【网络技术与应用】光纤通讯系统，器件和网络.ppt

工作波长于光纤最小损耗窗口一致，在光纤通信中获得很好的应用。 能量转换效率高：激光工作物质集中在光纤芯子中的近轴部分，而信号光和泵浦光也是在光纤的近轴部分最强,使得光与物质的作用很充分。 增益高，噪声低，输出功率大。 增益特性稳定：EDFA增益对温度不敏感。 波长固定：铒离子能级间的能极差决定了EDFA的工作波长是固定的，只能放大1.55左右波长的光波。 增益带宽不平坦：EDFA的增益带宽约40nm，但增益带宽不平坦。在WDM光纤通信系统中需要采取特殊的手段来进行增益谱补偿。 在长途干线通信中，它可使光信号直接在光域进行放大而无须转换成电信号进行处理，代替了光---电---光中继，使成本降低，设备简化，维护运转方便。 用在WDM/DWDM干线系统的EDFA一般称为数字式光纤放大器。此类EDFA需增益均衡。 用在CATV中的EDFA称为模拟型光纤放大器，噪声系数是其重要指标。 外加磁场 外加磁场 固有磁光材料 磁光材料的光偏转角： l —材料厚度（毫米） H —磁场强度（奥斯忒） V—维尔德常数（度/奥斯忒·毫米） l VH = q 光隔离器的原理 外加磁场 外加磁场 450 起偏器 解偏器 偏振无关光隔离器的工艺结构 RR(450) FR (450) RR(450) FR (450) o e e e o o o e PBS RR(450) FR (450) e e o o RR(450) FR (450) o e o e 端口1 端口1 端口2 端口2 端口3 反射镜 偏振合波器 光环行器的原理 光环行器的应用 啁啾光栅 色散补偿 Tx Rx Rx Tx 单纤双向系统 波长间插器（Inter Leaver） 由于光放大器有限的带宽，增加波长数目的有效方法是减少波长间隔。 50GHz的WDM/WDDM尚不成熟，而100GHz的干涉滤光膜型WDM/WDDM已经非常成熟。通过波长间插是实现高密集波分复用的有效方法之一。 波长间插器的原理 ?1 ?2 … ?N ?1 ?3 … ?N-1 ?1 ?2 … ?N ?2 ?4 … ?N ?1 ?3 … ?N-1 ?1 ?2 … ?N ?2 ?4 … ?N ??=100GHz ??=50GHz 掺铒光纤放大器EDFA 掺铒光纤放大器原理图 输入信号 耦合器 980/1550nm WDM 泵浦光 掺铒光纤 输出信号 光隔离器 1.1.2稀土元素（镧系元素） 原子序数57—71：镧La、镨Pr、钕Nd、铒Er、镱Yd等。 当铒掺入至光纤后，被三重电离：二个外层（6s）和一个内层（4f）电子电离。光学特性主要取决于4f层（5s和5p层为饱和层） 掺杂光纤的特性（中心工作波长、带宽等）取决于掺入的杂质，而不是光纤本身。 980nm ??1?s ??10ms 1520?1560 nm 4I11/2 4I15/2 4I13/2 EDFA的能带结构和光放大原理 1480nm 泵浦源的选取 0.98mm和1.48mm为无激发态吸收的能带，因而是常用的两个泵浦波长。这两个波长的泵浦源都可用半导体激光器实现。 和1.48mm比较，0.98mm属于三能级系统。增益大，泵浦效率高，噪声小（可低至3dB）, 是目前光纤放大器的首选泵浦波长。 泵浦方式 同向泵浦优点：易于实现； 缺点：易饱和，噪声大。 反向泵浦优点：不易饱和；噪声较低。 双向泵浦优点：优点相结合，光均匀 分布，增益也较平稳。 EDFA的特性 EDFA的不足 实测的EDFA增益谱特性 1.53 1.54 1.55 1.56, ?(?m) 增益,dB 20 10 EDFA 输入光纤 输出光纤 EDFA在WDM系统中的应用 色散位移光纤（DSF,G.653）：将零色散波长移至1550?，曾认为是长距离传输的理想光纤。但在加载WDM时，发现光纤非线性（四波混频，FWM）引起信道间串扰，致使系统无法工作。 少量的色散有利于 FWM的抑制。今后将采用非零色散光纤(NZDF, G.655)。 对已铺设的常规光纤(G.652) ，采用色散补偿技术，克服色散的影响。 1.928 1.93 1.932 1.934 1.936 1.938 1.94 x 10 14 0 1 2 3 4 5 6 7 x 10 -13 w1=1.931e14; w2=1.931e14+1e11; w3=1.931e14+2.6e11; w5=1.931e14+3.4e11; L=50km 四波混频模拟结果,光纤长度50公里 DWDM光纤传输系统色散补偿 O M U X O D M U X OA 光发送 光发送 光发送 λ１ λ２ λΝ 光接收 光接收