域網(wǎng)，采用速率為10 、100 、155Mbit/s監(jiān)控通路，將ECC數(shù)據(jù)、公務(wù)語(yǔ)音數(shù)據(jù)、APS數(shù)據(jù)和透明用戶(hù)通道數(shù)據(jù)在以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀中傳

11、遞與交換。 不同層可采用不同的方式:OCH層: 采用帶內(nèi)方式;OMS層、OTS層:采用帶外方式 .二、WDM系統(tǒng)對(duì)OSC的基本要求 （1）OSC不應(yīng)限制光放大器中泵浦光源的光波長(zhǎng)； （2）OSC不應(yīng)限制兩個(gè)線(xiàn)路放大器間的傳輸距離； （3）OSC不應(yīng)限制未來(lái)在1310nm波長(zhǎng)的業(yè)務(wù)； （4）線(xiàn)路放大器失效時(shí)OSC應(yīng)仍然可用 （5）OSC的傳輸應(yīng)該是分段的雙向傳輸，雙向傳輸可以保證一旦一根光纖被切斷，監(jiān)控信息仍可以在線(xiàn)路終端被接收到； （6）OSC傳送的監(jiān)控信息應(yīng)可以在每個(gè)光再生站和WDM系統(tǒng)局站上分出或接入。 （7）OSC在發(fā)端與每個(gè)WDM站都必須要有一個(gè)外定時(shí)接口以便于從SDH系統(tǒng)獲取定時(shí)信號(hào)。 但是，如果因光纜介質(zhì)故障造成中斷，OSC雙向傳輸也就中斷，使網(wǎng)元管理系統(tǒng)無(wú)法正常獲取監(jiān)控信息。此時(shí)，就要通過(guò)備用路由來(lái)保護(hù)OSC。 在WDM中，備用路由就是數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)DCN。 三、數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)DCN1、什么是DCN？ 在SDH/DWDM網(wǎng)絡(luò)中，通常將建立網(wǎng)管與傳輸 網(wǎng)絡(luò)中各網(wǎng)元之間連接并實(shí)現(xiàn)管理信息傳遞的網(wǎng)絡(luò) 稱(chēng)為數(shù)據(jù)通信網(wǎng)（DCN）。2、DCN基本組成DCN分為兩個(gè)部分: 第一部分的DCN用于解決網(wǎng)元級(jí)網(wǎng)管與其他高層網(wǎng)管之間的通信。主要采用TCP/IP協(xié)議來(lái)構(gòu)建該部分的DCN。 第二