光纖通信新技術(shù)2

1、第二講 光放大與相干光通信技術(shù)光纖通信新技術(shù)1數(shù)字光電中繼器原理框圖2光放大技術(shù)光電中繼器采用O/E/O方式實(shí)現(xiàn)光信號(hào)的再生。設(shè)備復(fù)雜、體積大、耗能大。在多信道復(fù)用和雙向復(fù)用光纖通信系統(tǒng)中，這種中繼方式將變得十分復(fù)雜和極其昂貴。3光放大技術(shù)全光中繼器-光放大器半導(dǎo)體激光放大器非線性光纖放大器摻雜光纖放大器4光放大技術(shù)半導(dǎo)體激光放大器（SLA）在半導(dǎo)體激光器芯片兩端鍍上增透膜而形成。偏置電流需靠近閾值且略小于閾值。采用電泵浦，實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布，產(chǎn)生受激輻射完成光的放大。5光放大技術(shù)非線性光纖放大器利用光纖中的非線性效應(yīng)，例如受激喇曼散射(SRS)和受激布里淵散射(SBS)完成光的放大。對(duì)光纖注

2、入泵浦光，泵浦光能量通過(guò)SRS或SBS傳送到信號(hào)光上，同時(shí)有部分能量轉(zhuǎn)換成分子振動(dòng)(SRS)或聲子(SBS)。一個(gè)弱信號(hào)與一個(gè)強(qiáng)泵浦光同時(shí)在光纖中傳輸，并使弱信號(hào)波長(zhǎng)置于泵浦光的增益帶寬內(nèi)，弱信號(hào)就可被放大。分為光纖喇曼放大器（FRA）和光纖布里淵放大器（FBA）兩種。6光放大技術(shù)非線性光纖放大器FRA與FBA的區(qū)別：FRA可同向或反向泵浦，F(xiàn)BA只可逆向泵浦。FBA的斯托克斯移動(dòng)要比FRA小三個(gè)量級(jí)。FRA的增益帶寬約為6THz，而FBA的增益帶寬只有30100MHz。7光放大技術(shù)摻雜光纖放大器利用摻入石英光纖的稀土離子作為增益介質(zhì)，在泵浦光的激發(fā)下形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布，實(shí)現(xiàn)光的放大。放大器的

3、特性主要由摻雜元素（ Er3+ 、 Pr3+ Nd3+)決定。其中摻Er3+光纖放大器工作波長(zhǎng)為1.55um，摻Pr3+和Nd3+的光纖放大器工作波長(zhǎng)為1.31um。8光纖放大器構(gòu)成光隔離器波分復(fù)用器泵浦摻鉺光纖光隔離器輸出信號(hào)9光放大技術(shù)摻鉺光纖放大器（EDFA）由摻鉺光纖、泵浦光源、光耦合器和光隔離器構(gòu)成。摻餌光纖放大器是利用鉺離子在泵浦光作用下產(chǎn)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)而對(duì)入射光信號(hào)提供光增益。10光放大技術(shù)摻鉺光纖放大器的優(yōu)點(diǎn)工作波長(zhǎng)正好落在光纖通信最佳波段（15001600nm）。主體是一段光纖，與傳輸光纖耦合損耗小。增益高，飽和輸出光功率大，增益特性與光偏振狀態(tài)無(wú)關(guān)。噪聲指數(shù)小，多信道傳輸時(shí)，

4、隔離度大，無(wú)串?dāng)_，適于波分復(fù)用系統(tǒng)。頻帶寬，可進(jìn)行多信道傳輸，有利于增加傳輸容量。11下表列出國(guó)外幾家公司EDFA商品的技術(shù)參數(shù) 12實(shí)用光纖放大器外形圖及其構(gòu)成方框圖激光器驅(qū)動(dòng)輸入監(jiān)視和告警電路泵浦監(jiān)視和控制電路泵浦LDPD探測(cè)器泵浦LD輸入隔離器輸入WDM輸出耦合器輸出隔離器輸出WDM摻鉺光纖熱 沉光輸入5 V0 V5 V電源監(jiān)視光輸出13EDFA實(shí)物中興光電子Mini EDFA DWDM用低噪聲光纖放大器模塊（16波） CATV用摻鉺光纖放大器14光放大技術(shù)摻鉺光纖放大器的應(yīng)用在線放大器（LA） 光纖放大器的應(yīng)用形式中繼放大器LDPD“摻鉺光纖放大器(EDFA)+密集波分復(fù)用(WDM)+

5、非零色散光纖(NZDSF，即G.655光纖)+光子集成(PIC)”正成為國(guó)際上長(zhǎng)途高速光纖通信線路的主要技術(shù)方向。15摻鉺光纖放大器的應(yīng)用前置放大器（PA）后置放大器（BA）光纖放大器的應(yīng)用形式前置放大器和后置放大器 后置放大器前置放大器LDPD光纖16摻鉺光纖放大器的應(yīng)用局域網(wǎng)的功率放大器光發(fā)送機(jī)光接收機(jī)A17EDFA在DWDM系統(tǒng)中的級(jí)聯(lián) 18相干光通信技術(shù)光強(qiáng)調(diào)制-直接檢測(cè)（IM-DD）調(diào)制解調(diào)容易，成本低。不能充分利用光纖的帶寬，接收靈敏度低，傳輸距離短。相干光通信信號(hào)可以以調(diào)幅、調(diào)頻或調(diào)相的方式調(diào)制到光載波上，利用零差或外差技術(shù)檢測(cè)信號(hào)。關(guān)鍵要產(chǎn)生相干光。19IM/DD系統(tǒng)強(qiáng)度調(diào)制直

6、接檢測(cè)系統(tǒng)（Intensity Modulation /Direct Detection）是最簡(jiǎn)單的一種傳輸方式，目前大多數(shù)的光纖通信系統(tǒng)都采用這種傳輸技術(shù)?！皬?qiáng)度調(diào)制”是指在發(fā)送端，用電的脈沖信號(hào)來(lái)控制光源，使其按照信號(hào)的強(qiáng)弱發(fā)光或者不發(fā)光；直接檢測(cè)是指在接收端用光電檢測(cè)器直接檢測(cè)光的有無(wú)，再轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。 20相干光通信系統(tǒng)的組成21ASK、 PSK和FSK調(diào)制方式比較 相干光通信的調(diào)制技術(shù)22 相干光通信的調(diào)制技術(shù) 幅移鍵控(ASK)ASK相干通信系統(tǒng)必須采用外調(diào)制器來(lái)實(shí)現(xiàn)，如果采用直接光強(qiáng)調(diào)制，幅度變化將引起相位變化。外調(diào)制器通常用鈦擴(kuò)散的鈮酸鋰(Ti: LiNbO3)波導(dǎo)制成的馬赫-

7、曾德爾(MZ)干涉型調(diào)制器。相移鍵控(PSK)頻移鍵控(FSK)23相干光通信的檢測(cè)技術(shù)相干檢測(cè)的工作原理到達(dá)接收端的信號(hào)光場(chǎng)為本振光場(chǎng)為光電流為其中，IF= 0- L，稱為中頻。本振信號(hào)可使接收光信號(hào)得到放大，稱為本振增益。這使接收機(jī)的靈敏度大大提高。24相干光通信的檢測(cè)技術(shù)零差檢測(cè)本振光與信號(hào)光頻率相等時(shí)，中頻為零，稱為零差檢測(cè)。25相干光通信的檢測(cè)技術(shù)外差檢測(cè)本振光與信號(hào)光頻率不相等時(shí)，稱為外差檢測(cè)。26相干光通信技術(shù)中頻檢測(cè)外差同步解調(diào)靈敏度高外差包絡(luò)（異步）解調(diào)簡(jiǎn)化了接收機(jī)的設(shè)計(jì)， 技術(shù)上容易實(shí)現(xiàn)2728圖7.43 不同調(diào)制方式外差接收機(jī)量子極限誤碼率 29相干光通信技術(shù)相干光通信的優(yōu)點(diǎn)接收靈敏度高，比IM-DD系統(tǒng)高1025dB（采用了調(diào)制技術(shù)），可大大延長(zhǎng)中繼距離。 PSKFSKASK(3dB) 零差外差(3dB)具有很好的頻率選擇性（中頻波段的窄帶濾波器制作容易），可實(shí)現(xiàn)信道間隔110GHz的DWDM，從而有效增加傳輸容量。30相干光通信技術(shù)相干光通信