光放大板（OA板）介绍

光放大板（OA板）介绍作者：朱晓宇张立军主要内容OA板单板概述EDFA原理介绍OA板的功能OA的指标要求OA的调试方法OA的常见故障及排除方法OA的使用注意事项OA单板影响光通信系统信号传输的主要因素：损耗、光纤的色散、非线性OA单板：

又叫光放大板，主要功能为利用掺铒光纤放大器（EDFA，Erbium-dopedOpticalFiberAmplifier）实现对光信号的放大。OA的作用：补偿在终端节点中由合波器、分波器的插入损耗或线路(光纤的损耗大约为0.2dB/km)中光传输引入的衰减损耗，使放大后的光信号有足够的光功率完成光纤线路的传输。单板在系统中的位置系统框架

OA单板的分类根据在系统中所处的位置OBA、OLA、OPA、ONA根据所用EDFA模块的放大信号波段C波段、扩展C波段（CE）根据EDFA模块具体类型单泵、双泵、三泵、四泵普通OA、ONA根据发展历史分OA、EOA、SEOAOA单板命名规则命名规则：OA类型（OBA、OLA、OPA、ONA）+

（占槽位数标识或高功率输出标识）+OA标准增益值+OA最大输出光功率值。

例如：OPA1715、EOPAS1717、EONAD2520、EONAH2724OA单板与EOA板的区别不同点OAEOA控制核心电路闭环模拟电路（慢速）闭环数字处理（快速）瞬态性能差好光检测电路线性检测（25dB）对数检测（50dB）定标方法硬件定标软件定标AD采集电路慢速AD（mS）快速AD（uS）DA设置电路慢速DA（mS）快速DA（nS）温度控制电路线性控制（效率低、噪声小）PWM控制（效率高、噪声大）槽位双槽位单槽位、双槽位单板结构电板+光板EOA_D、EOA_D+EOA_AEDFA泵浦个数单泵、双泵单泵——四泵EDFA类型OBA、OLA、OPAOBA、OLA、OPA、ONAEDFA接口34芯接口、扁平电缆连接160芯接口、电插座直连面板光接口SC、LCLC、E2000主要内容OA板单板概述EDFA原理介绍OA板的功能OA的指标要求OA的调试方法OA的常见故障及排除方法OA的使用注意事项EDFA的概念掺铒光纤放大器（Erbium-dopedOpticalFiberAmplifier，EDFA）的组成基本上包括掺铒光纤，泵浦激光器，光合路器几个部分。EDFA的放大原理与激光产生原理类似，光纤中参杂的稀土族元素Er(3+)。其亚稳态（meta-stablestate）和基态（groundstate）的能量差相当于1550nm光子的能量。当吸收适当波长的泵浦光能量（980nm或1480nm）后，电子会从基态跃迁到能阶较高的激发态（excitingstate），接着释放少量能量转移到较稳定的亚稳态(metastablelevel)，在泵浦光源足够时铒离子的电子会发生粒子数反转（populationreverse），即高能阶的亚稳态比能阶低的基态电子数量多。当适当的光信号通过时，亚稳态电子会发生受激辐射效应，放射出大量同波长光子。EDFA的优点放大带宽大对速率透明大的增益范围（17~38dB）、高的输出功率（26dBm）、低噪声系数（理论上的极限值约为3dB）能量的转换效率比较高可以多通道同时放大，无串扰对偏振不敏感放大波长区与光纤的低损耗区重叠其它放大器简述光放大器一般可以分为光纤放大器和半导体光放大器两种。光纤放大器还可以分为掺铒(Er)光纤放大器，掺镨(Pr)光纤放大器以及拉曼放大器等几种。掺镨的放大器可以工作于1310nm波长，但是由于转换效率不理想，现在仍然处于实验室研究阶段。拉曼放大器是近几年开始商用化的一种新型放大器，主要应用于需要分布式放大的场合。半导体光放大器结构小巧，方便集成，一直被很多人看好，但是由于偏振效应不太理想，一直没有大规模商用化。光放大器放大作用示意图OpticalPowersatInput&OutputGPOut=GPInPInPOutPlaserpump980nmpump1480nmpumpFastnon-radiationdecayN1atGroundLevelN3~0at980nmPumplevelN2atMetastableLevel

AmplifiedSignalsPlusASE1550nmSignalsEDFA工作原理980nm泵浦：噪声性能好，激光器发光效率低，通常用在第一泵1480nm泵浦：激光器效率高，噪声性能稍差EDFA能级结构图EDFA放大作用和噪声产生过程OpticalPumping(StimulatedAbsorption)OpticalAmplification(StimulatedEmission)BeforeE1h

pE0E1h

sE0AfterE1E0E12h

sE0NoiseGeneration(SpontaneousEmission)E1E0E1h

nE0

EDFA模块结构示意图一（前向泵浦）ErbiumDopedSilicaFiberIsolatorIsolatorIsolatorPumpLaser980nmor1480nmWDMPinPoutForwardPumpingEDFA模块结构示意图二（双向泵浦）ErbiumDopedSilicaFiberIsolatorIsolatorIsolatorPumpLaser980nmor1480nmWDMPinPoutBidirectionalPumpingWDMPumpLaser980nmor1480nmEDFA模块结构示意图三（后向泵浦）ErbiumDopedSilicaFiberIsolatorIsolatorIsolatorPumpLaser980nmor1480nmWDMPinPoutBackwardPumpingC波段两泵浦EDFA模块示意图无源器件WDM耦合器，将泵浦光和信号光耦合入饵纤；隔离器（Isolator），防止光反向传输；增益平坦滤波器（GFF，GainFlatteningFilter

），使输出光谱满足既定需求有源器件掺铒光纤，是增益介质；泵浦激光器，实现粒子数反转；VOA（VariableOpticalAttenuator

），在ONA中调整增益和增益斜率；EDFA模块内部结构EEPROMEDFA内部，用于记录EDFA的一些信息1，模块信息：模块型号，序列号，工作带宽，增益特性等2，泵浦信息：在标称和单波入光时候，各泵浦的驱动电流值3，ONA增加了各个增益点下，单波入光和标称入光时候的各个泵浦的驱动电流值；NF（NoiseFigure）；GF（GainFlatness）；VOA衰减量、VOA本底衰减值、VOA最高工作电压等信息

不同EDFA类型技术难点按工作波段分小类关注重点CC普通（OPA,OBA,OLA）GS,GF,20dBm以下，可靠性，小型发展：单槽位发展，单泵，C(ONA)NF的问题，ONAC2520（VOA，DCM带来的衰减）C(大功率，21dBm以上)NF的问题,可靠性的问题CECE普通（OPA,OBA,OLA）波长范围增加，对模块内部的GFF有更高的要求，GF的问题CE(ONA)NF,全温度范围内的增益平坦度CE(大功率)GF,可靠性，OBAE2826,2624主要内容OA板单板概述EDFA原理介绍OA板的功能OA的指标要求OA的调试方法OA的常见故障及排除方法OA的使用注意事项OA单板可以实现的功能增益锁定、功率箝制、增益调节(-5dB~+5dB)光功率检测及告警上报自动功率衰减APR/自动功率关断APSD泵浦激光器的驱动电流、制冷电流、管芯温度检测及超限告警环境温度检测及告警完成1510nm监控信道光的合分波功能主要芯片和关键技术主要芯片：(1)最小系统，CPU为AM186CC(CCM)，SEOA上换成了MPC852(CCSM3)；（2）

DSP，TMS320VC5409；（3）

AD芯片ADC10738、ADC10464，DA芯片DAC904；（4）

高电流达林顿管

关键技术:(1)激光器模拟控制电路；(2)激光器温度控制；(3)增益控制算法；(4)

瞬态抑制算法；

普通EOA单板基本构成

单板功能结构图

EONA结构示意图OA单板的电路基本构成功率箝制

上箝位

保证光功率输出不超过预设的最大值；下箝位

在OA无输入光功率的情况下，系统要求OA（OBA和OLA）有一定光功率的输出；

增益锁定正常工作情况下，OA的增益等于设定增益。在系统运行过程中，由于业务扩容、业务调度或者检修等原因，波长通道数目会发生改变，为保证其他通道业务的正常传输，要求在OA正常工作状态下各波长通道的光功率保持恒定，即要求EOA单板具有增益锁定功能。性能采集OA单板采集两类性能量：

Ⅰ

EDFA主光通道性能量，包括EDFA输入、输出光功率（单位dBm）；

Ⅱ

泵浦性能量，包括泵浦驱动电流（单位A）、制冷电流（单位A）、管芯温度（单位°C）、背光电流（单位mA）。

OA在系统中的应用－功能OBA（光功率放大器）：置于OMU单板之后，对OMU输出光进行放大，并完成1550nm通道和1510nm监控通道的合波OPA（光前置放大器）：置于分波板ODU之前，用于弥补传输引入的插损，完成1550nm通道和1510nm监控通道的分波，将分出的1550nm信号光放大后送给ODU板。OPA＋DCM＋OBA用作线路放大及色散补偿ONA＋DCM用作线路放大及色散补偿OPA＋OAD＋OBA用作光通道的上下路及功率放大。OA在系统中的应用－保护APR/APSD：即自动功率减小/自动保护关泵。为了防止光功率的强烈浪涌对系统造成损坏，同时也为了保护操作者的人身安全，要求DWDM系统在当前EDFA接收信号丢失的情况下，自动关断上游放大器（或把EDFA的输出光功率减小到安全功率范围内）。该功能通过APS总线（HDLC）由OA板与其他单板（OSC）配合完成。APS：即自动保护倒换，复用段的保护倒换由OA、OSC、OP等单板协同实现。同一节点机架内通信通过APS总线，节点之间通信走监控信道的K1，K2字节。APR进程原理APR重启动进程APR进程的一些重要参数APR完成后OA的输出功率<0dBmAPR重启动脉冲的功率<10dBm光信号丢失（LOC）确认时间为500msAPR进程去激活时间<3000msAPR进程激活时间<2500ms重启动脉冲持续时间为9±0.5s

重启动脉冲间隔时间为100～300s（自动）主要内容OA板单板概述EDFA原理介绍OA板的功能OA的指标要求OA的调试方法OA的常见故障及排除方法OA的使用注意事项OA的指标要求增益平坦度（GainFlatness）噪声系数（NoiseFigure）增益斜率（GainSlop）增益锁定范围端口反射及泵浦泄漏工作温度EDFA相关指标概念说明GS:

由于光纤非线性效应SRS（StimulatedRamanScattering，SRS，受激拉曼散射）的影响，当多个信道同向传输时，短波长的光会将能量向长波长的信道转移。设置为-1是为了降低这种效应对系统的影响。GF:受两个方面的影响：GS，GREDFA相关指标OBAC2220-N

PARAMETERMINTYPMAXUNITSWavelength1529（C-BAND）

1565（L-BAND）1561（C-BAND）1605（L-BAND）nmInputPower-190+2dBmOutputPower@0dBmInput20dBmNormalGain20dBExtendedGainRangeInputPowerrange:-17dBm～+4dBm18dBInputPowerrange:-21dBm～0dBm22dBGainFlatness@NormalGain,25℃,overallinputrange1.5dB@Extendedgainrange,-10℃～65℃,overallinputrange3.0dBGainRipple@NormalGain,25℃,overallinputrange1.0dB@Extendedgainrange,-10℃～65℃,overallinputrange1.5dBNoiseFigure（@Extendedgainrange,-10℃～65℃,overallinputrange）5.8dBEDFA相关指标ONAE2724-N

PARAMETERMINTYPMAXUNITSWavelengthRange1528.581568.76nmGainRange222732dBInputPower-330dBmOutputPower@AllGainRange24dBmEVOAAttenuationRange020dBDCMIsolationLoss10.51111.5dBOpticalPowerperchannelonDCM10dBmGainFlatness@0℃～40℃,allGainRange,-1dB/32nmGainslope2.0dB@-10℃～65℃,allGainRange,-1dB/32nmGainslope3.0dBGainRipple@0℃～40℃,allGainRange,-1dB/32nmGainslope1.5dB@-10℃～65℃,allGainRange,-1dB/32nmGainslope2.5dBNoiseFigure（@Gain=20dB,-10℃～65℃,overallinputrange）7.5dBGainSlopeRange-4-1+1dB/32nm主要内容OA板单板概述EDFA原理介绍OA板的功能OA的指标要求OA的调试内容OA的常见故障及排除方法OA的使用注意事项OA调试方法及步骤下载正确的单板软件在EEPROM中写入正确的重要参数焊接合适的限流电阻对光功率进行定标调整OA的增益到标称值小信号增益定标瞬态响应调试小信号增益补偿补偿原理：在大信号时，由于Psignal较大，Pase功率所占比例很小，信号增益的偏差并不大；而在小信号时，由于Psignal较小，Pase功率所占比例很大，所以增益的偏差较大。通常需要提高泵浦输出功率，来补偿ASE(AmplifiedSpontaneousEmission)造成的增益下降。

对于固定增益，ASE功率就固定了。以dB为单位可以计算ASE补偿的量为：小信号增益补偿原理示意小信号增益补偿原理

EDFA瞬态响应测试装置结构示意图瞬态响应特性说明：

1.如果没有40波或80波系统，可以用光功率的降低模拟掉波情况；2.示波器要用两只表笔，1路作为触发源，观测2路功率变化情况瞬态响应特性

EDFA瞬态响应参