光放大器基本知識(shí)簡(jiǎn)介課件

1、2021-10-201研發(fā)六部2021-10-202l一些通用的概念 l光放大器的價(jià)值應(yīng)用分類lEDFA相關(guān)基本概念和基本特性和發(fā)展歷程 lRaman 放大器基本概念和基本特性 l我們公司的現(xiàn)有EDFA產(chǎn)品l生產(chǎn)能力l光放產(chǎn)品之市場(chǎng)情況l光放產(chǎn)品之器件電路l總結(jié) 推薦閱讀2021-10-203ldB，dBm 工程上，很多數(shù)值的變化范圍都和很大，從幾十倍到幾十萬(wàn)倍都有。采用分貝單位的計(jì)數(shù)方法簡(jiǎn)化了計(jì)算和記錄。 RdB=10 log10 Rabsolute R=Ratio 3dB=0.5 引申的功率單位的對(duì)數(shù)表示如下： P=power 3dBm=0.5mW)1(log1010mWPPmWdBm20

2、21-10-204dB和dBm轉(zhuǎn)換舉例：RelativeAbsolutedB% lossdBmmW12130100023720100350101046032568011090-30.51596.8-100.12099-200.012021-10-205lS/C/L-Band S-band: short-band,14301510nm C-band:conventional-band,15281562nm L-band:long-band:15701605nmlEDFA: erbium-doped fiber amplifierlSOA：semiconductor optical amplifi

3、erlMetro/long-haul system Metro system 一般指城域網(wǎng) Long-haul system 一般指干線網(wǎng)lDWDM：dense wavelength division multiplexing 密集波分復(fù)用2021-10-206l在光通信系統(tǒng)的物理層，可歸納成： 發(fā)射傳輸接收l(shuí)在長(zhǎng)距離傳輸（幾百公里以上）的階段，必須進(jìn)行信號(hào)的放大和再生，才能保證接收端的誤碼率的要求l這時(shí)，需要兩種東西：Repeaters 和Amplifiers。 2021-10-207lRepeaters: 執(zhí)行 光-電-光的轉(zhuǎn)換，重新生成光信號(hào) 優(yōu)點(diǎn)：光信號(hào)經(jīng)過(guò)3R（regeneratio

4、n,retiming,reshaping）， 信號(hào)質(zhì)量高。 缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高。lAmplifiers:放大過(guò)程不需要進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，在光域 內(nèi)完成 優(yōu)點(diǎn)：對(duì)不同的碼率和格式透明，成本相對(duì)低廉，結(jié)構(gòu)相對(duì) 簡(jiǎn)單 缺點(diǎn)：會(huì)劣化信號(hào)，500800km后仍需要repeaters來(lái)重生。2021-10-208l光放的簡(jiǎn)單應(yīng)用 功率放大器 Booster/power amplification 中繼 In-line amplification 預(yù)放（也叫前放）Pre-amplification 2021-10-209l光放的簡(jiǎn)單分類 按使用位置：功率放大器, 中繼（在線）放大器, 前置放大器 按放大介質(zhì)

5、：摻鉺光纖放大器, 喇曼放大器, 布里淵放大器， 半導(dǎo)體光放大器, 線性光放大器 因?yàn)閾姐s光纖放大器使用最廣，一般我們提到的光放多半是指摻鉺光纖放大器 2021-10-2010l光放大器為光通信系統(tǒng)提供了一種好用、可靠、便宜的光傳輸?shù)姆糯蟆⒅欣^方式，降低了系統(tǒng)的成本，提高了系統(tǒng)的性能，極大推動(dòng)了光通信的發(fā)展2021-10-2011l光放大器最重要的兩個(gè)參數(shù)：增益、噪聲、平坦度（多信道） 增益 比如：輸入功率0.1mW，輸出功率50mW，增益為500倍， 用對(duì)數(shù)表示為輸入功率10dBm，輸出功率17dBm， 增益27dB)()(mWPmWPGaininout)()()(dBmPdBmPdBGai

6、ninout2021-10-2012 噪聲 一般用噪聲系數(shù)（Noise figure）來(lái)表示： 一般來(lái)講，噪聲系數(shù)定義為 NFSNRin/SNRout 平坦度（Gain flatness）：多信道應(yīng)用中最大增益波長(zhǎng)的增益和最小增益波長(zhǎng)的增益的差Gain flatnessGainmaxGainmin ) 1(GainhvBPNFASE2021-10-2013l所用關(guān)鍵器件：980nm or 1480nm半導(dǎo)體激光器、摻鉺光纖l通過(guò)摻鉺光纖，把980nm or 1480nm的泵浦激光轉(zhuǎn)換成和輸入信號(hào)的波長(zhǎng)、振幅都相同的信號(hào)光。lEDFA設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，就是搭配好鉺纖和泵浦光的參數(shù)，使其達(dá)到我們需要的性

7、能指標(biāo)2021-10-2014l1.要想有正增益，泵浦光功率需大于一個(gè)值l2.不同長(zhǎng)度的鉺纖，在相同泵浦光下，達(dá)到的 增益值不同2021-10-20151.相同泵浦功率下，不同的鉺纖長(zhǎng)度，最大增益有個(gè)峰值2.可據(jù)此通過(guò)調(diào)整泵浦功率和鉺纖長(zhǎng)度來(lái)調(diào)整EDFA到我們需要的工作點(diǎn)2021-10-2016EDFA的噪聲系數(shù)極限為3dB。一般為4.06.0dBEDFA的噪聲系數(shù)和泵浦功率、鉺纖長(zhǎng)度有密切關(guān)系在輸入功率不變的情況下，鉺纖越長(zhǎng)，噪聲越大泵浦功率越小，噪聲越大2021-10-2017l對(duì)于多信道DWDM的應(yīng)用，以上的平坦度約5dB，不符合要求153015351540154515501555156

8、025303540 GainWavelength Average of Pin=-16dBm&pIN=-20dBm Gain at 36dB,EDF=14.5m+12m2021-10-2018以上為一個(gè)實(shí)際EDFA的增益譜和噪聲譜。其平坦度為0.7dB，噪聲為4.24.7dB之間l對(duì)于多信道應(yīng)用的EDFA，其平坦度要求為小于1dB，我們一般可以做到小于0.5dB，噪聲小于4.5dB1530 1535 1540 1545 1550 1555 15601618202224262830 Gain(dB)Wavelength(nm) Gain Profile1530 1535 1540 1545 15

9、50 1555 15603.03.23.43.63.84.04.24.44.64.85.0 Noise FigureWavelength(nm) Noise Figure Profile2021-10-2019l六十年代初，對(duì)摻稀土元素的光纖的光譜特性的研究l19851986年間，Southampton大學(xué)Payne等人用MCVD方法制成鉺離子摻雜的光纖，1987年，他們用650nm的泵浦光實(shí)現(xiàn)了28dB的1550nm小信號(hào)增益l1987年，Bell labs的desurvire等人用514nm的泵浦光實(shí)現(xiàn)22.4dB的小信號(hào)增益l1989年，使用1480nm的泵浦光實(shí)現(xiàn)了37dB的小信號(hào)增益

10、l1991年，Giles &Desurvire在IEEE雜志Journal of lightwave technology發(fā)表invited paper：Modeling erbium-doped fiber amplifier，成為EDFA的理論分析基礎(chǔ)l1993年以后，EDFA開(kāi)始大規(guī)模的商業(yè)應(yīng)用2021-10-2020lRaman光纖放大器是非線形光纖光學(xué)的重要應(yīng)用。，石英光纖具有很寬的受激Raman散射(SRS)增益譜，并在13.2THz附近有一較寬的的主峰。如果一個(gè)弱信號(hào)與一強(qiáng)泵浦光波同時(shí)在光纖中傳輸，并使弱信號(hào)置于泵浦光的Raman增益帶寬內(nèi)，弱信號(hào)即可得到放大?；赟RS效應(yīng)的放

11、大器就是Raman 光纖放大器。 2021-10-202105101520250.21.42.63.856.27.48.69.81112.213.414.615.81718.219.4頻率差（THz）Gain(dB)2021-10-20221、CATV系統(tǒng)用EDFAl模塊式和機(jī)架式l應(yīng)用：Booster/In-line/Pre EDFA2021-10-2023ParameterUnitConditionsValueWavelengthnm15301560Input PowerdBm010Output PowerdBmPin=6dBm1323NFdBPin=6dBm6.0 980nm 6.5 1

12、480nmReturn Loss(in and out)dB55Communication InterfaceRS-232 or RS485Supply Consumption15W Output Power19dBm；35W 19dBm Output Power23dBm2021-10-20242、DWDM系統(tǒng)用EDFA 模塊l分純光模塊、帶電模塊l應(yīng)用：Booster/In-line/Pre EDFA2021-10-2025ParameterUnitConditionsValueWavelengthnm15291561Total Input PowerdBm-300Total Output

13、 PowerdBm21GaindB1535Gain FlatnessdB-565 1.5NFdBPin0dBm5.5Communication InterfaceRS-232Consumption35WDimensions125x100 x20 mm or 140 x123x20 mm or Customized2021-10-20263、SDH系統(tǒng)用 EDFAl分純光模塊、帶電模塊、機(jī)架式l應(yīng)用：Booster/In-line /Pre EDFAlC-Band or L-Band2021-10-2027ParameterUnitConditionsValueWavelengthnmC-Ban

14、d or L-BandInput PowerdBm-355Output PowerdBm22GaindB1535NFdBPin0dBm5.5Communication InterfaceRS-232Consumption35WDimensions125x100 x20 mm or 140 x123x20 mm or Customized2021-10-20284、城域網(wǎng)用EDFAl分純光模塊、帶電模塊l帶致冷、無(wú)帶致冷l單信道和多信道l一般是Booster EDFA 2021-10-2029ParameterUnitConditionsValueWavelengthnm15291561Tota

15、l Input PowerdBm-205Total Output PowerdBm15GaindB1535Gain FlatnessdB2NFdBPin=6dBm5.5Communication InterfaceRS-232Consumption5W without TEC;15W with TECDimensions90 x70 x12 mm or 70 x50 x15 mm or Customized2021-10-2030l現(xiàn)基本上有兩條光路生產(chǎn)線，一條電路生產(chǎn)線，一條測(cè)試線，老化箱一臺(tái)。l正常情況下，最大生產(chǎn)能力為每天34臺(tái)EDFA。2021-10-2031 因?yàn)镋DFA的出現(xiàn)而推動(dòng)

16、了光通信的發(fā)展?，F(xiàn)在光放大器的制造商很多： 國(guó)外：Corning、Lucent(現(xiàn)在的JDSU)等 國(guó)內(nèi)：飛通、烽火、中興、華為等等 全球的光放大器的市場(chǎng)還很大，僅國(guó)內(nèi)在市場(chǎng)不景氣的2002年就有近3億的市場(chǎng)，估計(jì)2003年將更多。國(guó)外市場(chǎng)更大。飛通是1999年開(kāi)始模擬EDFA的開(kāi)發(fā)，2001年數(shù)字EDFA開(kāi)始啟動(dòng)，現(xiàn)在市場(chǎng)占有率不大，但逐年呈上升趨勢(shì)，估計(jì)2004年將有新的突破。 由于前幾年的市場(chǎng)疲軟，給光放大器市場(chǎng)帶來(lái)沖擊，今年已有回轉(zhuǎn)趨勢(shì)，特別是在模擬EDFA和城域網(wǎng)EDFA已經(jīng)回轉(zhuǎn)。所以光放大器市場(chǎng)前途很好。2021-10-2032l泵浦激光器 是EDFA的成本最大的器件，現(xiàn)在大約4美金/1mW 一般多信道用帶FBG，單信道用不帶FBG 在低功耗、低成本場(chǎng)合使用無(wú)致冷激光器 Bookham,JDSU等大公司l摻鉺纖纖 根據(jù)不同要求，有不同鉺纖型號(hào)，為WDM優(yōu)化的，為CATV優(yōu)化的，等 Fibercore，OFS，Lucent等2021-10-2033lEDFA之電路 在低成本或低要求場(chǎng)合，用普通單片機(jī)芯片模擬電路完成數(shù)據(jù)采集，激光器驅(qū)動(dòng)、致冷等功能 在高要求場(chǎng)合，如要求低功