第四章光波分復(fù)用與放大

1、光波分復(fù)用與放大光波分復(fù)用與放大 Optical Wavelength Division Multiplexing and amplying光纖通信系統(tǒng)分類以波形和幅度均不變的光脈沖（光孤子）方式實(shí)現(xiàn)光信號(hào)以波形和幅度均不變的光脈沖（光孤子）方式實(shí)現(xiàn)光信號(hào)傳輸，利用光放大補(bǔ)充能量?？蓪?shí)現(xiàn)無光傳輸，利用光放大補(bǔ)充能量?？蓪?shí)現(xiàn)無光/電變換的長(zhǎng)距電變換的長(zhǎng)距離傳輸離傳輸光孤子通信系統(tǒng)光孤子通信系統(tǒng)在同一根光纖上同時(shí)傳多個(gè)光載波信號(hào)，通信容量大在同一根光纖上同時(shí)傳多個(gè)光載波信號(hào)，通信容量大波分復(fù)用系統(tǒng)波分復(fù)用系統(tǒng)全部利用光器件實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)，如光交換和光放大全部利用光器件實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)，如光交換和光放大全光通

2、信通信系統(tǒng)全光通信通信系統(tǒng)傳輸模擬信號(hào)，適合短距離和模擬電視圖像信號(hào)傳輸傳輸模擬信號(hào)，適合短距離和模擬電視圖像信號(hào)傳輸光纖模擬通信系統(tǒng)光纖模擬通信系統(tǒng)石英多模光纖：傳輸容量大，一般在石英多模光纖：傳輸容量大，一般在140Mbit/s以上以上單模光纖通信系統(tǒng)單模光纖通信系統(tǒng)系統(tǒng)工作波長(zhǎng)為：系統(tǒng)工作波長(zhǎng)為：2m mm以上，中繼距離長(zhǎng)，以上，中繼距離長(zhǎng)，1000km以上以上超長(zhǎng)波長(zhǎng)光纖通信系統(tǒng)超長(zhǎng)波長(zhǎng)光纖通信系統(tǒng)系統(tǒng)工作波長(zhǎng)為：系統(tǒng)工作波長(zhǎng)為：1.01.6m mm，中繼距離長(zhǎng)，中繼距離長(zhǎng)，100km以上以上長(zhǎng)波長(zhǎng)光纖通信系統(tǒng)長(zhǎng)波長(zhǎng)光纖通信系統(tǒng)光接收機(jī)靈敏度高，中繼距離長(zhǎng)，通信容量大，設(shè)別復(fù)雜光接收機(jī)

3、靈敏度高，中繼距離長(zhǎng)，通信容量大，設(shè)別復(fù)雜外差相干光通信系統(tǒng)外差相干光通信系統(tǒng)其他傳輸數(shù)字信號(hào)，抗干擾能力強(qiáng)傳輸數(shù)字信號(hào)，抗干擾能力強(qiáng)光纖數(shù)字通信系統(tǒng)光纖數(shù)字通信系統(tǒng)傳輸信號(hào)形式石英多模光纖：傳輸容量小，一般在石英多模光纖：傳輸容量小，一般在140Mbit/s以下以下多模光纖通信系統(tǒng)多模光纖通信系統(tǒng)光纖特點(diǎn)劃分系統(tǒng)工作波長(zhǎng)為：系統(tǒng)工作波長(zhǎng)為：0.80.9m mm，中繼距離短，中繼距離短，10km以內(nèi)以內(nèi)短波長(zhǎng)光纖通信系統(tǒng)短波長(zhǎng)光纖通信系統(tǒng)按光波長(zhǎng)劃分特點(diǎn)特點(diǎn)類別類別WDMWDM技術(shù)原理技術(shù)原理 在模擬載波通信系統(tǒng)中，為了充分利用電纜的帶寬資源，提高系統(tǒng)的傳輸容量，通常利用頻分復(fù)用(FDM)的方

4、法，即在同一根電纜中同時(shí)傳輸若干個(gè)信道的信號(hào)，接收端根據(jù)各載波頻率的不同，利用帶通濾波器就可濾出每一個(gè)信道的信號(hào)。 同樣，在光纖通信系統(tǒng)中也可以采用光的頻分復(fù)用的方法來提高系統(tǒng)的傳輸容量，在接收端采用解復(fù)用器（等效于光帶通濾波器）將各信號(hào)光載波分開。由于在光的頻域上信號(hào)頻率差別比較大，人們更喜歡采用波長(zhǎng)來定義頻率上的差別，因而這樣的復(fù)用方法稱為波分復(fù)用。 所謂WDM技術(shù)就是為了充分利用單模光纖低損耗區(qū)帶來的巨大帶寬資源，根據(jù)每一信道光波的頻率（或波長(zhǎng)）不同可以將光纖的低損耗窗口劃分成若干個(gè)信道，把光波作為信號(hào)的載波，在發(fā)送端采用波分復(fù)用器（合波器）將不同規(guī)定波長(zhǎng)的信號(hào)光載波合并起來送入一根光纖

5、進(jìn)行傳輸。在接收端，再由一波分復(fù)用器（分波器）將這些不同波長(zhǎng)承載不同信號(hào)的光載波分開的復(fù)用方式。由于不同波長(zhǎng)的光載波信號(hào)可以看作互相獨(dú)立（不考慮光纖非線性時(shí)），從而在一根光纖中可實(shí)現(xiàn)多路光信號(hào)的復(fù)用傳輸。雙向傳輸?shù)膯栴}也很容易解決，只需將兩個(gè)方向的信號(hào)分別安排在不同波長(zhǎng)傳輸即可。根據(jù)波分復(fù)用器的不同，可以復(fù)用的波長(zhǎng)數(shù)也不同，從2個(gè)至幾十個(gè)不等，現(xiàn)在商用化的一般是16/40/80波長(zhǎng)系統(tǒng)，這取決于所允許的光載波波長(zhǎng)的間隔大小。 WDM本質(zhì)上是光域上的頻分復(fù)用FDM技術(shù)，每個(gè)波長(zhǎng)通路通過頻域的分割實(shí)現(xiàn)。每個(gè)波長(zhǎng)通路占用一段光纖的帶寬，與過去同軸電纜FDM技術(shù)不同的是：（1）傳輸媒質(zhì)不同，WDM系統(tǒng)

6、是光信號(hào)上的頻率分割，同軸系統(tǒng)是電信號(hào)上的頻率分割利用。（2）在每個(gè)通路上，同軸電纜系統(tǒng)傳輸?shù)氖悄M信號(hào)4kHz語音信號(hào)，而WDM系統(tǒng)目前每個(gè)波長(zhǎng)通路上是數(shù)字信號(hào)SDH 2.5Gbs或更高速率的數(shù)字系統(tǒng)。 DWDM長(zhǎng)途光纜系統(tǒng)中，波長(zhǎng)間隔較小的多路光信號(hào)可以共用EDFA光放大器。在兩個(gè)波分復(fù)用終端之間，采用一個(gè)EDFA代替多個(gè)傳統(tǒng)的電再生中繼器，同時(shí)放大多路光信號(hào)，延長(zhǎng)光傳輸距離。在DWDM系統(tǒng)中，EDFA光放大器和普通的光電光再生中繼器將共同存在，EDFA用來補(bǔ)償光纖的損耗，而常規(guī)的光電光再生中繼器用來補(bǔ)償色散、噪聲積累帶來的信號(hào)失真。 現(xiàn)在，人們都喜歡用現(xiàn)在，人們都喜歡用WDM來稱呼來稱呼

7、DWDM系統(tǒng)。系統(tǒng)。從本質(zhì)上講，從本質(zhì)上講，DWDM只是只是WDM的一種形式，的一種形式，WDM更具有普遍性，更具有普遍性，DWDM缺乏明確和準(zhǔn)確的缺乏明確和準(zhǔn)確的定義，而且隨著技術(shù)的發(fā)展，原來認(rèn)為所謂密集的波長(zhǎng)間隔，在技術(shù)實(shí)現(xiàn)定義，而且隨著技術(shù)的發(fā)展，原來認(rèn)為所謂密集的波長(zhǎng)間隔，在技術(shù)實(shí)現(xiàn)上也越來越容易，已經(jīng)變得不那么上也越來越容易，已經(jīng)變得不那么“密集密集”了。一般情況下，如果不特指了。一般情況下，如果不特指1310nm1550nm的兩波分的兩波分WDM系統(tǒng)，人們談?wù)摰南到y(tǒng)，人們談?wù)摰腤DM系統(tǒng)就是系統(tǒng)就是DWDM系統(tǒng)。系統(tǒng)。 光波分復(fù)用技術(shù) *光纖的低損耗窗口吸收譜 光波分復(fù)用技術(shù) *波

8、分復(fù)用的常規(guī)分類 1) 光頻分復(fù)用(OFDM)：光頻(信)道間距很小的頻分復(fù)用 2) 密集波分復(fù)用(DWDM):光頻(信)道間距小于10nm的波分復(fù)用， D:Dense (密集) 3) 粗波分復(fù)用(CWDM)：光頻(信)道間距大于10nm 的波分復(fù)用, C: Coarse (粗)，也稱稀疏波分復(fù)用 * DWDM(1550波段)的標(biāo)準(zhǔn)信道間距 1.6nm, 0.8nm, 0.4nm (200GHz, 100GHz, 50GHz)WDM系統(tǒng)的基本形式系統(tǒng)的基本形式WDM系統(tǒng)的基本構(gòu)成主要有以下三種形式： 雙纖單向傳輸 單纖雙向傳輸 含OADM的傳輸1 雙纖單向傳輸一根光纖上只完成一個(gè)方向光信號(hào)的傳

9、輸，反向光信號(hào)的傳輸由另一根光纖來完成。優(yōu)點(diǎn)：同一波長(zhǎng)可以在兩個(gè)方向上重復(fù)利用缺點(diǎn)：光纖以及光器件資源利用率不高光發(fā)射機(jī)光發(fā)射機(jī)l l1 1光發(fā)射機(jī)光發(fā)射機(jī)l ln光接收機(jī)光接收機(jī)l l1 1光接收機(jī)光接收機(jī)l ln光接收機(jī)光接收機(jī)l l1光接收機(jī)光接收機(jī)l ln光發(fā)射機(jī)光發(fā)射機(jī)l l1 1光發(fā)射機(jī)光發(fā)射機(jī)l ln1N1NN+12NN+12Nl1lNl1lN光發(fā)射機(jī)光發(fā)射機(jī)l l1 1光發(fā)射機(jī)光發(fā)射機(jī)l lN光接收機(jī)光接收機(jī)l lN+1+1光接收機(jī)光接收機(jī)l l2N光接收機(jī)光接收機(jī)l l1 1光接收機(jī)光接收機(jī)l lN光發(fā)射機(jī)光發(fā)射機(jī)l lN+1+1光發(fā)射機(jī)光發(fā)射機(jī)l l2Nl1lNlN+1l2

10、N2 雙纖單向傳輸一根光纖上完成兩個(gè)方向光信號(hào)的同時(shí)傳輸，兩個(gè)方向光信號(hào)安排在不同的波長(zhǎng)上。優(yōu)點(diǎn)：節(jié)約成本缺點(diǎn)：需要解決光反射產(chǎn)生的多徑干擾；需要進(jìn)行光放大，以延長(zhǎng)傳輸距離等。3 含OADM的傳輸通過光分/插復(fù)用器（OADM）可以實(shí)現(xiàn)各波長(zhǎng)光信號(hào)在中間站的分出與插入，即完成上/下光路。利用這種方式可以實(shí)現(xiàn)WDM系統(tǒng)的環(huán)形組網(wǎng)。OADMOADMOADMOADMl1l1l2l2l1lNl1lNl1lNDWDM技術(shù)的主要特點(diǎn)技術(shù)的主要特點(diǎn) 可以充分利用光纖的巨大帶寬資源，使一根光纖的傳輸容量比單波長(zhǎng)傳輸增加幾倍至幾十倍。 使N個(gè)波長(zhǎng)復(fù)用起來在單模光纖中傳輸，在大容量長(zhǎng)途傳輸時(shí)可以大量節(jié)約光纖。另外，

11、對(duì)于早期安裝的芯數(shù)不多的電纜，芯數(shù)較少，利用波分復(fù)用不必對(duì)原有系統(tǒng)作較大的改動(dòng)即可比較方便地進(jìn)行擴(kuò)容。 由于同一光纖中傳輸?shù)男盘?hào)波長(zhǎng)彼此獨(dú)立，因而可以傳輸特性完全不同的信號(hào)，完成各種電信業(yè)務(wù)信號(hào)的綜合和分離，包括數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)，以及PDH信號(hào)和SDH信號(hào)的綜合與分離。 波分復(fù)用通道對(duì)數(shù)據(jù)格式是透明的，即與信號(hào)速率及電調(diào)制方式無關(guān)。一個(gè)WDM系統(tǒng)可以承載多種格式的“業(yè)務(wù)”信號(hào)，ATM、IP或者將來有可能出現(xiàn)的信號(hào)。WDM系統(tǒng)完成的是透明傳輸，對(duì)于“業(yè)務(wù)”層信號(hào)來說，WDM的每個(gè)波長(zhǎng)就像“虛擬”的光纖一樣。在網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)充和發(fā)展中，是理想的擴(kuò)容手段，也是引入寬帶新業(yè)務(wù)（例如CATV、HDTV和B-I

12、SDN等）的方便手段，增加一個(gè)附加波長(zhǎng)即可引入任意想要的新業(yè)務(wù)或新容量。利用WDM技術(shù)選路來實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)交換和恢復(fù)，從而可能實(shí)現(xiàn)未來透明的、具有高度生存性的光網(wǎng)絡(luò)。在國(guó)家骨干網(wǎng)的傳輸時(shí)，EDFA的應(yīng)用可以大大減少長(zhǎng)途干線系統(tǒng)SDH中繼器的數(shù)目，從而減少成本。距離越長(zhǎng)，節(jié)省成本就越多。WDM系統(tǒng)的組成網(wǎng)元系統(tǒng)的組成網(wǎng)元WDM的網(wǎng)元組成OTU 1OTU 1光合波器光合波器BAOTU NOTU N光分波器光分波器LAPA光監(jiān)控信道發(fā)送器光監(jiān)控信道接收/發(fā)送光監(jiān)控信道接收器網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)光發(fā)射機(jī)光中繼放大光接收機(jī)lslslsls1 激光器激光器過去SDH系統(tǒng)工作波長(zhǎng)是在一個(gè)很寬的區(qū)域內(nèi)，而WDM系統(tǒng)的最重要

13、特點(diǎn)是每個(gè)系統(tǒng)采用不同的波長(zhǎng)，一般波長(zhǎng)問隔為100GHz或200GHz，這對(duì)激光器提出了較高要求。除了準(zhǔn)確的工作波長(zhǎng)外，在整個(gè)壽命期間波長(zhǎng)偏移量都應(yīng)在一定的范圍之內(nèi)，以避免不同的波長(zhǎng)相互干擾。即激光器必須工作在標(biāo)準(zhǔn)波長(zhǎng)、且具有很好的穩(wěn)定性。另一方面，由于采用了光放大器，WDM系統(tǒng)的無再生中繼距離大大延長(zhǎng)。SDH系統(tǒng)再生距離一般在5060km，由再生器進(jìn)行整形、定時(shí)和再生，恢復(fù)成數(shù)字信號(hào)繼續(xù)傳輸。而WDM系統(tǒng)中，每隔80km有一個(gè)EDFA，只進(jìn)行放大，沒有整形和定時(shí)功能，不能有效去除因線路色散和反射等帶來的不利影響，系統(tǒng)經(jīng)500600km傳輸后才進(jìn)行光電再生，因而要求光源的色散受限距離大大延長(zhǎng)。

14、由過去的5060km提高到600km以上，這對(duì)光源的要求大大提高。總體上，應(yīng)用在WDM系統(tǒng)上的光源有2個(gè)突出特點(diǎn)：（1）比較大的色散容納值。（2）標(biāo)準(zhǔn)而穩(wěn)定的波長(zhǎng)。2 波分復(fù)用器件波分復(fù)用器件 波分復(fù)用器件是波分復(fù)用系統(tǒng)的重要組成部分，將不同光源波長(zhǎng)的信號(hào)結(jié)合在一起經(jīng)一根傳輸光纖輸出的器件稱為合波器，反之，經(jīng)同一傳輸光纖送來的多波長(zhǎng)信號(hào)分解為個(gè)別波長(zhǎng)分別輸出的器件稱分波器。 有時(shí)同一器件既可作分波器，又可以作合波器。 l1lNl1lN合波器分波器 WDM器件有多種制造方法，目前已廣泛商用的WDM器件可以分為4類，即熔錐型波分復(fù)用器、干涉濾波器、角色散器件和陣列波導(dǎo)型波分復(fù)用器。 熔錐型波分復(fù)用

15、器 熔拉雙錐（熔錐）型光纖耦合器，即將多根光纖在熱熔融條件下拉成錐形，并稍加扭曲，使其熔融在一起。由于不同光纖的纖芯十分靠近，因而可以通過錐形區(qū)的消失波耦合達(dá)到所需要的耦合功率。熔錐型WDM器件制造簡(jiǎn)單，更易于批量生產(chǎn)，因而應(yīng)用更廣泛。 熔錐型WDM器件的特點(diǎn)是插入損耗低（最大值5dB，典型0.2dB），無需波長(zhǎng)選擇器件，此外還具有較好的光通路帶寬通路間隔比和溫度穩(wěn)定性，不足之處是尺寸稍大，復(fù)用波長(zhǎng)數(shù)少，隔離度較差（20dB左右），一般不用在目前的密集波分復(fù)用系統(tǒng)中。 干涉膜濾波器型光合波分波器 在初期的WDM系統(tǒng)中，由于波道數(shù)少，多采用干涉膜濾波器作為光合波分波器。但要分離間隔為1nm左右的

16、波長(zhǎng)較為困難。后來通過收進(jìn)制膜方法，制成了可以分離間隔為1nm的波長(zhǎng)的濾波器。目前WDM傳輸技術(shù)發(fā)展得非常迅速，要求分離的波長(zhǎng)的波道間隔越來越窄，所以還需要進(jìn)一步改進(jìn)制膜方法。另外，干涉膜濾波器是采用串聯(lián)分波的，波道間的損耗偏差較大，這也是需要改進(jìn)的。 光柵型波分復(fù)用器 一種是由光纖陣列、透鏡和光柵構(gòu)成的光合波分波器。 基本原理：多個(gè)波長(zhǎng)的光束入射衍射光柵時(shí)，每個(gè)波長(zhǎng)分量朝著空間內(nèi)不同的點(diǎn)衍射，從而可以實(shí)現(xiàn) 光合波分波的作用。 光纖透鏡衍射光柵l1l2lNl1+l2+lN 陣列波導(dǎo)型波分復(fù)用器 陣列波導(dǎo)光柵(AWG，Array Waveguide Grating)的概念是荷蘭Delft 大學(xué)的

17、Smit 在1988 年提出來的。AWG 可實(shí)現(xiàn)數(shù)十個(gè)乃至上百個(gè)波長(zhǎng)的復(fù)用與解復(fù)用利用。 AWG基礎(chǔ)：干涉測(cè)量技術(shù)的原理。在光纖輸入端上的多個(gè)波長(zhǎng)進(jìn)入與波導(dǎo)陣列相耦合的空腔S1。每個(gè)波導(dǎo)的光學(xué)長(zhǎng)度不一樣使得在與光纖陣列耦合的空腔S2中與波長(zhǎng)相關(guān)的相位延時(shí)不同。每個(gè)波長(zhǎng)的相位差使干涉的結(jié)果會(huì)在某根光纖上得到的某個(gè)波長(zhǎng)的最大貢獻(xiàn)。 用扇形波導(dǎo)代替光纖陣列更利用集成。l1+l2+lNl1l2lN波導(dǎo)陣列光纖陣列光纖S1S23 光放大器光放大器 為什么需要放大器 由于長(zhǎng)距離的傳輸，信號(hào)的光功率電平必須周期性地調(diào)整。光放大器是重建被衰落的光信號(hào)，從而擴(kuò)展數(shù)據(jù)源和目的地之間有效的光纖長(zhǎng)度的關(guān)鍵器件。放大器

18、的主要特征：增益、增益效益、增益帶寬、增益飽和、偏振靈敏度和噪聲等。增益是輸出功率對(duì)輸入功率的比值增益效率是增益對(duì)輸入功率的函數(shù)帶寬是頻率的函數(shù)，增益帶寬是放大器有效的頻率范圍增益飽和是盡管輸入功率增加但輸出功率不再增加噪聲是放大器固有的特征偏振靈敏度是光放大器的增益與信號(hào)偏振的依賴關(guān)系 在光通信網(wǎng)絡(luò)中，有兩種不同的放大方式： 再生器和光放大器 再生器 再生器：接收（以高比特率）調(diào)制的光信號(hào)，將它轉(zhuǎn)換為同樣比特率的電信號(hào)，將電信號(hào)放大，再將該電信號(hào)變換回同樣調(diào)制和同一比特速率的光信號(hào)。 再生器組成：光接收器、電放大器、光發(fā)送器等三部分再生器的附加功能：定時(shí)、差錯(cuò)恢復(fù)、脈沖整形等 再生器分類：1

19、R放大器 2R具有放大和整形功能 3R有放大、整形和定時(shí)恢復(fù)功能 再生器放大單個(gè)波長(zhǎng)并保持其強(qiáng)度。在多波長(zhǎng)系統(tǒng)，需要相等數(shù)量的再生器。因此，可以認(rèn)為在具有幾個(gè)再生器（典型地，每隔40km一個(gè)）的光鏈路中多波長(zhǎng)光纖系統(tǒng)的維護(hù)成本是很大的。 光 / 電電 / 光放大器放大器光接收機(jī)光發(fā)送機(jī)光的范圍光的范圍電的范圍 光放大器 光放大器（OA）是基于通常的激光器原理的一種器件。它接收一個(gè)或多個(gè)每個(gè)均處于窗口光頻內(nèi)的光信號(hào)，同時(shí)放大所有的信號(hào)。這在多波長(zhǎng)光通信系統(tǒng)中比再生器有更大的優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)橐粋€(gè)器件代替了許多器件。OA是1R放大器，即它只直接地放大光信號(hào)。 OA有兩種：半導(dǎo)體激光器型放大器（SOA） 光

20、纖型放大器（例如，摻鉺光纖EDFA、摻鉺光纖鐠PDFA）AR：防反射包層ARAROA微弱信號(hào)輸入放大的信號(hào)輸出光纖光纖電流泵 光纖放大器_EDFA原理EDFA(Erbium doped fiber amplifier)工作原理v摻鉺光纖能級(jí)圖 光纖放大器_EDFA原理 *摻鉺光纖吸收譜吸收譜1480980820540670基態(tài)能級(jí)亞穩(wěn)態(tài) 光纖放大器_EDFA原理 *鉺離子在1550nm附近的吸收和熒光譜 摻鉺光纖放大器的構(gòu)成和特性 v 摻鉺光纖放大器的構(gòu)成 *基本構(gòu)成：由摻鉺光纖、泵浦源、波分復(fù)用器、隔離器等組成 光纖放大器_EDFA原理Input1480 or 980 nm Pump Las

21、erErbium Doped FiberOutputIsolatorCoupler 光纖放大器_EDFA原理v 光纖放大器原理圖、外形圖及其構(gòu)成方框圖 光纖放大器_EDFA原理 *摻鉺光纖放大器結(jié)構(gòu)的類型s 單級(jí)放大器 同向泵浦、反向泵浦、雙向泵浦s 多級(jí)放大器 前向-后向泵浦 前向-前向泵浦 后向-后向泵浦 后向-前向泵浦 光纖放大器_EDFA原理 單級(jí)放大器 同向泵浦反向泵浦雙向泵浦 光纖放大器_EDFA原理 多級(jí)放大器 前向-后向 前向-前向 后向-后向 后向-前向 光纖放大器_EDFA原理v摻鉺光纖放大器的特性 *摻鉺光纖放大器的基本參數(shù) 工作波段 增益（G） 增益效率（g） 增益效率

22、（PCE） 噪聲系數(shù)NF（NF） )lg(10insignaloutsignalPPG)/(PGtggPinSoutSPPPPCE/ )(outinSNRSNRNF)/()( 光纖放大器_EDFA原理 * 摻鉺光纖放大器技術(shù)參數(shù)公司型號(hào)光增益(dB)最大輸出功率(dBm)噪聲指數(shù)(dB)工作波長(zhǎng)(nm)泵浦波長(zhǎng)(nm)工作溫度(oC)工作帶寬(nm)TSIncFA102FA106283810164.561530156098014800600603030AT&T1706J1706Q303511.515.5881540156014801480-540-5402020BT&DEFA200EFA201

23、403515154.53510-15187715521552148014800400403030Corning單泵功放雙泵功放12-1315-1644980065065 光纖放大器_EDFA原理摻鉺光纖放大器的優(yōu)點(diǎn)和應(yīng)用v摻鉺光纖放大器的優(yōu)點(diǎn)： 1) 工作波長(zhǎng)位于光纖通信的最佳波段 (15001600nm) 2) 增益高;飽和輸出功率大 3) 噪聲系數(shù)小;用于多信道時(shí),串?dāng)_小，適用于波分復(fù)用系統(tǒng) 4) 頻帶寬 40-80 kmTerminalRegenerator - 3R (Reamplify, Reshape and Retime)Terminal120 kmTerminalTermina

24、lEDFA - 1R (Reamplify)TerminalEDFA amplifies all l lTerminalTerminalTerminalTerminalTerminal EDFA放大器一個(gè)典型的EDFA放大器由摻鉺光纖EDFA、泵浦源和波分復(fù)用器組成。 摻鉺光纖EDFA。 EDFA是一段用稀土元素鉺高濃度摻雜的幾米長(zhǎng)的光纖，提供提供放大。 EDFA是利用激光泵浦石英光纖中摻鉺離子（E3+）的受激輻射來實(shí)現(xiàn)對(duì)1550nm波段光信號(hào)的放大。由于光放大器有很寬頻帶一般在1530nm1565nm，這給采用EDFA的光系統(tǒng)提供了“透明”特性，放大與信號(hào)碼率和信號(hào)格式無關(guān)，而且能把各波長(zhǎng)信

25、號(hào)光同時(shí)放大。 泵浦源提供足夠強(qiáng)的泵浦功率。泵浦源有兩種，即980nm和1480nm。 980nm泵浦源可以保持較低的噪聲系數(shù)，而1480nm泵浦源有著更高的泵浦效率，可以獲得較大的輸出功率（相對(duì)于980nm，大3dB左右）。 在實(shí)際的線路放大器應(yīng)用中，對(duì)于8路WDM系統(tǒng)，大多采用980nm，這是因?yàn)镚.652光纖的WDM系統(tǒng)主要是色散受限，而非損耗受限，因而采用1480nm會(huì)增大系統(tǒng)功率衰耗，提高EDFA的輸出功率并沒必要；采用980nm獲得最佳的噪聲系數(shù)反而有利干系統(tǒng)性能。 但是對(duì)于16路以上的WDM系統(tǒng)，則采用了1480nm的泵浦源。這是由于較大的分路比減少了可用功率范圍，必須采用功率更

26、大的泵浦源。 也有的公司采用了兩級(jí)泵浦，一級(jí)采用980nm，一級(jí)采用1480nm泵浦源。既改善了噪聲系數(shù)，又增大了輸出功率。 波分復(fù)用器將信號(hào)與泵浦光混合。EDFA的應(yīng)用 基本形式 光放大器有4種應(yīng)用： 發(fā)送側(cè)波分復(fù)用器之后放大信號(hào)的光放大器：功率放大（Booster Amplifer) 線路上的光放大器：線路放大(Line Amplifer) 接收側(cè)解復(fù)用器之前的光放大器：前置放大(Preamplifer) 用于光纖局域網(wǎng)絡(luò)中作為分配補(bǔ)償放大器，以便增加節(jié)點(diǎn)數(shù)目：LAN放大TXRXEDFAEDFATXRXEDFAEDFAEDFAEDFATXRXEDFAEDFATXRXEDFAEDFA DWD

27、M中的EDFA為了確保WDM系統(tǒng)的傳輸質(zhì)量，WDM中使用的EDFA應(yīng)具有足夠的帶寬、平坦的增益、低噪聲系數(shù)和高輸出功率。特別是增益平坦度，這是WDM傳輸系統(tǒng)對(duì)EDFA的一個(gè)特殊要求。另一方面，應(yīng)用于WDM系統(tǒng)的光纖放大器較之單信道系統(tǒng)中的光纖放大器要求具有更寬的帶寬。增益帶寬：原則上講，在石英光纖的兩個(gè)低衰耗窗口都可以進(jìn)行波分復(fù)用。但目前成熟的OA只適應(yīng)于1550nm波段，其相應(yīng)OA的可用增益頻譜范圍為15301565nm。2040nm增益帶寬可以滿足432信道的WDM系統(tǒng)。增益平坦：EDFA的增益平坦度是指在整個(gè)可用的增益通帶內(nèi)，最大增益波長(zhǎng)點(diǎn)和最小增益波長(zhǎng)點(diǎn)的增益之差。 克服EDFA增益不

28、平坦的措施： 選用EDFA增益平坦的區(qū)域 增益均衡技術(shù)4 光轉(zhuǎn)發(fā)器（OTU，Optical Transponder Unit） 對(duì)于開放式波分復(fù)用系統(tǒng)而言，在發(fā)送端必須設(shè)有光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)發(fā)器（OTU),其主要作用是在不改變光信號(hào)的數(shù)據(jù)格式的情形下（例如：SDH幀結(jié)構(gòu)），將光波長(zhǎng)按照一定的要求重新轉(zhuǎn)換，以滿足WDM系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。 這里所謂的“開放式”是指在同一個(gè)WDM系統(tǒng)中，可以接入不同廠商的SDH系統(tǒng)，將非規(guī)范的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)波長(zhǎng)。 OTU對(duì)輸入信號(hào)波長(zhǎng)沒有特殊的要求，可以兼容任意廠家的SDH信號(hào)。OTU的輸出端滿足G.692的光接口標(biāo)準(zhǔn)，即標(biāo)準(zhǔn)的光波長(zhǎng)和滿足長(zhǎng)距離傳輸?shù)墓庠础?具有OT的WDM系

29、統(tǒng)，不再要求SDH具有G.692的標(biāo)準(zhǔn)，可以繼續(xù)使用含有G.957接口的SDH設(shè)備，接納過去的SDH系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)不同廠家SDH系統(tǒng)工作在一個(gè)WDM系統(tǒng)內(nèi)。SDHOTUSDHOTU光合波器光合波器EDFA光分波器光分波器SDHOTUSDHOTUG.957G.957G.957G.957G.692G.692G.692G.692開放式開放式DWDM系統(tǒng)系統(tǒng)SDHSDH光合波器光合波器EDFA光分波器光分波器SDHSDHG.692G.692G.692G.692集成式集成式DWDM系統(tǒng)系統(tǒng) 在現(xiàn)已有的商用產(chǎn)品中，目前使用的OUT依然是光/電/光(O/E/O)的變換方式：先用光電二極管PIN或APD將接收到的

30、光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，經(jīng)過3R后，產(chǎn)生再生的電信號(hào)，再用該電信號(hào)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)波長(zhǎng)的激光器重新進(jìn)行調(diào)制，從而 得到新的合乎要求的標(biāo)準(zhǔn)光波長(zhǎng)信號(hào)。 基于O/O的全光波長(zhǎng)變換器(OWC)目前沒有商用。O/EE/O3R光輸入光輸出OTUWDM Is an emerging technology that represents a great opportunity for bandwidth expansion A as an “optical funnel” onto one fiber using different colors of light (l(ls) for each signal Provi

31、des low flexibility in traffic management Is not stringent on format and rate of inputData Channel 2Data Channel 3Data Channel nData Channel 1OpticalFiber ITU-T的標(biāo)稱中心波長(zhǎng) ITU-T建議在C波段從1528.77nm開始并以50GHz/100GHz/200GHz的倍數(shù)遞增形成通路（波長(zhǎng)）。 第1個(gè)中心頻率為1528.77nm(196.10THz) 第2個(gè)中心頻率為1529.16nm(196.05THz) . 第81個(gè)中心頻率為1560

32、.61nm(192.10THz)Dense WDM Wavelength PlanITU-TwavelengthgridD-WDMWavelengths196.11528.77195.91530.33195.71531.90195.51533.47195.11536.61194.91538.19194.71539.77194.51541.30194.31542.90194.11544.50193.91546.10193.71547.72193.51549.32193.31550.92193.11552.52192.91554.13192.71555.75192.51557.36192.3155

33、8.98192.11560.60(THz) (nm)195.31535.04BLUE BANDRED BANDChannel spacingEXTENDED BANDFuture: extended L band (1560 to 1600nm) could more than double the existing window!4-l dense-WDM cost modelLTELTELTELTELTELTELTELTETraditional Network with repeaters, no WDMWDM with regensWDM with optical amplifiers7

34、5% less equipment75% fewer fibersLTELTELTELTELTELTELTELTELTELTELTELTELTELTELTELTE50% less amp & fiberLTELTELTELTELTELTELTELTEWDM - bi-directional operation光通道層光通道層光復(fù)用層光復(fù)用層光傳輸層光傳輸層低階通道層低階通道層高階通道層高階通道層復(fù)用段層復(fù)用段層再生段層再生段層Higher LayersSDHOptical Layer光通道層：為各種業(yè)務(wù)提供段到段的透明傳送，主要功能包括：為網(wǎng)絡(luò)路由提供靈活的光通道層連接重排；具有確保光通道層適配信息完整性的光通道開銷處理能力；具有確保網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)與管理功能得以實(shí)現(xiàn)的光通道層監(jiān)測(cè)能力。光復(fù)用層：可為多波長(zhǎng)光信號(hào)提供聯(lián)網(wǎng)功能，包括：確保光復(fù)用層適配信息完整性的光