光纤通信里面的关键技术(光源,复用,放大,有源无源)

光纤通信里面的关键技术——（主要是放大技术）学校：重庆大学学院：光电工程学院专业：光电信息与科学工程姓名：陈鑫学号：20123090年级：2012级指导老师：邓明~2~目录一、概述………………………………………………………………………………………………3二、光源技术…………………………………………………………………………………………31、光源技术概述………………………………………………………………………………32、需满足要求…………………………………………………………………………………33、总结…………………………………………………………………………………………4三、复用………………………………………………………………………………………………41、概述…………………………………………………………………………………………52、时分复用放大器……………………………………………………………………………53、波分复用放大器……………………………………………………………………………54、频分复用房贷器……………………………………………………………………………55、总结…………………………………………………………………………………………5四、放大………………………………………………………………………………………………51、引言…………………………………………………………………………………………52、放大器的发展方向…………………………………………………………………………63、光纤放大器的原理及分类………………………………………………………………63.1、EDFA的原理…………………………………………………………………………63.2、EDFA的结构…………………………………………………………………………63.3、EDFA的特性及性能指标……………………………………………………………63.4、EDFA的带宽……………………………………………………………………………63.5、EDFA的级联结…………………………………………………………………………63.6、影响增益的因素………………………………………………………………………63.7、EDFA级联的改进………………………………………………………………………73.8、掺铒光纤放大器………………………………………………………………………73.9、半导体光纤放大器……………………………………………………………………73.10、光纤拉曼放大器………………………………………………………………………84、放大器的应用…………………………………………………………………………………84.1、EDFA在密集波分复用（DWDM）系统中的应用分析………………………………84.1.1、前置放大器………………………………………………………………………84.1.2、线路放大器…………………………………………………………………………84.1.3、用户接入网中的光纤放大器………………………………………………………95、新型光纤放大器………………………………………………………………………………106、放大器应用要求………………………………………………………………………………137、放大器常见问题和解决方案…………………………………………………………………14五、有源无源……………………………………………………………………………………………14六、心得总结………………………………………………………………………………………………15七、参考文献………………………………………………………………………………………………16~3~一、概述光纤通信里面的关键技术主要可分为光源技术、波分复用技术、放大技术、有源无源技术，这里我将对放大技术做出较深入讨论。二、光源技术1、技术概述光源器件是光纤通信设备的核心，它的作用时间电信号转换成光信号。光纤通信中常用的光元器件有半导体激光二极管（LD，或称半导体激光器）和半导体发光二极管（LED）两种。由于光纤通信系统中的传输媒介是光纤，因此，作为光源的发光器件，应满足以下要求2、满足要求1、体积小，发光面积应与光纤芯径的尺寸相匹配，而且光源和光纤之间应有较高的耦合效率。2、发射的光波波长应适合光纤的两个低损耗波段，即短波长0.8~0.9um和波长1.2~1.6um。3、可以直接进行光强度调制，而且与调制器的连接应该是很方便的。4、可靠性高，工作寿命长，稳定性好，互换性好。5、发射的光功率应足够大，并且响应速度要快。6、温度特性要好。当温度变化时，其输出光功率及工作波长的变化在允许的范围内。7、这两种器件的发射波长与光纤的低损耗或低色散波长相一致；8、能够在室温下连续工作、输出功率满足光纤通信系统的要求;9、谱线宽度可以做的较窄，以减少光纤中的色散的影响10、此外，它们还具有体积小、重量轻、使用寿命长、与光纤耦合效率高、调制简便等一系列优点。11、在光纤通信中，占主要地位的是半导体激光二极管，它主要用于长距离和大容量（高码速）的光纤通信系统中，其次是发光二极管，可用于短距离、低容量系统或者用于模拟系统12、13、工作物质为半导体晶体的一类激光器称为半导体激光器，又称为半导体激光二极管（LD）。~4~14、任何激光器为了实现激光振荡，都必须满足两个条件：一是具有增益介质，实现粒子数反转；二是具在谐振腔提供正反馈，正反馈通过增益介质两端的反射镜来实现。15、半导体激光的原理结构图所示:16、17、18、在P区和N区之间的过度区为有源区，两个端面为自然解理面，它们与结面垂直，有源区长度一般为数百米，光反馈由解理面构成的F－P光学谐振腔来提供。谐振腔的作用是提供光学正反馈，以便在腔内建立并维持自激振荡，并控制激光束的特性。在自然解理面上，由于有源区的折射率n与空气折射率不同构成折射镜R1和R2，其折射率均为19、20、一般半导体激光器的材料折射率典型值约为3.5，所以端面的折射率约为31％。尽管由两个解理面构成的F－P腔具有较大的腔损耗，但由于材料的增益很高，足以抵消损耗形成光振荡。同普通激光器一样，半导体激光器要产生稳定的激光振荡，也必须满足阈值条件和相位条件。3总结最简单的半导体激光器由带隙能量较高的P型和N型半导体材料，中间夹一层很薄的另一种半导体材料构成。通常采用的激光器为条形激光器，它们的激活区为条形结构，使在平行于结平面的方向上光子和载流子都受到限制，使之局限有一个较窄和很薄的条形区域内，同时提高载流子和光子的浓度，降低激光器的阈值。这种结构的激光器能够与光纤很好地耦合，耦合效率较高。条形激光器主要有两种结构，增益导引条开和折射率导引条形。三、复用技术~5~1、概述在光纤通信中，复用技术被认为是扩展现存光纤网络容量的主要手段。复用技术主要包括时分复用技术、波分复用技术和频分复用技术。但是，一般认为波分复用技术和频分复用技术并没有本质上的区别，所以可以认为波分复用是“粗分”，而频分复用是“细分”，从而常把两者归入一类。2、时分复用技术时分复用技术已经是一种很成熟的复用技术，该技术就是将传输时间分割成若干个时隙，将需要传输的多路信号按一定规律插入相应时隙，从而实现多路信号的复用传输。但是，这种技术在应用中由于受到电子速度、容量和空间兼容性等诸多方面的限制，使得传输速率不能太高。另一方面，在光纤中，由于光信号产生的损耗、反射、色散等因素也都将严重影响高速率调制信号的传输。当信号达到STM～64或者更高速率时，就会造成信号“模糊”，引起接收机对于信号的错误判断从而产生误码。3、波分复用技术波分复用是多个信源的电信号调制各自的光载波，经复用后在一根光纤上传输，在接收端可用外差检测的相干通信方式或调谐无源滤波器直接检测的常规通信方式实现信道的选择。采用波分复用技术不仅可以扩大通信容量，而且可以为通信带来巨大的经济效益。因而．近几年对这方面的研究方兴未艾，光波分复用是在一根光纤上承载多个波长(信道)系统，将一根光纤转换为多条“虚拟”纤．每条虚拟纤独立工作在不同波长上。每个信道运行速度高达2．5～10Gbps。4、频分复用技术频分复用是将在光纤中传输的光波按其频率进行分割成若干光波频道，使其每个频道作为信息的独立载体，从而实现在一条光纤中的多频道复用传输。FDM技术可以与WDM技术联合使用，使复用路数成倍提高，即首先将光波波道按波长进行粗分，若每个波道宽度为Ak，则在每个宽度为△波道内，再载入几个频道】(f1、f2、⋯、fn)，每个频道还可以独立荷载信息。由于相干光通信提供了极好的选择性．因此FDM技术与其相结合，为采用FDM技术的光纤网络实用化创造l『条件。光FDM复用技术设备复杂，对于光器件性能的要求高，因此进入实用工程阶段还需要不少努力。5、总结从目前来看，全光网络首先是应用于局域网、城域网等内部的光路由选择．所采用的技术主要是基于WDM和宽带的EDFA。从长远来说．全光网必然向着波分、时分、空分3种方式结合的方向发展。其应用将扩展到广域网。网络范围可以覆盖整个国家或几个国家，最终实现一个高速大容量能满足未来通信业务需求的全光网络。四、放大技术光导纤维通信简称光纤通信，原理是利用光导纤维传输信号，以实现信息传递的一种通信方式。实际应用中的光纤通信系统使用的不是单根的光纤，而是许多光纤聚集在一起的组成的光缆。光纤放大器不但可对光信号进行直接放大，同时还具有实时、高增益、宽带、在线、低噪声、低损耗的全光放大功能，是新一代光纤通信系统中必不可少的关键器件。名称：光纤放大器关键字：光纤放大器EDFA半导体放大器光纤曼放大器摘要：光放大器的开发成功及其产业化是光纤通信技术中的一个非常重要的成果，它大大地促进了光复用技术、光弧子通信以及全光网络的发展。顾名思义，光放大器就是放大光信号。在此之前，传送信号的放大都是要实现光电变换及电光变换，即O/E/O变换。有了光放大器后就可直接实现光信号放大。光放大器主要有3种：光纤放大器、拉曼放大器、半导体光放大器。光纤放大器就是在光纤中掺杂稀土离子（如铒、镨、铥等）作为激光活性物质。每一种掺杂剂的增益带宽是不同的；掺铥光纤放大器的增益带是S波段；掺镨光纤放大器的增益带在1310nm附近。而喇曼光放大器则是利用喇曼散射效应制作成的光放大器，即大功率的激光注入光纤后，会发生非线性效应?喇曼散射。在不断发生散射的过程中，把能量转交给信号光，从而使信号光得到放大。由此不难理解，喇曼放大是一个分布式的放大过程，即沿整个线路逐渐放大的。其工作带宽可以说是很宽的，几乎不受限制。这种光放大器已开始商品化了，不过相当昂贵。半导体光放大器（S0A）一般是指行波光放大器，工作原理与半导体激光器相类似。1.引言无线光通信是以激光作为信息载体，是一种不需要任何有线信道作为传输媒介的通信方式。与微波通信相比，无线光通信所使用的激光频率高，方向性强(保密性好)，可用的频谱宽，无需申请频率使用许可；~6~与光纤通信相比，无线光通信造价低，施工简便、迅速。它结合了光纤通信和微波通信的优势，已成为一种新兴的宽带无线接人方式，受到了人们的广泛关注。但是，恶劣的天气情况，会对无线光通信系统的传播信号产生衰耗作用。空气中的散射粒子，会使光线在空问、时间和角度上产生不同程度的偏差。大气中的粒子还可能吸收激光的能量，使信号的功率衰减，在无线光通信系统中光纤通信系统低损耗的传播路径已不复存在。大气环境多变的客观性无法改变，要获得更好更快的传输效果，对在大气信道传输的光信号就提出了更高的要求，一般地，采用大功率的光信号可以得到更好的传输效果。随着光纤放大器(EDFA)的迅速发展，稳定可靠的大功率光源将在各种应用中满足无线光通信的要求。2.光纤放大器的发展方向由于超高速率、大容量、长距离光纤通信系统的发展，对作为光纤通信领域的关键器件——光纤放大器在功率、带宽和增益平坦方面提出了新的要求，因此，在未来的光纤通信网络中，光纤放大器的发展方向主要有以下几个方面：(1)EDFA从C-Band向L-Band发展；(2)宽频谱、大功