光纤通讯系统,器件和网络

1、 内内 容容 提提 要要 1. 光纤通信发展历程简要回顾光纤通信发展历程简要回顾 2. 光纤通信的最新进展光纤通信的最新进展 3. 从中国信息通信发展趋势看光纤通从中国信息通信发展趋势看光纤通 信的未来信的未来 4. 光纤通信的支撑技术光纤通信的支撑技术 101 107 102 106 103 105 104 104 105 103 106 102 107 101 108 100 109 10-1 1010 10-2 1011 10-3 1012 10-4 1013 10-5 1014 10-6 1015 ELFVFVLFLFMFHFVHFUHFSHFEHF 自由空间波长，自由空间波长，m 频

2、率，频率，Hz 电力、电话电力、电话无线电、电视无线电、电视微波微波红外红外 可见光可见光 双铰线双铰线 同轴电缆同轴电缆 光纤光纤 卫星卫星/微波微波AM无线电无线电FM无线电无线电 通信波段划分及相应传输媒介通信波段划分及相应传输媒介 频段频段 划分划分 传传 输输 介介 质质 传传 输输 技技 术术 的的 演演 进进 模拟信号数字传输：高质、安全、集成模拟信号数字传输：高质、安全、集成 光纤传输：宽带、低损、无电磁干扰、价低光纤传输：宽带、低损、无电磁干扰、价低 光纤数字传输综合好处光纤数字传输综合好处PDHPDH飞速发展飞速发展 PDHPDH的组网缺点的组网缺点SDHSDH：灵活的组网

3、能力、强大的网：灵活的组网能力、强大的网 管、带宽管理及自愈保护管、带宽管理及自愈保护 SDHSDH与与PDHPDH均为均为TDMTDM（时分复用）电子电路限制高速（时分复用）电子电路限制高速 SDHSDH的发展的发展电子瓶颈电子瓶颈 波分复用（波分复用（WDMWDM，DWDMDWDM）+EDFA +EDFA 扩展传输容量的扩展传输容量的 新手段新手段 全光通信网全光通信网信息高速公路的骨干网信息高速公路的骨干网 为充分利用光子学的宽带性，传输系统的为充分利用光子学的宽带性，传输系统的 走向为走向为: : 电子型电子型光电混合型光电混合型全光型。全光型。 (1)(1)传统的电传输系统传统的电传

4、输系统 E E M M U U X X 电端机电端机 再生再生 中继中继 再生再生 中继中继 E E D D M M U U X X 电复用电复用 电解复用电解复用 电端机电端机 同轴电缆、微波同轴电缆、微波 O/E/OO/E/O 光光 缆缆 E E M M U U X X 光发送光发送 再生再生 中继中继 再生再生 中继中继 E E D D M M U U X X 电复用电复用 电解复用电解复用 光接收光接收 (2)(2)光电混合型光纤传输系统光电混合型光纤传输系统 (3)DWDM(3)DWDM光纤传输系统光纤传输系统 O O M M U U X X O O D D M M U U X X

5、OAOAOAOAOAOA 光发送光发送 光发送光发送 光发送光发送 ， ， 光接收光接收 光接收光接收 光接收光接收 TX EDFA EDFA TX TX TX TX TX TX TX 1310 RPTR 1310 RPTR 1310 RPTR 1310 RPTR 1310 RPTR 1310 RPTR 1310 RPTR 1310 RPTR TX TX 40km40km40km40km40km40km40km40km40km 1310 RPTR 1310 RPTR 1310 RPTR 1310 RPTR 1310 RPTR 1310 RPTR 1310 RPTR 1310 RPTR TX T

6、X1310 RPTR 1310 RPTR 1310 RPTR 1310 RPTR 1310 RPTR 1310 RPTR 1310 RPTR 1310 RPTR TX TX1310 RPTR 1310 RPTR 1310 RPTR 1310 RPTR 1310 RPTR 1310 RPTR 1310 RPTR 1310 RPTR TX TX1310 RPTR 1310 RPTR 1310 RPTR 1310 RPTR 1310 RPTR 1310 RPTR 1310 RPTR 1310 RPTR TX TX1310 RPTR 1310 RPTR 1310 RPTR 1310 RPTR 1310

7、 RPTR 1310 RPTR 1310 RPTR 1310 RPTR TX TX1310 RPTR 1310 RPTR 1310 RPTR 1310 RPTR 1310 RPTR 1310 RPTR 1310 RPTR 1310 RPTR TX TX1310 RPTR 1310 RPTR 1310 RPTR 1310 RPTR 1310 RPTR 1310 RPTR 1310 RPTR 1310 RPTR TX TX TX TX TX TX TX TX TX TX M U X 120 km 120 km 120 km WDM+EDFA WDM+EDFA 革新了光纤传输革新了光纤传输 D D

8、E E M M 20 20多年来光纤通信技术在发掘、利用多年来光纤通信技术在发掘、利用 光纤带宽资源，扩展光纤传输能力方面进展光纤带宽资源，扩展光纤传输能力方面进展 神速。（神速。（传输能力传输能力主要指：通信容量和传输主要指：通信容量和传输 距离）。距离）。 在光波长和光纤类型方面在光波长和光纤类型方面 多模光纤多模光纤单模光纤单模光纤 短波长短波长800nm800nm长波长长波长1300nm1300nm、1550nm1550nm 一纤一波一纤一波一纤多波一纤多波 在单纤传输容量方面在单纤传输容量方面 ？ DWDMDWDM及相关技术在及相关技术在9090年代中期开始走向成年代中期开始走向成

9、熟并进入商业化应用。熟并进入商业化应用。 AT w2=1.931e14+1e11; w3=1.931e14+2.6e11; w5=1.931e14+3.4e11; L=50km 四波混频模拟结果四波混频模拟结果, ,光纤长度光纤长度5050公里公里 DWDMDWDM光纤传输系统色散补偿光纤传输系统色散补偿 O O M M U U X X O O D D M M U U X X OAOA 光发送光发送 光发送光发送 光发送光发送 光接收光接收 光接收光接收 光接收光接收 正色散光纤正色散光纤 负色散、大光斑光纤负色散、大光斑光纤 自聚焦透镜（自聚焦透镜（SelfocSelfoc Lens Len

10、s） 1个周期（个周期（Pitch ） 折折 射射 率率 分分 布布 光学不变原理光学不变原理：光束的宽度和发：光束的宽度和发 散角的乘积为常数。散角的乘积为常数。 Selfoc Lens 通过对光束进行扩束，通过对光束进行扩束， 达到准直目的。达到准直目的。 光纤光纤 P/4 自聚焦透镜自聚焦透镜 P/4 自聚焦透镜自聚焦透镜 光纤光纤 单模光纤准直器结构单模光纤准直器结构 80 光纤光纤 P/4 自聚焦透镜自聚焦透镜P/4 自聚焦透镜自聚焦透镜 光纤光纤 单模光纤准直器的应用单模光纤准直器的应用 光波分复用器光波分复用器 DEM 1 2 3 4 MUX 1 2 3 4 波分复用合波器（波分

11、复用合波器（WDMWDM）/ /分波器（分波器（WDDMWDDM）是）是 将不同波长光信号进行组合将不同波长光信号进行组合/ /分开的器件，分开的器件， 是是DWDMDWDM系统最基本的无源器件。通过它，光系统最基本的无源器件。通过它，光 纤的频带资源可以得到充分利用纤的频带资源可以得到充分利用。 WDMWDM的基本功能是将的基本功能是将 N N 个不同波长的光信号个不同波长的光信号 合在一起，输入至光纤中去；合在一起，输入至光纤中去；WDDMWDDM则是将则是将N N 个合在一起的不同波长光信号分开。个合在一起的不同波长光信号分开。 中心波长：符合中心波长：符合ITU-TITU-T建议，即建

12、议，即 WDMWDM系统的技术要求系统的技术要求 LL,200 ,100GHzGHz f = = D D LL, 2, 1 , 0,1 .193(THz) nfnfn = =D D = = LL,6 . 1,8 . 0 ,52.1552 nmnm nmn D D D D = = 绝对绝对 参考参考 e.g. e.g. 采用采用EDFAEDFA的的3232波长波长DWDMDWDM系统各信道系统各信道 的频率安排如下：的频率安排如下： 1 .192(THz)nfn0.10.1 = = LL, 2, 1 , 0 n = =, 31 波分复用器分类：波分复用器分类： 980/1550980/1550、

13、1480/15501480/1550泵浦泵浦/ /信号波分复用信号波分复用 器（全光纤熔融拉锥型）。器（全光纤熔融拉锥型）。 1310/15501310/1550波分复用器（全光纤熔融拉锥波分复用器（全光纤熔融拉锥 型）。型）。 15501550波段内粗波分复用器（有可能用全光波段内粗波分复用器（有可能用全光 纤熔融拉锥方法实现）。纤熔融拉锥方法实现）。 1 1、粗波分复用器、粗波分复用器 2 2 密集波分复用器密集波分复用器DWDM DWDM 一、干涉滤光膜型波分复用器一、干涉滤光膜型波分复用器 输入光纤输入光纤 1 4 3 2 0 (监管信道监管信道) 干涉滤光膜干涉滤光膜 1 16 1

14、15 16 干涉滤光膜型干涉滤光膜型DWDMDWDM的一种工艺方案的一种工艺方案 1 14 15 二、光栅型波分复用器二、光栅型波分复用器 输入光输入光 1 4 3 2 1. 体光栅型体光栅型 2. 光纤光栅型光纤光栅型 布拉格光栅布拉格光栅 1 16 1 15 16 16 16 1 15、 、 16 1 15、 、 16 FBG 环形器环形器 光纤光栅的应用光纤光栅的应用 三、阵列波导光栅型波分复用器三、阵列波导光栅型波分复用器(AWG)(AWG) AWG 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 光开关光

15、开关 光开关类型光开关类型 1 1、机械式光开关、机械式光开关 移动光纤、套管或自聚焦透镜式移动光纤、套管或自聚焦透镜式 电磁驱动、压电陶瓷驱动等电磁驱动、压电陶瓷驱动等 移动反射镜、透射镜式移动反射镜、透射镜式 2 2、磁光、电光效应式光开关、磁光、电光效应式光开关 3 3、集成光学光开关、集成光学光开关 集成光波导光开关（电光、热光）集成光波导光开关（电光、热光） M-ZM-Z型型光开关光开关 MEMSMEMS 用用DWDM+DWDM+光开关光开关可构成可构成OADMOADM、OXCOXC等光交换系统等光交换系统 本节点信息本节点信息 输入光纤输入光纤 1 2 3 4 DEM MUX 输出

16、光纤输出光纤 1 2 3 4 1 1 2 2 3 3 4 4 RXTX 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 动态交叉连接动态交叉连接 光开关光开关 1 1 光隔离器和环行器光隔离器和环行器 Faraday效应效应：不具有旋光性的材料，在：不具有旋光性的材料，在 外磁场作用下，使通过它的偏振光的偏振外磁场作用下，使通过它的偏振光的偏振 面发生旋转。具有这种效应的材料叫面发生旋转。具有这种效应的材料叫磁光磁光 材料材料。 磁光材料引起的光偏振面旋转方向取决于磁光材料引起的光偏振面旋转方向取决于 外加磁场，与光的传播方向无关（非互外加磁场，

17、与光的传播方向无关（非互 易）。易）。 这种效应与材料的这种效应与材料的固有旋光效应固有旋光效应不同，在不同，在 固有旋光效应材料中，旋转方向取决于光固有旋光效应材料中，旋转方向取决于光 的传播方向，与外加磁场无关的传播方向，与外加磁场无关(互易互易)。 外加磁场外加磁场 外加磁场外加磁场 Faraday旋磁材料旋磁材料 外加磁场外加磁场 外加磁场外加磁场 固有磁光材料固有磁光材料 磁光材料的光偏转角：磁光材料的光偏转角： l l 材料厚度（毫米）材料厚度（毫米） H 磁场强度（奥斯忒）磁场强度（奥斯忒） V维尔德常数（度维尔德常数（度/奥斯忒奥斯忒毫米）毫米） l lVH = =q q 光隔

18、离器的原理光隔离器的原理 外加磁场外加磁场 外加磁场外加磁场 450 起偏器起偏器解偏器解偏器 偏振无关偏振无关光隔离器的工艺结构光隔离器的工艺结构 RR(450) FR (450) RR(450) FR (450) o e e e o o o e PBS RR(450) FR (450) e e o o RR(450) FR (450) o e o e 端口端口1 端口端口1 端口端口2 端口端口2 端口端口3 反射镜反射镜 偏振合波器偏振合波器 光环行器的原理光环行器的原理 光环行器的应用光环行器的应用 啁啾光栅啁啾光栅 色散补偿色散补偿 Tx Rx Rx Tx 单纤双向系统单纤双向系统

19、波长间插器（波长间插器（Inter LeaverInter Leaver） 由于光放大器有限的带宽，增加波由于光放大器有限的带宽，增加波 长数目的有效方法是减少波长间隔。长数目的有效方法是减少波长间隔。 50GHz50GHz的的WDM/WDDMWDM/WDDM尚不成熟，而尚不成熟，而 100GHz100GHz的干涉滤光膜型的干涉滤光膜型WDM/WDDMWDM/WDDM已已 经非常成熟。通过波长间插是实现经非常成熟。通过波长间插是实现 高密集波分复用的有效方法之一。高密集波分复用的有效方法之一。 波长间插器的原理波长间插器的原理 1 2 N 1 3 N-1 1 2 N 2 4 N 1 3 N-1

20、 1 2 N 2 4 N DD=100GHz DD=50GHz 掺铒光纤放大器掺铒光纤放大器EDFA 掺铒光纤放大器原理图掺铒光纤放大器原理图 输入信号输入信号 耦合器耦合器 980/1550nm WDM980/1550nm WDM 泵浦光泵浦光 掺铒光纤掺铒光纤 输出信号输出信号 光隔离器光隔离器 1.1.21.1.2稀土元素（镧系元素）稀土元素（镧系元素） 原子序数原子序数57577171：镧：镧LaLa、镨、镨PrPr、钕、钕NdNd、 铒铒ErEr、镱、镱YdYd等。等。 当铒掺入至光纤后，被三重电离：二个当铒掺入至光纤后，被三重电离：二个 外层（外层（6s6s）和一个内层（）和一个内

21、层（4f4f）电子电离。）电子电离。 光学特性主要取决于光学特性主要取决于4f4f层（层（5s5s和和5p5p层为层为 饱和层）饱和层） 掺杂光纤的特性（中心工作波长、带宽掺杂光纤的特性（中心工作波长、带宽 等）取决于掺入的杂质，而不是光纤本等）取决于掺入的杂质，而不是光纤本 身。身。 各层的电子分布各层的电子分布 K KL LM MN NO OP P 序序 数数 序序 数数 元元 素素s s s/ps/p s/p/ds/p/ds/p/d/fs/p/d/fs/p/d/fs/p/d/fs/p/ds/p/d 7 75757镧镧 LaLa2 2 2/62/6 2/6/102/6/102/6/10/-

22、2/6/10/-2/6/1/-2/6/1/-2/-/-2/-/- 8 85858铯铯 CeCe2 2 2/62/6 2/6/102/6/102/6/10/22/6/10/22/6/-/-2/6/-/-2/-/-2/-/- 9 95959镨镨 PrPr2 2 2/62/6 2/6/102/6/102/6/10/32/6/10/32/6/-/-2/6/-/-2/-/-2/-/- 0 06060钕钕 NdNd2 2 2/62/6 2/6/102/6/102/6/10/42/6/10/42/6/-/-2/6/-/-2/-/-2/-/- 1 16161钷钷 PmPm2 2 2/62/6 2/6/102/

23、6/102/6/10/52/6/10/52/6/-/-2/6/-/-2/-/-2/-/- 2 26262钐钐 SmSm2 2 2/62/6 2/6/102/6/102/6/10/62/6/10/62/6/-/-2/6/-/-2/-/-2/-/- 3 36363铕铕 EuEu2 2 2/62/6 2/6/102/6/102/6/10/72/6/10/72/6/-/-2/6/-/-2/-/-2/-/- 4 46464钆钆 GdGd2 2 2/62/6 2/6/102/6/102/6/10/72/6/10/72/6/1/-2/6/1/-2/-/-2/-/- 5 56565铽铽 TbTb2 2 2/6

24、2/6 2/6/102/6/102/6/10/92/6/10/92/6/-/-2/6/-/-2/-/-2/-/- 6 66666镝镝 DyDy2 2 2/62/6 2/6/102/6/102/6/10/102/6/10/102/6/-/-2/6/-/-2/-/-2/-/- 7 76767钬钬 HoHo2 2 2/62/6 2/6/102/6/102/6/10/112/6/10/112/6/-/-2/6/-/-2/-/-2/-/- 8 86868铒铒 ErEr2 2 2/62/6 2/6/102/6/102/6/10/122/6/10/122/6/-/-2/6/-/-2/-/-2/-/- 9 9

25、6969铥铥 TmTm2 2 2/62/6 2/6/102/6/102/6/10/132/6/10/132/6/-/-2/6/-/-2/-/-2/-/- 0 07070镱镱 YbYb2 2 2/62/6 2/6/102/6/102/6/10/142/6/10/142/6/-/-2/6/-/-2/-/-2/-/- 1 17171镥镥 LuLu2 2 2/62/6 2/6/102/6/102/6/10/142/6/10/142/6/1/-2/6/1/-2/-/-2/-/- 980nm980nm 1 1 s s 10ms10ms 15201520 15601560 nm nm 4I11/2 4I15

26、/2 4I13/2 EDFAEDFA的能带结构和光放大原理的能带结构和光放大原理 1480nm1480nm 泵浦源的选取泵浦源的选取 0.980.98 m m和和1.481.48 m m为无激发态吸收的能带，因为无激发态吸收的能带，因 而是常用的两个泵浦波长。这两个波长的泵而是常用的两个泵浦波长。这两个波长的泵 浦源都可用半导体激光器实现。浦源都可用半导体激光器实现。 和和1.481.48 m m比较，比较，0.980.98 m m属于三能级系统。增属于三能级系统。增 益大，泵浦效率高，噪声小（可低至益大，泵浦效率高，噪声小（可低至3dB3dB）, , 是目前光纤放大器的首选泵浦波长。是目前光

27、纤放大器的首选泵浦波长。 泵浦方式泵浦方式 同向泵浦同向泵浦优点优点：易于实现；：易于实现； 缺点缺点：易饱和，噪声大。：易饱和，噪声大。 反向泵浦反向泵浦优点优点：不易饱和；噪声较低。：不易饱和；噪声较低。 双向泵浦双向泵浦优点优点：优点相结合，光均匀：优点相结合，光均匀 分布，增益也较平稳。分布，增益也较平稳。 工作波长于光纤最小损耗窗口一致，工作波长于光纤最小损耗窗口一致， 在光纤通信中获得很好的应用。在光纤通信中获得很好的应用。 能量转换效率高：激光工作物质集中能量转换效率高：激光工作物质集中 在光纤芯子中的近轴部分，而信号光在光纤芯子中的近轴部分，而信号光 和泵浦光也是在光纤的近轴部

28、分最强和泵浦光也是在光纤的近轴部分最强, , 使得光与物质的作用很充分。使得光与物质的作用很充分。 增益高，噪声低，输出功率大。增益高，噪声低，输出功率大。 增益特性稳定：增益特性稳定：EDFAEDFA增益对温度不敏增益对温度不敏 感。感。 EDFAEDFA的特性的特性 波长固定：铒离子能级间的能极差决波长固定：铒离子能级间的能极差决 定了定了EDFAEDFA的工作波长是固定的，只能的工作波长是固定的，只能 放大放大1.551.55左右波长的光波。左右波长的光波。 增益带宽不平坦：增益带宽不平坦：EDFAEDFA的增益带宽约的增益带宽约 40nm40nm，但增益带宽不平坦。在，但增益带宽不平坦

29、。在WDMWDM光纤光纤 通信系统中需要采取特殊的手段来进通信系统中需要采取特殊的手段来进 行增益谱补偿。行增益谱补偿。 EDFAEDFA的不足的不足 实测的实测的EDFAEDFA增益谱特性增益谱特性 1.53 1.54 1.55 1.56, 1.53 1.54 1.55 1.56, ( ( m)m) 增益增益,dB,dB 2020 1010 EDFAEDFA 输入光纤输入光纤 输出光纤输出光纤 EDFAEDFA在在WDMWDM系统中的应用系统中的应用 在长途干线通信中，它可使光信号直接在长途干线通信中，它可使光信号直接 在光域进行放大而无须转换成电信号进在光域进行放大而无须转换成电信号进 行

30、处理，代替了光行处理，代替了光-电电-光中继，使光中继，使 成本降低，设备简化，维护运转方便。成本降低，设备简化，维护运转方便。 用在用在WDM/DWDMWDM/DWDM干线干线系统的系统的EDFAEDFA一般称为一般称为 数字式光纤放大器数字式光纤放大器。此类。此类EDFAEDFA需增益均需增益均 衡。衡。 用在用在CATVCATV中的中的EDFAEDFA称为模拟型光纤放称为模拟型光纤放 大器，噪声系数是其重要指标。大器，噪声系数是其重要指标。 喇曼光纤放大器喇曼光纤放大器 根据目前发展趋势，必须进一步增加传输容根据目前发展趋势，必须进一步增加传输容 量。可采用的方法有：量。可采用的方法有：

31、 增加每波长传输速率增加每波长传输速率 减少波长间隔减少波长间隔，i.i.e.e.增加波长数增加波长数 增加总的传输带宽增加总的传输带宽新的光放大器系统。新的光放大器系统。 由于由于EDFAEDFA是利用铒离子能级间的受激跃迁实是利用铒离子能级间的受激跃迁实 现光放大，因此其中心波长较为固定且带宽现光放大，因此其中心波长较为固定且带宽 有限。有限。 光纤喇曼放大器是实现超宽带光放大的有光纤喇曼放大器是实现超宽带光放大的有 效途径，其好处有：效途径，其好处有： 增益介质即为普通传输光纤，与光纤系统增益介质即为普通传输光纤，与光纤系统 具有良好兼容性。具有良好兼容性。 中心波长由泵浦波长决定，不受

32、其他因素中心波长由泵浦波长决定，不受其他因素 牵制。牵制。 增益高、带宽大、噪声系数低、温度稳定增益高、带宽大、噪声系数低、温度稳定 性好。性好。 受激喇曼散射（受激喇曼散射（SRSSRS）是光纤中的一种非）是光纤中的一种非 线性现象线性现象, ,它它将一部分入射光功率转移到将一部分入射光功率转移到 频率比其低（波长比其长）的斯托克斯波频率比其低（波长比其长）的斯托克斯波 上。上。 石英光纤具有很宽的石英光纤具有很宽的SRSSRS增益谱，最大值增益谱，最大值 所对应的频率比泵浦频率低所对应的频率比泵浦频率低13.2THz13.2THz（波（波 长间隔约长间隔约100nm100nm） 1.451

33、.51.551.61.651.71.751.8 x 10 -6 10-4 10-3 10-2 wavelength (m) stocks power (W) Ps- P PumpSignal EDFA Distributed Amp.Discrete Amp. 分布式喇曼光纤放大器原理框图分布式喇曼光纤放大器原理框图 Equalizer SRSSRS的阈值功率是一个相对值，它与光纤的阈值功率是一个相对值，它与光纤 的材料、结构参数和长度等有关。的材料、结构参数和长度等有关。 普通单模光纤的泵浦阈值功率一般在普通单模光纤的泵浦阈值功率一般在 0.50.51W1W左右。因此任何降低阈值功率，左右。

34、因此任何降低阈值功率， 使得普通的大功率半导体激光器能作为泵使得普通的大功率半导体激光器能作为泵 浦使用，是光纤喇曼放大器实用化的关键。浦使用，是光纤喇曼放大器实用化的关键。 00.511.522.5 x 104 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 length (m) stocks and pump power (W) P-L 泵浦源解决方案：泵浦源解决方案： Fiber Laser：DCFL，Raman FL。 Compact DPSSL Diode Pumps组合组合 泵浦供应商：泵浦供应商：JDS，SDL，SPECTRA-PHYSICS 喇曼光纤放大器的关键技术喇曼光纤放

35、大器的关键技术 在光纤选择方面，要同时考虑增加在光纤选择方面，要同时考虑增加SRSSRS效效 率、减少噪声、形成合理的色散补偿率、减少噪声、形成合理的色散补偿 （SiSi Fiber Fiber，P-doped FiberP-doped Fiber）。）。 不同光纤的不同光纤的SRSSRS谱特性谱特性 喇曼光纤放大器的噪声特性喇曼光纤放大器的噪声特性 喇曼光纤放大器与喇曼光纤放大器与EDFAEDFA构成超宽带放大器构成超宽带放大器 可用多个不同波长的泵浦同时激励，实可用多个不同波长的泵浦同时激励，实 现更大的放大带宽；泵浦波长应进行优现更大的放大带宽；泵浦波长应进行优 化设计。化设计。 喇曼光

36、纤放大器中泵浦与泵浦之间、泵喇曼光纤放大器中泵浦与泵浦之间、泵 浦与信号、信号与信号之间的相互作用浦与信号、信号与信号之间的相互作用 需进行深入研究，以便获得良好的放大需进行深入研究，以便获得良好的放大 性能。性能。 随着随着DWDMDWDM技术的发展，喇曼光纤放大器将技术的发展，喇曼光纤放大器将 成为一个重要的部件（成为一个重要的部件（SubsystemSubsystem），具有），具有 广阔市场。广阔市场。 某些器件的突破（高功率半导体泵浦光源、某些器件的突破（高功率半导体泵浦光源、 高效高效SRSSRS光纤、光纤、DCFDCF）成为喇曼光纤放大器）成为喇曼光纤放大器 能否尽早进入市场的关

37、键。能否尽早进入市场的关键。 在推向实用化之前，还有很多技术和工艺在推向实用化之前，还有很多技术和工艺 问题需要解决。问题需要解决。 半导体光放大器和半导体光放大器和 波长转换器波长转换器 SOA:Semiconductor OpticalSOA:Semiconductor Optical AmplifierAmplifier 无光学谐振腔的半导体无光学谐振腔的半导体LDLD，在驱动电流，在驱动电流 作用下，形成布居反转，通过受激辐射作用下，形成布居反转，通过受激辐射 产生光放大。产生光放大。 SOASOA的中心波长与材料、器件结构有关的中心波长与材料、器件结构有关。 工作原理工作原理 用于光

38、纤传输系统用于光纤传输系统(1310nm(1310nm或其它波长或其它波长) ) 需解决耦合、偏振相关等问题。需解决耦合、偏振相关等问题。 用于用于PIC(Photonic Integrated Circuits)PIC(Photonic Integrated Circuits) laser/EA array (含含Star Coupler), AWG(arrayed Waveguide grating), Detector array等。等。 温度稳定性：可采用量子阱结构。温度稳定性：可采用量子阱结构。 原理：有泵浦原理：有泵浦通，无泵浦通，无泵浦断断 唯一的高速光开关，能实现光数据包唯一的

39、高速光开关，能实现光数据包 交换交换 。( (基于光纤的放大器载流子的基于光纤的放大器载流子的 寿命通常较大寿命通常较大, ,因而无法实现高速切因而无法实现高速切 换换) ) SOASOA光门光门 SOA1 SOA2 延迟线延迟线 在多波长在多波长DWDMDWDM光网络中，采用波长转换光网络中，采用波长转换 可解决阻塞问题，增加灵活性，扩大容可解决阻塞问题，增加灵活性，扩大容 量（与固定波长相比）量（与固定波长相比） SOASOA波长转换器的主要特性波长转换器的主要特性 高输出信噪比（允许级联）高输出信噪比（允许级联） 输出功率适中（约输出功率适中（约 0 dBm0 dBm） 输入输入/ /输

40、出波长间隔大输出波长间隔大 比特率透明比特率透明 能实现同一波长转换能实现同一波长转换 SOASOA波长转换器有基于波长转换器有基于XGMXGM、XPMXPM和和FWMFWM等等 SOASOA波长转换器波长转换器 原理：由于增益饱和作用，输入的原理：由于增益饱和作用，输入的AMAM调制调制 信号实际上调制了信号实际上调制了SOASOA的增益，的增益， 从而使另一束从而使另一束CWCW光的输出幅度产生光的输出幅度产生 相应相应 变变化。化。 XGMXGM波长转换器波长转换器 输入光功率输入光功率 增益增益 SOA CW C S C SOA CW S C C 同向同向 反向反向 SOA波长转换器原

41、理波长转换器原理 SOASOA波长转换器的带宽波长转换器的带宽 由于该类波长转换器由于该类波长转换器(XGM/XPM)(XGM/XPM)均均 为带内复合，因此转换速率与载流子为带内复合，因此转换速率与载流子 浓度有关，从而影响调制带宽。浓度有关，从而影响调制带宽。 长腔比短腔有利，但工作电流大，长腔比短腔有利，但工作电流大， 易烧坏。易烧坏。 影响带宽的其它因素：电流、输入影响带宽的其它因素：电流、输入 功率、限制因子、差分增益等。功率、限制因子、差分增益等。 消光比：由于差分增益的不同，从消光比：由于差分增益的不同，从长波长波 长长短波长短波长的消光比要比的消光比要比从从短短波长波长长长 波长波长大大。 XGMXGM波长转换器的消光比较差，尤其对波长转换器的消光比较差，尤其对短短 波长波长长长波长波长 20 15 10 5 0 消光比消光比( ( c ) )，dBdB -30 -20 -10 0 10 20 30 c - s 25 20 15 10 5 增益，增