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目 录第一章 光纤传输基础3一、光纤传输与电缆传输相比的主要特点3二、光传输无源器件41、光分路器42、光纤活动连接器4三、光波分复用器6第二章 有源器件8一、内调光发射机8二、直调发射机原理图10三、外调发射机原理图10四、EDFA11五、光开关14六、光接收机的分析15七、光接收机及电缆放大器的原理及方框图（TBF1000）17八、干线放大器18第一章 光纤传输基础一、光纤传输与电缆传输相比，主要有以下特点：1、损耗小，适合远距离传输。 光纤的传输损耗很小，目前单模光纤（G652）分A、B、C、D，广电多用B光纤，在1310nm波长损耗在0.35dB/km加熔接0.4 dB/km左右，在1550nm波长的损耗只有0.2dB/km加熔接0.25dB/km左右。大概是同轴电缆每千米损耗的1%。用光纤构成有线电视网，1310nm可实现40km无中继，1550nm可实现无中继80km。另外，光纤损耗几乎不随温度和工作频带内频率变化而变化，因而不需要进行温度补偿和频率均衡。2、频带宽，容量大。 光纤传输系统的频带宽，多模光纤的频带在几百MHz以上，单模光纤的带宽十几千MHz，通过一根光纤可传几十路、上百路的电视信号（8MHz一路）。目前光纤多路电视传输系统的频率范围为40MHz1GHz。3、传输质量高。 由于光纤传输不像同轴电缆需要相当多的中继放大器，因而没有噪声和非线性失真叠加。另外，光频噪声以及光纤传输系统的非线性失真很小，不需要频率均衡，所以光纤多路电视传输系统的信噪比、交调、互调等性能指标都较高。加上光纤系统的抗干扰性能强，基本上不受外界温度变化的影响。4、抗干扰能力强，保密性好。 因为光纤的材料是石英，传输的信号是光信号，不受外界电磁波、静电、雷电以及地电位的干扰。另外，由于它不存在电磁泄露，传输信号不易窃取。5、施工容易，维护简单。因光纤系统有源设备少，调试简单，利用EPON设备，有了回传通道，很方便实现网络管理系统。二、光传输无源器件1、光分路器光分路器又称分光器或光纤耦合器，在有线电视光缆传输中用于分配光信号。它能够按照选定的功率比例将一路光信号分配为两路或两路以上的光信号。光分路器的分光比一般用百分数表示，代表某一输出端口的输出功率占总输出功率的百分比。光分路器可分为单模、多模，从波长响应特性来分，可分为1310nm、1550nm常规型，双波长型及宽带分路器（PLC）。目前有线电视系统常用的是单模1310nm或1550nm常规型光分路器，我公司使用的光分路器为1310nm、1490nm、1550nm，其带宽为20nm。2、光纤活动连接器光纤活动连接器用于设备（如光端机、光测试仪表等）与光纤之间的连接、光纤与光纤之间的连接，或光纤与其他无源器件的连接，是组成光纤网络传输系统不可缺少的一种无源器件。对光纤连接器的要求是低的插入损耗和高的反射损耗。在光路中通常有两种连接方式：光纤与光纤之间采用的熔接方式称为固定连接；光纤与设备、设备与设备之间采用类似插头插座的各种标准的接头进行连接，称为活动连接。常用的连接器件有以下几种： 设备与设备之间使用跳线连接。光纤跳线由一段经过加强外封装的光纤和两端已与光纤连好的活动接头构成。两端的活动接头可以是相同型号，也可以是不同型号。 光纤与设备之间采用尾纤、尾缆连接。尾纤指一端为活动接头，另一端为光纤的器件；尾缆是将若干根尾纤合在一起，加上外护套制成一端为光纤，另一端为若干个活动接头的器件。 光纤与光纤之间使用接续盒实现熔接。接续盒是专门用来保护固定接头的器件。光接续盒外部采用坚固密封的外壳，用于防风、防晒、抗冲击，内部设置有专门固定光缆加强件的装置，确保接头处具有足够的抗拉强度，内部还专门设置了安放、保护固定接头热缩管的装置和盘绕纤芯的托板，可将接续好的纤芯分层排列固定。另外，光分路器等小型无源器件也可以安装到接续盒内。光纤活动连接器的品种、型号很多。光纤连接器从光纤结构上分为单芯光纤用连接器和带装芯线用多芯连接器。单芯光纤连接器又有单模光纤和多模光纤用之分，依据光纤活动接头结构和形状，常分为FC、SC、ST等几种。依据光纤活动接头中光纤端面的形状，又分为PC型、APC型和UPC型。PC型端面为球面，它使得两个光纤活动接头连接时，接触面集中在中央的光纤部分。一定的轴向力产生很大的轴向压强，反射损耗达35dB以上，一般测量仪器上多使用PC型接头。APC型端面为8斜面，两个活动接头连接时，光纤的接触面加大，连接更加紧密，反射损耗达60dB以上，在有线电视光纤传输中采用最多。UPC型采用超平面连接，加工比较精密，两个活动头连接更加方便。代号端面处理方法后向反射损耗（dB）PC端面球面研磨半径为20mm40UPC端面球面研磨半径为13mm50APC端面8角，并作球面研磨抛光60在使用的活动连接器订货时，型号的后面要加上/PC、/UPC、/APC，即有FC/PC、FC/UPC、FC/APC、SC/PC、SC/UPC、SC/APC等型号。三、光波分复用器光波分复用器又称为光合波/分波器，它是使两个或两个以上波长的光在同一根光纤中传输的无源器件。其作用是将不同波长的光信号复用在同一根光纤中传输或是将它们分离开。对其主要技术要求是波长隔离度要大于35dB，插入损耗要小于0.5dB。光波分复用器分CWDM（粗波）、DWDM（密集波分）。按波长频率间隔与可容纳的波长数，如：0.2nm、0.4nm、0.8nm等。 18 / 18第二章 有源器件一、内调光发射机RF接口前馈放大器电控衰减器电平检测偏置、驱动预失真补偿APC自动功率控制偏流指示电源CPU微处理器DFB-LDPD耦合及隔离器ATC双向温控致冷器热敏电阻温度致冷电流光功率指示输出内调制光发射机的构成光强度调制发射机的核心是DFB激光器组件。组件中除了激光器DFB-LD芯片外，还含有用于光功率探测（PD）与自动功率控制（APC）的光探测器（PIN）芯片，用于双向自动温度控制（ATC）的半导体制冷器和热敏电阻，用于减少外界回射影像的光隔离器与光纤耦合器部分和宽带阻抗匹配驱动及偏流与控制电路。除激光器组件外，光发射机中还有失真补偿网络、电源、显示、微电脑监测控制电路以及RF信号接口和光纤活性接头等。偏置电路为半导体激光器提供一最佳的偏置状态。对于模拟传输系统，要求半导体激光器的偏置在P-I特性曲线线性段的中心。对于数字传输系统要求有较高的消光比及较快的响应速度，不同速率的光发射机要求不同的偏置电流。由于激光器的发光功率和非线性失真依赖于偏置电流，因此偏流控制与预失真补偿电路是光发射机中的关键部件。IP光强门限值电流二、直调发射机原理图三、外调发射机原理图AGC输入监控预失真电路微处理器路液晶显示通信控制路激光器功率和温度控制RF输入uru DFB激光器LiNbO3调制器SBS抑制电路偏置控制路光探测器路端口2端口1四、EDFA单泵浦EDFA工作原理输入端光隔离器#1合波器功率监测 #1功率监测 #2980nm泵浦光隔离器#2输出器微处理器掺铒光纤1、EDFA在CATV中应用应注意的若干问题（1）EDFA的工作波段在1550nm上，所以，CATV系统前端的光发射机应工作在1550nm光波长上，EDFA为此才能起到光放大作用。（2）采用EDFA作光放大的系统中，其光发射机应采用外调制方式的光发射机。因为在1550nm波段上，普通单模光纤为非零色散点，其色散较大，直接调制下光发射机的激光器会产生“啁啾”效应使色散影响加大；由于EDFA的增益谱不平坦的影响，将使二阶失真CSO指标进一步恶化；再者，直接调制方式在1550nm波段上工作有先天性的不足，其载噪比（C/N）和二阶失真（CSO）指标不容易做得高。（3）当将光纤放大器用于多级串联时，光纤中的自发辐射（ASE）将逐级增大，从而引起噪声增大，载噪比降低。为此，需要将两台光放大器之间插入光滤波器或光隔离器，可有效防止自发辐射对降低载噪比指标的影响。（4）由于在CATV分配系统中，对模拟信号的载噪比要求很高（50dB），为保证传输质量，一般在光链中使用的EDFA的输入光功率必须大于1mW。正因如此，在CATV系统中对EDFA的应用较多的是作高功率后级光放大或中继放大。（5）EDFA有一定的温度特性，随温度的升高，增益逐渐下降。实验表明，下降的速度为0.07dB/。因此，当EDFA放置在室外作中继器应用时，必须考虑其温度特性所带来的不稳定的影响，应配置完整的监控设备或合适的工作环境。（6）掺铒光纤放大器中的掺铒光纤对其放大特性起作重要的作用，若在掺铒光纤中再掺入少量的其它元素可以改善光放大器的一些技术参数，例如在掺铒光纤中掺入少量的铝元素后，其增益特性变得较为平坦，所以在选型光纤放大器时对其光特性中增益介质多加考虑，以满足工程设计要求。2、EDFA常用的同向泵浦、反向泵浦和双向泵浦泵浦方式的小信号增益和噪声系数相差不大，其原因是三种泵浦方式都能够使整个光纤的铒离子处在完全反转状态，进而使信噪比劣化程度基本相同。然而，当掺铒光纤长度增长时，同向泵浦方式输出的自发辐射功率最小，因而其噪声系数最小；双向泵浦噪声系数居中；反向泵浦方式的噪声系数最大。3、EDFA常用的泵浦波长为980nm和1480nm。980nm泵浦激光器采用的是三能级工作方式，具有比较高的粒子反转水平，良好的噪声性能，所产生的噪声系数接近于量子极限；1480nm泵浦激光器采用的是二能级工作方式，具有的粒子反转水平低，噪声性能比较差，能够产生比较大的功率输出。另外，1480nm处的吸收频带比较宽，可以采用大功率的带有谐振腔的激光器，而且能够通过服用不同波长的泵浦方式来提高泵浦功率。因此，EDFA的最佳泵浦方案是采用980nm同向泵浦，1480nm反向泵浦的双向泵浦方案。这个方案可以获得比较小的噪声系数和足够大的输出功率。WDM泵浦光掺铒光纤信号光入光隔离器光隔离器光滤波器放大器输出前向泵浦方式（a）掺铒光纤信号光入光隔离器光隔离器光滤波器放大器输出后向泵浦方式（b）WDM泵浦光掺铒光纤信号光入光隔离器光隔离器光滤波器放大器输出双向泵浦方式（c）WDM泵浦光WDM泵浦光EDFA的种类五、光开关1、光开关的作用光开关是一种具有多个可供选择的输入/输出端口，它可以将任意输入端口的光信号转换到任意输出端口的光通路转换器件。光开关的作用是使光信号能够在光网络中实现不同光通路上的快速倒换。光开关不仅可以用作简单的光信号倒换开关，而且可以构成光分插复用器和光交叉连接器内部的核心开关矩阵，灵活调配波长通路。光开关具有的光通路上的快速倒换功能，在光网络的灵活组网和保护恢复中扮演着非常重要的作用。1、光开关是波分复用光网络组网的关键器件之一。利用光开关具有的快速倒换功能可以实现全光层的路由选择、波长选择、光交叉连接和自愈保护等。光开关被广泛使用于分插复用器、光交叉连接器和保护倒换等设备中，其成为全光交换中的一个十分主要的器件。2、随着光网络向着全光网发展的需要，光开关在结构类型和工作性能方面都得到了很大的发展。利用光开关构成光交换机可以完成全光网中的光信号路由选择，以实现光信号在光网络上的高速、透明的传输和交换。同时，光环网的保护倒换也是由光开关来实现的。光开关的响应速度直接决定了光网络的保护倒换时间。在光网络的业务配置、波长上/下也需要由光开关来完成。总而言之，在光网络中，一切与光通路由有关的动作都是由光开关完成的。3、从影响业务动态配置和线路故障保护倒换角度分析，光网络需要光开关的动作越快越好。光环形自愈网的倒换要求在50ms完成，50ms时间包括故障定位时间、信令处理和传输时间和光开关动作时间。这样光开关的开关时间就应该小于10ms。在高速光分组交换网络中，光开关的开关时间必须小于数据包的持续时间，这时所要求的光开关的开关时间为1ns。在光信号的外调制的应用中，光开关工作时间一定要小于1比特的时间带宽。如果要调制一个1Gb/s（1比特持续的时间为100ps）的光信号，光开关的动作时间应该小于10ps。如上所述，在光网络的不同位置，应该选用不同的光开关。因此，要关心的问题就是光开关的分类方法和工作原理。尽管商用的光开关品种繁忙多、结构各异，但是按照工作原理的不同，光开关可以分为机械光开关、固体波导光开关和其他原理(例如，气泡和液晶等)光开关。 六、光接收机的分析众所周知，光接收机的作用是将经光纤传输的光信号转换为电信号形式并将其恢复成在光纤通信系统所传输之前的数据。光接收机的核心器件是光电检测器。光电检测器的作用是利用光电效应将光信号转换为电信号。转换后的电信号再经过电放大器放大或解调成为进入发射机的原始电信号。光电检测器完成光/电信号转换任务与输入光电检測器的光信号强弱有关。由于光源的功率和光纤本身的衰减限制，在光信号接收端的光电检测器探测到的从光纤纤芯输出的一般都是非常微弱、畸变的调制光信号，所以光电检测器完成光探测任务与输入光信号质量有关。例如，在探测单信道强度大、清晰度高和传输速率极慢的输入信号时，我们可以使用简单的光电检测器便能够完成工作任务。然而，在探测处理多个光信道或者非常微弱、畸变的调制光信号或者高频率光信号时，我们需要用更好性能的光电检测器。因此，光纤通信系统的传输质量不仅与光源、光纤的性能有关，而且与光电检测器的性能直接相关。光纤通信中对光电检测器的最重要的要求可以概括为：（1）高的光电转换效率，即以一定的入射光信号功率就能够输出大的光电流；（2）在光源的工作波长范围内有极快的响应速度，或者大的带宽，即探测器输出的电信号能够不失真地反映出接收的光信号；（3）应有高的灵敏度；（4）功率消耗尽可能的低；（5）便于耦合与光纤尺寸匹配；（6）光电检测器应稳定、可靠