第7章光纖通信新技術(shù)EDFA_JH講解

1、第7章光纖通信新技術(shù)光纖通信發(fā)展的口標(biāo)是握髙通信能力和通信質(zhì)St，降低 價(jià)格滿足社會(huì)需要。本章主耍介紹些己經(jīng)實(shí)用化或者冇重要應(yīng)用前最的新 技術(shù).如光放大技術(shù)，光波分復(fù)用技術(shù)，光交換技術(shù)， 光孤子通信，相干光通信，光時(shí)分復(fù)用技術(shù)和波長變換技術(shù) 等。7.1光纖放大器光放大器有半導(dǎo)體光放大器和光纖放大器兩種類型。半導(dǎo)體光放大器的優(yōu)點(diǎn)是：小型化，容易與英他'卜導(dǎo)體器件集成半導(dǎo)體光放大器的峽點(diǎn)是；性能與光偏振方向冇關(guān)，器件與比纖的耦合損耗大。光纖放大器的件能與光偏振方向無幾 器件與光纖的耦 合損耗很小，因而得到廣泛應(yīng)用。<jl、寸曲瓦務(wù)乂護(hù) MAVWeZ .光纖放大器的實(shí)質(zhì)是:把工作物質(zhì)制

2、作成光纖形狀的同體激光器y所 以也稱為光纖激光器。光纖放大器(EDFA :Erbium-DopedFiber2()世紀(jì)&)年代末期，波長'h 1.55 pm的摻鈕(ECAmplifier)研制成功并投入實(shí)用.把光纖通信技術(shù)水平推向個(gè)新高度.成為光纖通依發(fā)展史上個(gè)圖7示出摻鉀光纖放大器(EDFA)的匚作原理說明f光信號(hào)放人的原因中065.um%叫"% 11 4&)iuii泵浦|«|光信號(hào)可以看到，在摻弭光纖(EDFA)中，鉀 離子(E3H有三個(gè)能級(jí)，能級(jí)1代表基態(tài)，能最最低能級(jí)2是亞穩(wěn)態(tài)，處于中間能 級(jí)能級(jí)3代表激發(fā)態(tài)，能最最高圖7.1摻弭光纖放大器的

3、工作原理 (町硅光纖中鋰離子的能級(jí)圖當(dāng)泵浦(Pump.抽運(yùn))光的光子能量等J：能級(jí)3和能級(jí)1 的能量差時(shí)，弭離/吸收泵浦光從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài) (If 3)6但是激發(fā)態(tài)是不穩(wěn)定的，Er"很快返回到能級(jí)2；如果輸入的倍號(hào)光的光/能量等于詭級(jí)2和能級(jí)1的能 駅羞.則處于能級(jí)2的Er“將躍遷到基態(tài)(1),產(chǎn)生受激 輻射光，因而信號(hào)光得到放大。山此可見，這種放大是由于泵浦光的能量轉(zhuǎn)換為信 號(hào)光的結(jié)果。漱發(fā)亦亞穩(wěn)態(tài)OOOa a rmuuuu信號(hào)光1550 nmh o r皿泉浦光1480 nm1550 nm基態(tài)基態(tài)0.65um%/2Mm1.4 Sun 泵浦L光信號(hào)O.gOumI3098阿2153m

4、二、s牢圖7l摻鉤光纖放大器的工作原理何)硅光纖中釗離子的能級(jí)圖：(b) EDEA的吸收和增益頻譜為捉高放大器增益，咸提高對(duì)泵浦光的吸收，使基態(tài)Er“盡 可能躍辻到激發(fā)態(tài)，圖7.1(b)示岀EDFA增益和吸收頻譜0l91.12ISUWav«t«ngth(pm)(UJX/8P) noiscofcJRuneBU自然界給光通信的禮物：鐲離子 的增益譜與光纖傳輸最低損耗窗 口重合。TranwnvMioni Fitw LossErbium Gain圖7.2示出出信號(hào)光功率和愉入泵浦光功車 的關(guān)系，泵浦光功率轉(zhuǎn)換為信號(hào)光功率的效率很髙,達(dá)到92.6%。轍入泵浦光功t /mW當(dāng)泵浦光功率

5、為60mW時(shí)，轉(zhuǎn)換效率(信號(hào)偷入光功率W 輸出比功昭)/泉浦光功帀為88瓠、才血典；人護(hù)ttatVMNA ««9圖7.2(b)是小信號(hào)條件下增益和泵浦光功率的關(guān) 系，當(dāng)泵浦光功率小于601W時(shí)，增益系數(shù)為6.3dB/mWo4030增益系數(shù)6.3dB/mWOUI11051015 20輸入泵浦光功率mWWM MAVWIM.f M- 1 1 * * J 弊*1A2摻鈕光纖放大器的構(gòu)成和蒔性拶餌光纖(EDF)和高功率泵浦光灣是關(guān)鍵器件，把泵浦光 與信號(hào)光耦合任膽的波分復(fù)用器和置于兩端防上光反射的光 隔離器也是不可缺少的°輸入宿號(hào)圖73伍)光纖放大器構(gòu)成原理圖設(shè)計(jì)高增益摻弭

6、光纖(EDF)是實(shí)現(xiàn)光纖放大器的技術(shù)關(guān)鍵，EDF的增益収決于EN的濃度、光纖 長度和直徑以及泵浦光功率等多種因素，通常由實(shí) 驗(yàn)獲得最佳增益。對(duì)泵浦光源的基本要求是大功率和長壽命。 波長為1480 jiinInGaAsP多昴子阱(MQW)激 光器，輸出光功率髙達(dá)1(X) mW,泵浦光轉(zhuǎn)換為信號(hào) 光效率在6dB/mW以上。 波長為9X() nm的泵浦光轉(zhuǎn)換效率更高，達(dá)1() dB/mW,而J1噪聲較低，足未來發(fā)展的方向°對(duì)波分復(fù)用器的基本要求是插入損耗小，熔拉雙錐光纖耦合器型和干涉 濾波型波分復(fù)用器最適用。光隔離器的作用是：防止光反射，保證系統(tǒng)穩(wěn)定工作和減小噪聲對(duì)光隔離器的的基本要求是：

7、插入損耗小，反射損耗人。7.3(b)實(shí)用光纖放大器外形圖及其構(gòu)成方框輸入光功率/dBm圖7.4是EDFA商品的特性曲線，圖中顯示出增益、 嗓聲指數(shù)和輸出信號(hào)光功率與輸入信號(hào)光功率的關(guān)系。在泵浦光功率一定 的條件下，當(dāng)輸入信號(hào)光 功率較小時(shí)，放大器增益不 隨輸入信號(hào)光功率而變化， 基本上保持不變， 當(dāng)倍號(hào)光功率增加到- 定值一般為20dBm）后，增 益幵始隨信號(hào)光功率的增加 血卜'降，因此出現(xiàn)輸出信號(hào) 光功率達(dá)到飽和的現(xiàn)。卜我列出國外兒家公口 1EDFA |頂品的技術(shù)參瓠公卻名你 4MSg心出 龍 idDm*F1IRAS工帕長/inu茶績傳ifras/n»/mnrcTnbSif

8、hcFA； 033S10b 5iSW-lSW980AV>W-tacg 大)Ml C«3S166153(15W14B0o-«oSOAT8iT(«DIXL7WKJ3011.58皿"】5$0148CnotcX17MXQ351>.5gISAC-iSSOueo772040IS4.S1S3C-1SS314SC-400EFA20iy3515<4.0153C-1556#85一40 66«ilTEUB»；ErFAilW-1215tfW1CH-1S-<715521440Q4。ErFAH1818<71S5214800-40K1

9、2-ii4CT5窓承力ftn-154980CORNINGUK CATV功故164980065(«t>ttnttA2&*980gg24-304151O-18W9800$WE晳錢耳欽大n33-S<ICS415W-15I19B004S12:=iwnm lliilin 二小*出占* | =.二一“ r 亠 «*«»*«.r機(jī)架式EDFAEDFA的主要優(yōu)點(diǎn)有，工作波長正好落在光纖通信最佳波段（1500IMX） nm）： 其主體是一段光纖（EDF）,與傳輸光纖的耦合損耗很小，可達(dá) 0.1 dBc.增益高，約為3040 clB:飽和輸出光

10、功率人，約九 10-15 dBm：增益特性與比偏振狀態(tài)無關(guān)。噪聲指數(shù)小，一般為4-7 dB：用丁多信道傳輸時(shí)， 隔離度大，無未擾，適用于波分復(fù)用系統(tǒng)。典離人¥ aatwe.大功率EDFA, 55W C or L 帶超小型EDFA模塊50 x 30 x 8mm, C帶-二7.1.3摻餌光纖放大器的優(yōu)點(diǎn)和應(yīng)用、才曲典承人¥頻帶寬，&1550 nm窗I,頻帶寬度為2040 nm.可 進(jìn)行多信道傳輸，有利于增加傳輸容量°如果加1:131() nm摻錯(cuò)光纖放大器(PDFA),頻帯町以增 加一倍。所以“波分復(fù)用十光纖放大器”被認(rèn)為是充分利用光纖 帶寬增加傳輸容議最有效

11、的方法.1550 nm EDFA在各種光纖通信系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用, 并取得了良好效果。劃我波CATV系統(tǒng)，WDM或OFDM系統(tǒng)，相十光系統(tǒng)以及光孤子通信系纟充，都應(yīng)用了,并大幅度增加了傳輸距離。ftailaawiMAEDFA的應(yīng)用，歸納起來可以分為三種形式, 如圖7.5所示。 中繼放大器(LA； Line Amplifier)在光纖線路上每隔一定的距離設(shè)置一個(gè)光纖放大器,以延長干線網(wǎng)的傳輸距離)中繼放大器| LD |»|-Pd|圖75 (a)光纖放大器的應(yīng)用形式中堆放大器 ?前置放大器 ( PA ： Preamplifier 置于光接收機(jī)的前面， 放大非常微弱的光 信號(hào)，以改善接收靈敏度。作為前置 放大器，對(duì)噪聲要求非?？量獭?U 光纖 LD SC 圖