光纤通信新技术.ppt

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1、 第二讲 光放大与相干光通信技术光纤通信新技术数字光电中继器原理框图光放大技术光放大技术l光电中继器l采用O/E/O方式实现光信号的再生。l设备复杂、体积大、耗能大。l在多信道复用和双向复用光纤通信系统中，这种中继方式将变得十分复杂和极其昂贵。光放大技术光放大技术l全光中继器-光放大器l半导体激光放大器l非线性光纤放大器l掺杂光纤放大器光放大技术光放大技术l半导体激光放大器（SLA）l在半导体激光器芯片两端镀上增透膜而形成。l偏置电流需靠近阈值且略小于阈值。l采用电泵浦，实现粒子数反转分布，产生受激辐射完成光的放大。光放大技术光放大技术l非线性光纤放大器l利用光纤中的非线性效应，例如受激喇曼散

2、射(SRS)和受激布里渊散射(SBS)完成光的放大。l对光纤注入泵浦光，泵浦光能量通过SRS或SBS传送到信号光上，同时有部分能量转换成分子振动(SRS)或声子(SBS)。l一个弱信号与一个强泵浦光同时在光纤中传输，并使弱信号波长置于泵浦光的增益带宽内，弱信号就可被放大。l分为光纤喇曼放大器（FRA）和光纤布里渊放大器（FBA）两种。光放大技术光放大技术l非线性光纤放大器lFRA与FBA的区别：lFRA可同向或反向泵浦，FBA只可逆向泵浦。lFBA的斯托克斯移动要比FRA小三个量级。lFRA的增益带宽约为6THz，而FBA的增益带宽只有30100MHz。光放大技术光放大技术l掺杂光纤放大器l利

3、用掺入石英光纤的稀土离子作为增益介质，在泵浦光的激发下形成粒子数反转分布，实现光的放大。l放大器的特性主要由掺杂元素（Er3+、Pr3+Nd3+)决定。其中掺Er3+光纤放大器工作波长为，掺Pr3+和Nd3+的光纤放大器工作波长为。光纤放大器构成光纤放大器构成光隔离器光隔离器波分复用器波分复用器泵浦泵浦掺铒光纤掺铒光纤光隔离器光隔离器输出信号输出信号光放大技术光放大技术l掺铒光纤放大器（EDFA）l由掺铒光纤、泵浦光源、光耦合器和光隔离器构成。l掺饵光纤放大器是利用铒离子在泵浦光作用下产生粒子数反转而对入射光信号提供光增益。光放大技术光放大技术l掺铒光纤放大器的优点l工作波长正好落在光纤通信最

4、佳波段（15001600nm）。l主体是一段光纤，与传输光纤耦合损耗小。l增益高，饱和输出光功率大，增益特性与光偏振状态无关。l噪声指数小，多信道传输时，隔离度大，无串扰，适于波分复用系统。l频带宽，可进行多信道传输，有利于增加传输容量。下表列出国外几家公司EDFA商品的技术参数 实用光纤放大器外形图及其构成方框图实用光纤放大器外形图及其构成方框图激光器驱动输入激光器驱动输入监视和监视和告警电路告警电路泵浦监视泵浦监视和控制电路和控制电路泵浦泵浦LDPD探测器探测器泵浦泵浦LD输入隔离器输入隔离器输入输入WDM输出耦合器输出耦合器输出隔离器输出隔离器输出输出WDM掺铒掺铒光纤光纤热热 沉沉光输

5、入光输入5 V0 V5 V电源电源监视监视光输出光输出EDFA实物实物中兴光电子中兴光电子Mini EDFA Mini EDFA DWDMDWDM用低噪声光纤用低噪声光纤用低噪声光纤用低噪声光纤放大器模块（放大器模块（放大器模块（放大器模块（1616波）波）波）波）CATV用掺铒光纤放大器用掺铒光纤放大器光放大技术光放大技术l掺铒光纤放大器的应用l在线放大器（LA）光纤放大器的应用形式光纤放大器的应用形式中继放大器中继放大器中继放大器中继放大器LDPD“掺铒光纤放大器掺铒光纤放大器(EDFA)+(EDFA)+密集波分复用密集波分复用(WDM)+(WDM)+非零色散光非零色散光纤纤(NZDSF(

6、NZDSF，即光纤，即光纤)+)+光子集成光子集成(PIC)(PIC)”正成为国际上长途高正成为国际上长途高速光纤通信线路的主要技术方向。速光纤通信线路的主要技术方向。掺铒光纤放大器的应用掺铒光纤放大器的应用l前置放大器（PA）l后置放大器（BA）光纤放大器的应用形式光纤放大器的应用形式前置放大器前置放大器前置放大器前置放大器和和后置放大器后置放大器后置放大器后置放大器 后置放大器后置放大器前置放大器前置放大器LDPD光纤光纤掺铒光纤放大器的应用掺铒光纤放大器的应用l局域网的功率放大器光发送机光发送机光接收机光接收机AEDFA在在DWDM系统中的级联系统中的级联 相干光通信技术相干光通信技术l

7、光强调制-直接检测（IM-DD）l调制解调容易，成本低。l不能充分利用光纤的带宽，接收灵敏度低，传输距离短。l相干光通信l信号可以以调幅、调频或调相的方式调制到光载波上，利用零差或外差技术检测信号。l关键要产生相干光。IM/DD系统系统l强度调制直接检测系统（Intensity Modulation/Direct Detection）是最简单的一种传输方式，目前大多数的光纤通信系统都采用这种传输技术。l“强度调制”是指在发送端，用电的脉冲信号来控制光源，使其按照信号的强弱发光或者不发光；l直接检测是指在接收端用光电检测器直接检测光的有无，再转化为电信号。相干光通信系统的组成相干光通信系统的组成

8、ASK、PSK和FSK调制方式比较 相干光通信的调制技术相干光通信的调制技术 相干光通信的调制技术相干光通信的调制技术l 幅移键控(ASK)lASK相干通信系统必须采用外调制器来实现，如果采用直接光强调制，幅度变化将引起相位变化。l外调制器通常用钛扩散的铌酸锂(Ti:LiNbO3)波导制成的马赫-曾德尔(MZ)干涉型调制器。l相移键控(PSK)l频移键控(FSK)相干光通信的检测技术相干光通信的检测技术l相干检测的工作原理到达接收端的信号光场为本振光场为光电流为其中，IF=0-L，称为中频。本振信号可使接收光信号得到放大，称为本振增益。这使接收机的灵敏度大大提高。相干光通信的检测技术相干光通信

9、的检测技术l零差检测l本振光与信号光频率相等时，中频为零，称为零差检测。相干光通信的检测技术相干光通信的检测技术l外差检测l本振光与信号光频率不相等时，称为外差检测。相干光通信技术相干光通信技术l中频检测l外差同步解调l灵敏度高l外差包络（异步）解调l简化了接收机的设计，技术上容易实现图7.43 不同调制方式外差接收机量子极限误码率 相干光通信技术相干光通信技术l相干光通信的优点l接收灵敏度高，比IM-DD系统高1025dB（采用了调制技术），可大大延长中继距离。PSKFSKASK(3dB)零差外差(3dB)l具有很好的频率选择性（中频波段的窄带滤波器制作容易），可实现信道间隔110GHz的DWDM，从而有效增加传输容量。相干光通信技术相干光通信技术l相干光通信的关键技术l光源的频率稳定性频率稳定性和频谱纯度频谱纯度问题。l长外腔(LEC)激光器l分布反馈(DFB)激光器l分布布拉格反射(DBR)激光器l接收信号光波和本振光波必须匹配匹配。l空间匹配、波前匹配和偏振方向匹配相干光通信技术复杂，成本较高、离实用化尚有距离。相干光通信技术复杂，成本较高、离实用化尚有距离。