光纖通信新技術(shù)2

1、第二講 光放大與相干光通信技術(shù)光纖通信新技術(shù)1數(shù)字光電中繼器原理框圖2光放大技術(shù)光電中繼器采用O/E/O方式實現(xiàn)光信號的再生。設(shè)備復(fù)雜、體積大、耗能大。在多信道復(fù)用和雙向復(fù)用光纖通信系統(tǒng)中，這種中繼方式將變得十分復(fù)雜和極其昂貴。3光放大技術(shù)全光中繼器-光放大器半導(dǎo)體激光放大器非線性光纖放大器摻雜光纖放大器4光放大技術(shù)半導(dǎo)體激光放大器（SLA）在半導(dǎo)體激光器芯片兩端鍍上增透膜而形成。偏置電流需靠近閾值且略小于閾值。采用電泵浦，實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布，產(chǎn)生受激輻射完成光的放大。5光放大技術(shù)非線性光纖放大器利用光纖中的非線性效應(yīng)，例如受激喇曼散射(SRS)和受激布里淵散射(SBS)完成光的放大。對光纖注

2、入泵浦光，泵浦光能量通過SRS或SBS傳送到信號光上，同時有部分能量轉(zhuǎn)換成分子振動(SRS)或聲子(SBS)。一個弱信號與一個強泵浦光同時在光纖中傳輸，并使弱信號波長置于泵浦光的增益帶寬內(nèi)，弱信號就可被放大。分為光纖喇曼放大器（FRA）和光纖布里淵放大器（FBA）兩種。6光放大技術(shù)非線性光纖放大器FRA與FBA的區(qū)別：FRA可同向或反向泵浦，F(xiàn)BA只可逆向泵浦。FBA的斯托克斯移動要比FRA小三個量級。FRA的增益帶寬約為6THz，而FBA的增益帶寬只有30100MHz。7光放大技術(shù)摻雜光纖放大器利用摻入石英光纖的稀土離子作為增益介質(zhì)，在泵浦光的激發(fā)下形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布，實現(xiàn)光的放大。放大器的

3、特性主要由摻雜元素（ Er3+ 、 Pr3+ Nd3+)決定。其中摻Er3+光纖放大器工作波長為1.55um，摻Pr3+和Nd3+的光纖放大器工作波長為1.31um。8光纖放大器構(gòu)成光隔離器波分復(fù)用器泵浦摻鉺光纖光隔離器輸出信號9光放大技術(shù)摻鉺光纖放大器（EDFA）由摻鉺光纖、泵浦光源、光耦合器和光隔離器構(gòu)成。摻餌光纖放大器是利用鉺離子在泵浦光作用下產(chǎn)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)而對入射光信號提供光增益。10光放大技術(shù)摻鉺光纖放大器的優(yōu)點工作波長正好落在光纖通信最佳波段（15001600nm）。主體是一段光纖，與傳輸光纖耦合損耗小。增益高，飽和輸出光功率大，增益特性與光偏振狀態(tài)無關(guān)。噪聲指數(shù)小，多信道傳輸時，

4、隔離度大，無串?dāng)_，適于波分復(fù)用系統(tǒng)。頻帶寬，可進行多信道傳輸，有利于增加傳輸容量。11下表列出國外幾家公司EDFA商品的技術(shù)參數(shù) 12實用光纖放大器外形圖及其構(gòu)成方框圖激光器驅(qū)動輸入監(jiān)視和告警電路泵浦監(jiān)視和控制電路泵浦LDPD探測器泵浦LD輸入隔離器輸入WDM輸出耦合器輸出隔離器輸出WDM摻鉺光纖熱 沉光輸入5 V0 V5 V電源監(jiān)視光輸出13EDFA實物中興光電子Mini EDFA DWDM用低噪聲光纖放大器模塊（16波） CATV用摻鉺光纖放大器14光放大技術(shù)摻鉺光纖放大器的應(yīng)用在線放大器（LA） 光纖放大器的應(yīng)用形式中繼放大器LDPD“摻鉺光纖放大器(EDFA)+密集波分復(fù)用(WDM)+

5、非零色散光纖(NZDSF，即G.655光纖)+光子集成(PIC)”正成為國際上長途高速光纖通信線路的主要技術(shù)方向。15摻鉺光纖放大器的應(yīng)用前置放大器（PA）后置放大器（BA）光纖放大器的應(yīng)用形式前置放大器和后置放大器 后置放大器前置放大器LDPD光纖16摻鉺光纖放大器的應(yīng)用局域網(wǎng)的功率放大器光發(fā)送機光接收機A17EDFA在DWDM系統(tǒng)中的級聯(lián) 18相干光通信技術(shù)光強調(diào)制-直接檢測（IM-DD）調(diào)制解調(diào)容易，成本低。不能充分利用光纖的帶寬，接收靈敏度低，傳輸距離短。相干光通信信號可以以調(diào)幅、調(diào)頻或調(diào)相的方式調(diào)制到光載波上，利用零差或外差技術(shù)檢測信號。關(guān)鍵要產(chǎn)生相干光。19IM/DD系統(tǒng)強度調(diào)制直

6、接檢測系統(tǒng)（Intensity Modulation /Direct Detection）是最簡單的一種傳輸方式，目前大多數(shù)的光纖通信系統(tǒng)都采用這種傳輸技術(shù)?！皬姸日{(diào)制”是指在發(fā)送端，用電的脈沖信號來控制光源，使其按照信號的強弱發(fā)光或者不發(fā)光；直接檢測是指在接收端用光電檢測器直接檢測光的有無，再轉(zhuǎn)化為電信號。 20相干光通信系統(tǒng)的組成21ASK、 PSK和FSK調(diào)制方式比較 相干光通信的調(diào)制技術(shù)22 相干光通信的調(diào)制技術(shù) 幅移鍵控(ASK)ASK相干通信系統(tǒng)必須采用外調(diào)制器來實現(xiàn)，如果采用直接光強調(diào)制，幅度變化將引起相位變化。外調(diào)制器通常用鈦擴散的鈮酸鋰(Ti: LiNbO3)波導(dǎo)制成的馬赫-

7、曾德爾(MZ)干涉型調(diào)制器。相移鍵控(PSK)頻移鍵控(FSK)23相干光通信的檢測技術(shù)相干檢測的工作原理到達接收端的信號光場為本振光場為光電流為其中，IF= 0- L，稱為中頻。本振信號可使接收光信號得到放大，稱為本振增益。這使接收機的靈敏度大大提高。24相干光通信的檢測技術(shù)零差檢測本振光與信號光頻率相等時，中頻為零，稱為零差檢測。25相干光通信的檢測技術(shù)外差檢測本振光與信號光頻率不相等時，稱為外差檢測。26相干光通信技術(shù)中頻檢測外差同步解調(diào)靈敏度高外差包絡(luò)（異步）解調(diào)簡化了接收機的設(shè)計， 技術(shù)上容易實現(xiàn)2728圖7.43 不同調(diào)制方式外差接收機量子極限誤碼率 29相干光通信技術(shù)相干光通信的優(yōu)點接收靈敏度高，比IM-DD系統(tǒng)高1025dB（采用了調(diào)制技術(shù)），可大大延長中繼距離。 PSKFSKASK(3dB) 零差外差(3dB)具有很好的頻率選擇性（中頻波段的窄帶濾波器制作容易），可實現(xiàn)信道間隔110GHz的DWDM，從而有效增加傳輸容量。30相干光通信技術(shù)相干光通信