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光放大器与波分复用技术

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光波导芯片_波分复用_解释说明

光波导芯片_波分复用_解释说明

光波导芯片波分复用解释说明1. 引言1.1 概述光通信作为一种高速、大容量的数据传输技术，已成为现代信息社会中不可或缺的基础设施。

然而，在面对日益增长的带宽需求和传输距离要求时，传统的电路板和金属导线等传输介质已经显得力不从心。

因此，光波导芯片作为一种新型的光学器件应运而生。

1.2 文章结构本文将首先介绍光波导芯片的定义、原理、结构和特点。

随后，我们将重点讨论波分复用技术，并详细解释其原理、基础概念以及相关设备和组成要素。

然后，我们将探讨光波导芯片在波分复用中的应用，包括其在光传输中的作用机制解析、在波分复用系统中关键功能的介绍，以及一些实际应用中的效果与案例分享。

最后，我们将总结主要观点和发现，并展望光波导芯片和波分复用技术未来发展方向。

1.3 目的本文旨在通过对光波导芯片和波分复用技术进行详细说明，帮助读者深入了解光通信领域中的重要概念和技术。

同时，通过介绍光波导芯片在波分复用中的应用，使读者对该技术在实际场景中的应用效果有更全面的认识。

最后，我们将展望未来光波导芯片和波分复用技术的发展方向，为相关研究和工程领域提供参考和启示。

2. 光波导芯片:2.1 定义和原理:光波导芯片是一种集成光学器件，其通过特殊的材料结构和工艺制作而成。

它利用高折射率的核心层将光信号引导在其表面附近传输，形成一条或多条光波导路径。

这些路径类似于管道，可以将光信号有效地控制、传播和分配。

光波导芯片原理基于总反射和电磁波的耦合效应。

当光线传入具有高折射率的核心层时，由于介质折射率的差异，部分能量会被全内反射并沿着波导路径传输。

在光波导芯片中，可以通过调整核心层和包围层之间的折射率差异来改变传播模式、控制波导路径和操纵光信号。

2.2 结构和特点:通常情况下，光波导芯片由三个主要组成部分构成：核心层、包围层和衬底。

核心层是最重要的部分，用于引导光信号；包围层则用于限制光信号的传播区域，并保持其在核心层内传输；衬底则为光波导芯片提供支撑和稳定性。

光纤通信的新技术

光纤通信的新技术

光纤通信的新技术班级电信（一）班学号姓名2010年10月光纤通信的新技术摘要：光纤通信发展的目标是提高通信能力和通信质量，降低价格，满足社会需要。

进入20世纪90年代以后，光纤通信成为一个发展迅速、技术更新快、新技术不断涌现的领域。

如光放大技术，光波分复用技术，光交换技术，光孤子通信，相干光通信，光时分复用技术和波长变换技术等。

关键词:光纤通信新技术特点1光放大技术1.1光纤放大器光放大器有半导体光放大器和光纤放大器两种类型。

半导体光放大器的优点是小型化，容易与其他半导体器件集成；缺点是性能与光偏振方向有关，器件与光纤的耦合损耗大。

光纤放大器的性能与光偏振方向无关，器件与光纤的耦合损耗很小，因而得到广泛应用。

1.2掺铒光纤放大器（EDFA）的优点工作波长正好落在光纤通信最佳波段；增益高；噪声系数小；频带宽。

1.3掺铒放大器的应用EDFA的应用可分为三种形式：中继放大器；前置放大器；后置放大器。

2光波分复用技术随着人类社会信息时代的到来，对通信的需求呈现加速增长的趋势。

发展迅速的各种新型业务(特别是高速数据和视频业务)对通信网的带宽(或容量)提出了更高的要求。

为了适应通信网传输容量的不断增长和满足网络交互性、灵活性的要求，产生了各种复用技术。

在光纤通信系统中除了大家熟知的时分复用(TDM)技术外，还出现了其他的复用技术，例如光时分复用(OTDM)、光波分复用(WDM)、光频分复用(OFDM)以及副载波复用(SCM)技术。

2.1光波分复用原理2.11WDM的概念光波分复用(WDM： Wavelength Division Multiplexing)技术是在一根光纤中同时传输多个波长光信号的一项技术。

2.12WDM系统的基本形式光波分复用器和解复用器是WDM技术中的关键部件，将不同波长的信号结合在一起经一根光纤输出的器件称为复用器(也叫合波器)。

反之，经同一传输光纤送来的多波长信号分解为各个波长分别输出的器件称为解复用器(也叫分波器)。

WDM基本原理简介

WDM基本原理简介

波分复用原理简介产生背景传输带宽的需求增长，传输系统需扩容：✧增加系统数量(光纤数量)：敷设光缆，没有有效利用光纤带宽✧提高系统速率(TDM时分复用PDH/SDH)：10Gb/s,40Gb/s电子器件技术极限/成本/G.652光纤1550nm窗口的高色散✧波分复用（WDM）技术EDFA(erbium-doped fiber amplifier掺铒光纤放大器)的成熟和商用化基本概念波分复用(WDM)充分利用单模光纤低损耗区的巨大带宽资源，将光纤的低损耗窗口划分成若干个信道，把光波作为信号的载波，将多种不同波长的光载波信号在发送端经复用器(亦称合波器，Multiplexer)汇合在一起，并耦合到光线路的同一根光纤中进行传输；在接收端，经解复用器(亦称分波器，Demultiplexer)将各种波长的光载波分离，然后由光接收机作进一步处理以恢复原信号。

这种在同一根光纤中同时传输两个或众多不同波长光信号的技术，称为波分复用。

波分复用在本质上是光域上的频分复用（FDM）技术。

通道间隔的不同，可分为：–CWDM（Coarse Wavelength Division Multiplexing稀疏/粗波分复用）信道间隔为20nm–DWDM（Dense Wavelength Division Multiplexing密集波分复用）信道间隔从0.2nm 到1.2nm。

波分复用技术的优点(1) 传输容量大，可以充分利用光纤的巨大带宽资源，节约宝贵的光纤资源。

(2) 对各类业务信号“透明”，可以传输不同类型、多种格式的业务信号。

对于“业务”层信号来说，WDM的每个波长就像“虚拟”的光纤一样。

(3) 扩容方便。

WDM技术是理想的扩容手段。

对于早期芯数不多的光纤系统，利用此技术，不必做较大改动，就可以轻松扩容。

增加一个附加光波长就可以引入任意新业务或扩充容量。

(4) 组建动态可重构的光网络，在网络节点使用光分插复用器（OADM）或者使用光交叉连接设备（OXC），可以组成具有高度灵活性、高可靠性、高生存性的全光网络。

波分复用在光纤网中的应用

波分复用在光纤网中的应用

波分复用在光纤网中的应用（贺葵）
摘 要 本文简述了波分复用的基本概念；介绍了密集波分复用（DWDM）技术的发展；概要说明了目前光缆通信干线工程中所采用的DWDM技术。关键词 波分复用 密集波分复用 光缆通信 光纤放大器 同步数字体系 近几年随着多媒体通信的发展和计算机技术的广泛应用，信息交流的领域范围不断扩大，网络通信容量急剧增加，因而不断增加电信网络容量变得越来越重要。采用密集波分复用（DWDM）技术可在不投入大量资金的情况下，在原有单模光纤上提供更多的传输通道，且DWDM系统的建设周期短，能更好地实现信息传输的多元化，以较短的时间实现对光缆通信传输网的扩容，充分满足社会各界对各种带宽业务的需求。开发式的密集波分复用（DWDM）网络不仅采用光技术进行传输，而且通过光波长选择器件将不同波长的不同光信号合并和分离，在节点处实现光复用和光去复用，突破了电路的处理速度，为实现全光网络奠定了基础。1 波分复用（WDM）的原理 波分复用（WDM）就是将一系列载有信息的光载波，在光频域内以1至几百纳米的波长间隔合在一起沿单根光纤传输，在接收端再用一定的方法将各个不同波长的光载波分开的通信方式。 由于每个不同波长信道的光信号在同一光纤中是独立传输的，因此在一根纤芯中可实现多种信息的传输，如声音、数据、文本、图形和影像。它能充分利用光纤宽带的传输特性，使一根光纤起到多根光纤的作用。 WDM扩容方案充分利用了光纤的带宽，可以混合使用各种速率，各种数据格式和各厂家的设备（开放式系统）；可以通过增加新的波长和特性，非常方便地扩充网络容量，以满足用户的要求。对于2.5Gbit／S以下速率的WDM，目前的技术已经完全可以克服由于光纤色散和光纤非线性效应带来的限制，满足对传输距离的各种要求，并且已经在我国的部分通信干Байду номын сангаас应用。当然，目前WDM光传输系统只适用于点到点的传输，如何在网络环路中使用，如何实现光网络层上的保护还需进一步研究。 在光缆通信干线传输网上采用WDM系统具有以下优点。 （1）可充分利用光纤的巨大带宽资源，使一根光纤的传输容量比单波传输容量增加几倍至几十倍。 （2）对于早期敷设的芯数不多的光缆，采用WDM进行扩容可不必对原有系统作较大的改动。 （3）由于同一光纤中传输的信号波长彼此独立，因而可以传输完全不同特性的信号，完成各种电信业务（包括数字信号和模拟信号）的综合和分离，以及PDH和SDH信号的综合与分离。 （4）利用DWDM选择路由技术实现网络交换和恢复，为实现未来透明的、具有高度生存性的光网络奠定了基础。2 密集波分复用（DWDM）系统 在一根光纤内同时使用两个窗口的系统（一个为1310nm波长，另一个为1550nm波长）一般称为宽带波分复用（W－WDM）系统。而在1550nm窗口的1540nm－1565nm波长范围内，按一定间隔分为多个波道（目前以8波段和16波段为主），每个波道传输一个系统，称为密集波分复用系统（WDM）。 DWDM系统主要由合波器、分波器和接饵光纤放大器（EDFA）等组成。 EDFA可以对波长在1530nm－1565nm范围内的光信号同时进行放大。在DWDM系统中，EDFA又可分为功率放大器（BA）、前置放大器（PA）及线路放大器（LA）。2.1 开放式、集成式密集波分复用系统 波分复用系统可分为两种：开放式DWDM系统和集成式DWDM系统。 开放式DWDM系统采用波长转换器（简称OTU），将目前使用的SDH系统的2.5Gbit／S光接口，即ITU—T的G.957建议的光接口变换成指定的频率，并符合ITU－T的G.692建议的光接口。 开放式DWDM系统的主要优点是：目前光缆通信干线传输网上已采用的2.5Gbit/S SDH设备均可接入DWDM系统中，DWDM系统的生产厂商的产品可以与SDH的多生产厂商的产品兼容；对于建成后的开放式DWDM系统，在工程中尚未配置2.5Gbit/S SDH传输设备的光通道，将来扩容时2.5Gbit／s SDH传输设备的选型可以不受限制。随着非话业务的迅速发展，将来IP路由器、 ATM交换机等均可直接接入。开放式DWDM系统不足之处是成本较高。 在集成式DWDM系统中，2.5Gbit／S SDH传输设备的光接口符合指定的频率，并符合ITU－T的G.692建议的光接口，即 2.5Gbit/SSDH传输设备的光接口为符合DWDM系统要求的光接口。其主要优点是省去了OUT，可以降低成本。集成式8个波长的DWDM系统的2.5Gbit／S SDH传输设备由于中心波长偏移等指标的限制，仅能用在相关生产厂家8个波长的DWDM系统上，设备的重复利用性较差。2.2 EDFA 这里的光纤放大器是指波长1．55μm窗口使用的掺饵光纤放大器。光纤放大器对于光纤通信来说具有革命性的作用，因为它避免了光／电与电／光转换过程，可以更好地满足大容量、长距离全光传输的要求。EDFA主要由掺饵光纤、泵浦光源、耦合器、隔离器等组成。它利用掺饵光纤的非线性效应，泵浦光输入到惨饵光纤中，当有信号光输入时，辐射光的相位和波长会自发地与信号光保持一致，这样在输出端就可得到功率较强的光信号，实现了对光信号的放大。EDFA具有高增益、低燥声、频带宽、不会引起串扰等特点。按其具体应用场合可分为功率放大器（BA），前置放大器（PA），线路放大器（LA）。BA是将EDFA放在发射光源之后对信号进行放大。 LA是将 EDFA直接插入到光纤传输链路中对信号进行放大的应用形式。在长距离光纤传输系统中，线路放大器可代替再生中继器用来进行光功率的补偿。PA也称预放大器，用于光接收机前对接收到的光信号进行预放大。3 密集波分复用技术的应用3.1 国内外应用情况 随着线路放大器的研究、开发，密集波分复用技术逐步趋于成熟，美国的一家电信公司，1996年4月推出8个波长的DWDM系统，同年10月推出16个波长的DWDM系统；1998年1月推出40个波长的DWDM系统。目前，实验室的DWDM系统已达到了数百个波长。美国的长途通信公司和Qwest通信公司联合投资20亿美元采用DWDM技术正在兴建全美SDH光纤通信网，传输速率在2.5Gbit/s-20Gbit/s之间。预计到2000年，我国将建成一个以DWDM传输系统为主，沟通各大区交换中心的大容量光缆通信干线传输网。我国光缆通信干线传输网将采用8X2.5Gbit/S单纤单向的DWDM系统，近几年仍采用G.652光纤，光监控信道波长取1510nm，监控速率为2Mbit/s。DWDM的线路保护主要有采用在SDH层面上保护和光网络层的保护两种方式。由于光网络层上的保护目前很难达到，因此目前的线路保护方式只能采用在SDH层面上的保护。 由于LA仅是对光纤中的光信号进行增益补偿，并不还原成电信号，因此DWDM系统一般均设置自身独立使用的光监控信道（OSC），将LA的故障数据和运行状态等情况，通过OSC传送给网管系统，以便对DWDM系统进行实时监视，同时也解决了LA之间的公务联络问题。另外，应有OSC保护路由，防止光纤被切断后监控信息不能传送的严重后果。目前采用DWDM系统的工程中首先选用1510nm波长、2Mbit/S信号速率的OSC信号。3.2 光纤的选择 G.652光纤又称色散未位移光纤，是目前使用最为广泛的单模光纤。G.652是1310nm波长性能最佳的单模光纤，它同时具有1310nm和1550nm两个窗口。以前的PDH系统利用的就是1310nm零色散窗口，SDH系统则是利用1550nm最小衰减窗口。由于 G.652光纤在我国已大量敷设，因此利用原有的光纤采用DWDM技术实现超高速传输是当前的首选方案。 G.653光纤又称色散位移光纤，零色散窗口为1550nm，它在1550nm窗口同时具有最小色散和最小衰减，此种光纤在我国也有少量使用，它是单波长系统的最佳选择，但是由于高速传输的串扰现象使多路WDM系统很难开通，而WDM技术在传输网上的使用将是大势所趋，因此在我国已不提倡使用G.653光纤。 G.655光纤又称非零色散位移光纤，它是为了克服G.653光纤严重的4波混频而设计的一种新型光纤。对G.653光纤的零色散点进行了搬移，使1530nm－1550nm区间的色散值保持较低的水平，从而可方便地开通DWDM系统。G.655成功地克服了G.652的色散受限和G.653无法开通WDM的缺点，升级非常灵活，既可以采用TDM系统也可以采用WDM技术，从理论上讲G.655光纤的传输容量可达到1Tbit/S以上。但光纤价格较贵，采用该光纤的光缆价格为常规光缆的1.5倍。摘自《电信工程技术与标准化》

N×100Gbps 光波分复用(WDM)系统技术要求

N×100Gbps 光波分复用(WDM)系统技术要求
通 信 标 准 类 技 术 报 告
YDB XXX –2010
N×100Gbit/s 光波分复用(WDM)系统 技术要求
Technical requirements for N×100Gbit/s optical wavelength division multiplexing (WDM) systems （送审稿）
2010 –00 –00 印发
中国通信标准化协会
YDB XXX-2010
目
前 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17
次
言 .................................................................... II 范围 ..................................................................... 1 规范性引用文件 ........................................................... 1 术语和定义 ............................................................... 2 符号、代号和缩略语 ....................................................... 4 系统分类 ................................................................. 5 系统参数要求 ............................................................. 8 OTU 技术要求............................................................. 12 FEC 功能与性能要求 ....................................................... 15 波分复用器件的技术要求 ................................................... 15 放大器的技术要求 ........................................................ 17 动态功率控制和增益均衡技术要求 ........................................... 17 OADM 技术要求 ............................................................ 18 多速率混传 WDM 系统技术要求 ............................................... 19 系统监控通路技术要求..................................................... 19 传输功能和性能要求 ...................................................... 20 网络管理系统技术要求........................................................................................................... 21 ARP 进程要求 ......................................................................................................................... 21

波分复用概念与其技术讲解波分复用(WDM)是将两种或多种不同波长...

波分复用概念与其技术讲解波分复用(WDM)是将两种或多种不同波长...

波分复用概念与其技术讲解波分复用(WDM)是将两种或多种不同波长的光载波信号(携带各种信息)在发送端经复用器(亦称合波器，Multiplexer)汇合在一起，并耦合到光线路的同一根光纤中进行传输的技术；在接收端，经解复用器(亦称分波器或称去复用器，Demultiplexer)将各种波长的光载波分离，然后由光接收机作进一步处理以恢复原信号。

这种在同一根光纤中同时传输两个或众多不同波长光信号的技术，称为波分复用。

通信系统的设计不同，每个波长之间的间隔宽度也有不同。

按照通道间隔的不同，WDM 可以细分为CWDM(稀疏波分复用)和DWDM(密集波分复用)。

CWDM 的信道间隔为20nm，而DWDM的信道间隔从0.2nm 到1.2nm，所以相对于DWDM，CWDM称为稀疏波分复用技术。

CWDM 和DWDM 的区别主要有二点：一是CWDM 载波通道间距较宽，因此，同一根光纤上只能复用5 到6 个左右波长的光波，“稀疏”与“密集”称谓的差别就由此而来；二是CWDM 调制激光采用非冷却激光，而DWDM采用的是冷却激光。

冷却激光采用温度调谐，非冷却激光采用电子调谐。

由于在一个很宽的波长区段内温度分布很不均匀，因此温度调谐实现起来难度很大，成本也很高。

CWDM 避开了这一难点，因而大幅降低了成本，整个CWDM 系统成本只有DWDM 的30%。

CWDM 是通过利用光复用器将在不同光纤中传输的波长结合到一根光纤中传输来实现。

在链路的接收端，利用解复用器将分解后的波长分别送到不同的光纤，接到不同的接收机。

由于光波长与频率的关系：= ×。

实际上为一种频分复用，所以WDM通常也被称为光频分复用(OFDM), WDM系统的主要优点为：1．充分利用光纤的低损耗波段，大大增加光纤的传输容量，降低成本2．对革新到传输的信号的速率，格式具有透明性，有利于数字信号和模拟信号的兼容3．节省光纤和光中继器，便于对已经建成的系统进行扩容4．可以提供波长选路，使建立透明，灵活，具有高度生存性的WDM网络成为可能46.2.2 波分复用/解复用器件在整个WDM 系统中，需要使用多种波长的光信号，通常光纤的损耗随着传输距离的增长而增大。

光复用新技术

光复用新技术

光纤通信技术的现状及前景摘要：近年来，光纤通信技术得到了长足的发展，新技术不断涌现，这大幅提高了通信能力，并使光纤通信的应用范围不断扩大。

关键词：光纤通信传输发展引言光纤通信是利用光作为信息载体、以光纤作为传输的通信方式。

在光纤通信系统中,作为载波的光波频率比电波的频率高得多,而作为传输介质的光纤又比同轴电缆或导波管的损耗低得多,所以说光纤通信的容量要比微波通信大几十倍。

光纤是用玻璃材料构造的,它是电气绝缘体,因而不需要担心接地回路,光纤之间的串绕非常小；光波在光纤中传输,不会因为光信号泄漏而担心传输的信息被人窃听；光纤的芯很细,由多芯组成光缆的直径也很小,所以用光缆作为传输信道,使传输系统所占空间小,解决了地下管道拥挤的问题。

自光纤通信问世以来，整个通信领域发生了革命性变化，它使高速率、大容量的通信成为可能。

由于光纤通信具有损耗低、传输频带宽、容量大、体积小、重量轻、抗电磁干扰、不易串音等优点而备受业内人士的青睐，发展非常迅速。

光纤通信系统的传输容量从1980～2000年2O年间增加了近10000倍，传输速度在过去的1O年中提高了约100倍。

目前我国长途传输网的光纤化比例已超过80％，预计到2010年，全国光缆建设总长度将再增加约105km，并且将有11个大城市铺设10G以上的大容量光纤通信网络。

1.光纤通信技术的现状光纤通信的发展依赖于光纤通信技术的进步。

近年来，光纤通信技术得到了长足的发展，新技术不断涌现，这大幅提高了通信能力，并使光纤通信的应用范围不断扩大。

1.1波分复用技术波分复用(WDM，Wavelength Division Multiplexing)技术可以充分利用单模光纤低损耗区带来的巨大带宽资源，根据每一信道光波的频率或波长不同将光纤的低损耗窗口划分成若干个信道。

把光波作为信号的载波，在发送端采用波分复用器(合波器)将不同规定波长的信号光载波合并起来送人l根光纤进行传输。

在接收端，再用1个波分复用器(分波器)将这些不同波长承载不同信号的光载波分开的复用方式。

光纤通信第7章光放大器讲解学习

光纤通信第7章光放大器讲解学习

SOA也是一种 重要的光放大 器，其结构类 似于普通的半 导体激光器。
I
R1
R2
半导体光放大器示意图
•半导体光放大器的放大特性主要决定于激光腔的反射特性与 有源层的介质特性。
•根据光放大器端面反射率和工作偏置条件，将半导体光放大 器分为：----法布里－珀罗放大器(FP－SOA)
EDFA + 均衡器 → 合成增益
增益平坦/均衡技术(2)
2. 新型宽谱带掺杂光纤： 如掺铒氟化物玻璃光纤（30nm平坦带宽）、
铒/铝共掺杂光纤（20nm）等， 静态增益谱的 平坦，掺杂工艺复杂。
3. 声光滤波调节： 根据各信道功率，反馈控制放大器输出端的
多通道声光带阻滤波器，调节各信道输出功率使 之均衡，动态均衡需要解复用、光电转换、结构 复杂，实用性受限
增益钳制技术(1)
电控：监测EDFA的输入光功率，根据其大小调整 泵浦功率，从而实现增益钳制，是目前最为成熟的
方法。
In
Out
EDFA
LD Pump
泵浦控制均衡放大器（电控）
增益钳制技术(2)
在系统中附加一波长信道，根据其它信道的功率， 改变附加波长的功率，而实现增益钳制。
注入激光
四、EDFA的大功率化(1)
=1.3%
=0.7%
用于制作大功率EDFA 的双包层光纤结构图
芯层：5m 内包层： 50m 芯层(掺铒)，传播信号层(SM) 内包层，传播泵浦光(MM)
7.1 光放大器
7.1.1 光放大器概述 7.1.2 掺铒光纤放大器EDFA 7.1.3 半导体光放大器SOA 7.1.4 光纤拉曼放大器FRA
7.1.3 半导体光放大器SOA
输出信号光功率 输入信号光功率

光纤波分复用技术及WDM工作原理

光纤波分复用技术及WDM工作原理

λ1 λ2 λ3 λn 波 分 复 用 器
光纤 解 复 用 器
λ1 λ2 λ3
为帮助了解WDM的潜在通信容量，我们回忆一下普通单模石英光纤中光传输 损耗与波长的关系（见图1.1.3）。根据此图我们知道，在长波长波段，光纤有 两个低损耗传输窗口即1310nm和1550nm窗口。这两个窗口的波长范围分别从 1270nm 到1350nm和1480nm到1600nm，分别对应着80nm和120nm的谱宽范 围。而目前光纤通信系统中所使用的高质量的1550nm的光源，其调制后的输 出谱线宽度最大不超过0.2nm，考虑到老化及温度引起的波长漂移，给出约 0.4nm~1.6nm的谱宽富余量，应是合乎情理的。即使这样，单个系统的谱宽也 只占用了光纤传输带宽的几十分之一到几百分之一。为充分利用单模光纤的低 损耗区的巨大带宽资源，在光纤低损耗窗口采用多个相互间有一定的波长间隔 的激光器作为光源，经各光源调制的信号同时在光纤中传播，这就是WDM技 术。可以说，WDM技术使得光纤具有巨大带宽这一优点得以充分体现。以一 种工作在1550nm的窄线宽DFB激光器为例，它可在0.8nm的谱带内发射信号， 因此在1525nm~1565nm共40nm的范围内，WDM系统可传送50个信道。若每 个信道的传输速率为10Gbit/s，则系统总的传输速率即为50×10Gbit/s，比单 信道传输的容量增加了50倍。
3 WDM系统中的关DM系统对光源的要求 目前的光纤通信系统所采用的光源一般有半导体发光二极管(LED)和 半导体激光器(LD)。通过学习第一章和第三章的内容我们已经知道， LED与LD的特性有很大的不同。LED所产生的光不是单波长的光，谱 线很宽，约为50~100nm；LED的输出功率比激光器低很多；LED的最 高调制速率约为几百Mbit/s。因此，LED不适合作为WDM系统的光源。 LD输出虽然不是理想的单波长的光，但其谱线宽度却可以达到很窄。 虽然普通的F-P腔LD的谱宽约为8nm，但具有布拉格光栅的高质量的 DFB或DBR LD的谱宽可达10-3nm，即使考虑因调制而产生的啁啾所导 致的谱线展宽，其调制后的输出谱线宽度最大也不超过0.2nm。所以， 只有LD才能满足WDM系统对于光源波长的要求。另一方面，LD的调制 频率可达数Gbit/s，特别适合于高速传输系统。与此同时，LD输出的光 功率要比LED高很多，而且由于输出的光为相干光，大部分光能量很容 易被耦合进光纤中，因而信号可以传输更远的距离。

光信息专业实验说明：波分复用器

光信息专业实验说明：波分复用器

光信息专业实验说明：波分复用器一、实验目的和内容：1.了解波分复用技术和各种波分复用器件的工作原理和制作工艺；2.认识波分复用器的基本技术参数的实际意义，学会测量插入损耗，隔离度，偏振相关损耗等；3.分析测量误差的来源。

二、实验基本原理：波分复用技术（WDM）波分复用技术就是在单一光纤内同步传输多个不同波长的光波，让数据传输速度和容量获得倍增，它能充分利用单模光纤的低损耗区的巨大带宽资源。

在发送端经复用器(亦称合波器) 将不同规定波长的光载波汇合在一起，并耦合到同一根光纤中进行传输；在接收端，经解复用器(亦称分波器)将各种波长的光载波分离，然后由光接收机作进一步处理以恢复原信号。

图1 波分复用系统图波分复用系统最大的优点是节约光纤。

它将原来需要多对光纤承载的系统复用在一对或一根光纤上传输，大大节约光纤的用量，对于租用光纤的运营商更有吸引力；其次ＷＤＭ系统结合掺铒光纤放大器，大大延长了无电中继的传输距离，减少中继站的数目，节约了建设和运行维护成本；波分复用通道对数据格式是透明的，即与信号速率及电调制方式无关，可以承载多种业务，在现在多业务需求的运营环境下很有竞争力；利用ＷＤＭ技术选路来实现网络交换和恢复，从而可能实现未来透明的、具有高度生存性的光网络。

根据我国实际应用情况，1310/1550nm两波复用扩容系统，980/1550nm、1480/1550nmEDFA 泵浦合波系统，1510/1550nm、1650/1550nm监控信道合波系统的使用都很广泛。

目前多波长波分复用器一般研制的产品都在1550nm区域，这是由于掺铒光纤放大器的需要，也是因为光纤在1550nm区域具有更小的损耗。

一个16路密集波分复用（D WDM）系统的16个光通路的中心频率（或中心波长），信道间隔为100GHz，0.8nm。

为了确保波分复用系统的性能，对波分复用器件提出的基本要求包括：插入损耗小，隔离度大，带内平坦，带外插入损耗变化陡峭，温度稳定性好，复用通路数多，尺寸小等。

波分复用器(第八章光波分复用技术及关键器件)

波分复用器(第八章光波分复用技术及关键器件)

阵列波导光栅
1 2 3 4 1 2 3 4 星形耦合器
1
.
..
2
N 输出
AWG: 规则排列的波
导，相邻波导的长度相 差固定值DL
D2neffDL
1 2 3 4
AWG器件实物样品
1010 AWG器件樣品
55 AWG器件樣品
阵 列 波 导 光 栅 (AWG) ， 也 称 作 相 位 阵 列(Phased Array)，是WDM 通信系统中 的关键器件，除了可作为波分复用/解复用 器外, 它还是光互连器件的关键组成部分, 已经成为WDM系统中不可缺少的核心器 件。
WDM系统的基本构成主要有以下两种形式： 双纤单向传输和单纤双向传输。
(1) 双纤单向传输 单向WDM传输：指所有光通路同时在一根光纤上沿 同一方向传送； 由于各信号是通过不同光波长携带 的，彼此之间不会混淆； 在接收端通过光解复用器将不同波 长的信号分开，完成多路光信号传 输的任务。
双纤单向传输
(2) 单纤双向传输
双向WDM传输：指光通路在一根光纤上同时向两个不同的 方向传输。所用波长相互分开，以实现双 向全双工的通信。
1 光发射机1
光接收机 1
…
…
n 光发射机n
1′ 光接收机
复用/解复用器
1…n
光纤 放大器
n＋1… 2n
光接收机 n
复用/解复用器 n＋1
光发射机
1′
…
…
n′ 光接收机
单纤双向WDM传输
射光反射光
折射率
高 低 高 低 高
1,透 2,3 射 光光 纤 2
滤波器 滤1波器2
1,2,3
2,3
3
1
2

掺铒光纤放大器的原理及在密集波分复用系统中的应用

掺铒光纤放大器的原理及在密集波分复用系统中的应用

采 中 化 以前 。 了克 服 光 纤 传 输 中 的损 耗 ， 传 输 一 段 距 离都 要 进 行 “ 数 ， 用 两个 或 多个 泵 浦 源 的结 构 ， 间加 上 隔 离 器进 行 相 互 隔 离 。 为 每 再 还 生 ” 即把 传 输 后 的弱 光 信 号转 换 成 电信 号 ， 过 放 大 、 形 后 ， 去 为 了 获 得 较 宽 较 平 坦 的 增 益 曲 线 ， 加 入 了 增 益 平 坦 滤 波 器 。 ． 经 整 再 调 制 激 光 器 ， 成 一 定 强 度 的 光 信 号 。随 着 传 输 码 率 的 提 高 ， 再 生 ” 生 “ 的 难 度 也 随 之 提 高 ． 了信 号 传 输 容 量 扩 大 的 “ 颈 ” 成 瓶 。 掺 铒 光 纤 放 大 器 实 用 化 ， 现 了 直 接 光 放 大 ， 省 了 大 量 的 再 实 节 生 中 继器 ． 得 传 输 中 的光 纤 损 耗 不 再 成 为 主要 问题 ， 时使 传 输 使 同 链 路 “ 明 化 ”． 化 了 系 统 ， 几 倍 或 几 十 倍 地 扩 大 了 传 输 容 量 ， 透 简 成 促 进 了 真 正 意 义 上 的 密 集 波 分 复 用 技 术 的 飞 速 发 展 ， 光 纤 通 讯 领 域 是
二 、 铒 光 纤 放 大 器 的 基 本 工 作 原 理 掺
的信 号功 率 一 般都 比较 大 ， 以 ， 一 功率 放 大 器 的 噪 声指 数 、 益 所 对 增 要求 并 不 是很 高 ， 要 求放 大后 ， 比较 大 的输 出 功率 。 但 有 ２ 线 路 放 大 器 （ ｉｅ Ａ ｐｉｅ） 处 于 功 率 放 大 器 之 后 ， 于 周 期 ． Ｌｎ — ｍ ｌ ｒ ， ｉ ｆ 用
【 关键 词 】 掺 铒光 纤放 大 器

opt的原理和应用技术

opt的原理和应用技术

OPT的原理和应用技术概述Optical Transport Network（光传送网络），简称OPT，是一种基于光纤传输技术的网络传输系统。

它采用波分复用、光电转换和多路复用等技术，能够通过光纤实现高速、高容量的数据传输。

OPT在现代通信网络中发挥着重要的作用，本文将介绍OPT的原理和应用技术。

原理OPT的原理基于光纤传输技术和波分复用技术。

光纤是一种能够传输光信号的细长纤维，它具有低损耗、高带宽和抗干扰等优点。

波分复用技术可以将不同波长的光信号同时传输在同一根光纤中，从而实现多信道的传输。

OPT的工作原理可以分为以下几个步骤： 1. 光信号发射：发送端将要传输的数据转换为光信号，并通过光发射器发射到光纤中。

2. 光信号传输：光信号通过光纤传输，利用光的全内反射特性，光信号可以在光纤中传输很长的距离而不损失信号质量。

3. 光信号接收：接收端使用光接收器接收光纤中的光信号，并将其转换为电信号。

4. 数据处理：接收端对电信号进行处理和解码，将其转换为原始数据。

应用技术OPT在现代通信网络中有广泛的应用，主要包括以下几个方面：光通信OPT是实现高速、高容量通信的关键技术之一。

光纤具有高带宽和低损耗的特点，可以支持大量的数据传输。

OPT利用波分复用技术，将不同波长的光信号通过同一根光纤传输，从而提高了光纤的传输能力。

通过OPT，可以实现数百上千个信道的同时传输，满足了高带宽的通信需求。

光传送网OPT可以用于构建光传送网，实现长距离的数据传输。

光纤传输具有低损耗、高速率和良好的抗干扰性能，可以实现数百甚至上千公里的传输距离。

光传送网可以连接不同地区的通信网络，实现全球范围内的数据传输。

光交换技术OPT可以应用于光交换技术中，实现对光信号的交换和路由。

光交换技术可以实现对光信号的快速切换和传输路径的选择，从而提高网络的灵活性和可靠性。

光交换技术在光传送网中起到重要的作用，能够实现大容量的光信号交换和转发。

什么是波分复用技术

什么是波分复用技术

什么是波分复用技术在同一根光纤中同时让两个或两个以上的光波长信号通过不同光信道各自传输信息,称为光波分复用技术,简称WDM。

光波分复用包括频分复用和波分复用。

光频分复用(FDM)技术和光波分复用(WDM)技术无明显区别,因为光波是电磁波的一部分,光的频率与波长具有单一对应关系。

通常也可以这样理解,光频分复用指光频率的细分,光信道非常密集。

光波分复用指光频率的粗分,光倍道相隔较远,甚至处于光纤不同窗口。

光波分复用一般应用波长分割复用器和解复用器(也称合波/分波器)分别置于光纤两端,实现不同光波的耦合与分离。

这两个器件的原理是相同的。

光波分复用器的主要类型有熔融拉锥型,介质膜型,光栅型和平面型四种。

其主要特性指标为插入损耗和隔离度。

通常,由于光链路中使用波分复用设备后,光链路损耗的增加量称为波分复用的插入损耗。

当波长11,l2通过同一光纤传送时,在与分波器中输入端l2的功率与11输出端光纤中混入的功率之间的差值称为隔离度。

光波分复用的技术特点与优势如下:(1)充分利用光纤的低损耗波段,增加光纤的传输容量,使一根光纤传送信息的物理限度增加一倍至数倍。

目前我们只是利用了光纤低损耗谱(1310nm-1550nm)极少一部分,波分复用可以充分利用单模光纤的巨大带宽约25THz,传输带宽充足。

(2)具有在同一根光纤中,传送2个或数个非同步信号的能力,有利于数字信号和模拟信号的兼容,与数据速率和调制方式无关,在线路中间可以灵活取出或加入信道。

(3)对已建光纤系统,尤其早期铺设的芯数不多的光缆,只要原系统有功率余量,可进一步增容,实现多个单向信号或双向信号的传送而不用对原系统作大改动,具有较强的灵活性。

(4)由于大量减少了光纤的使用量,大大降低了建设成本、由于光纤数量少,当出现故障时,恢复起来也迅速方便。

(5)有源光设备的共享性,对多个信号的传送或新业务的增加降低了成本。

(6)系统中有源设备得到大幅减少,这样就提高了系统的可靠性。

情境4-3 光放大器

情境4-3 光放大器

1480 nm 光子
1550 nm I15/2 1550 nm
1550 nm
受激辐射
③
④
⑤
⑥
1550 nm 基态能带
基态， 能量最低
当泵浦(Pump, 抽运) 光激励，铒离子吸收泵浦 光，基态跃迁到激发态。 激发态不稳定，Er3+ 很快返回到亚稳态。 亚稳态粒子数积累，
平均寿命 1s 平均寿命
激发态
掺杂光纤放大器。在光纤原材料中掺入其它元素，形成掺杂
光纤。掺杂光纤放大器是利用稀土金属离子作为激光工作物 质的一种放大器
传输光纤放大器。它是根据光纤中的非线性效应制成的光放
大器。
4. 光放大器的原理 基本原理：通过受激辐射或受激散射原理实现对入射光信号的 放大的，其机理与激光器完全相同，但没有反馈机制，因而可以放 大信号但不能产生相干光输出。 基本结构：光放大器要结构上是一个没有反馈或反馈较小的激 光器。
掺Er3+光纤
构造与单模光纤的构造一样。铒离子位于纤芯中央地带， 将铒离子放在这里有利于其最大地吸收泵浦和信号能量，从 而产生好的放大效果。
折射率较低的玻 璃包层完善波导结 构，提供抗机械强 度的特性。 涂覆层将光纤总 直径增大到 250μm 。
掺铒 高密度 带 (10 0 ～ 2 00 0 p pm) 直径 3～6 m 掺锗 的纤芯
泵浦光与信号光从同一端注入掺铒光纤。输入泵浦光较强， 故粒子反转激励也强，其增益系数大。 优点：构成简单，噪声指数较小 缺点：输出功率较低。
光隔离器 输入信号
WDM EDF
光隔离器
光滤波器
泵浦激光器
输出信号
反向泵浦结构EDFA
泵浦光与信号光从不同的方向输入掺铒光纤，两者在掺
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6.1.3 光放大器的性能－增益饱和 小信号增益：
当P / Ps <<1，或 P << Ps ，称为小信号增 益。（ Ps 为饱和功率）
当P增大至可与Ps 相比拟时，G(ω)降低， g(ω)也降低。 饱和输出功率：
定义放大器增益降至最大小信号增益一半时 的输出功率为饱和输出功率。
6.1.3 光放大器的性能－增益饱和
掺稀土 光纤放 大器 半导体 光放大 器 光纤(喇 曼)放大 器
粒子数 反转 粒子数 反转
光
数米 到数 十米 电 100μ m~1 mm 数千 米
好
容易
无
好
差
很难
大
差
光学非 光 线性(喇 曼)效应
好
容易
大
好
6.1.3 光放大器的性能
光放大器的功能： 提供光信号增益，以补偿光信号在通路中的传输衰减， 增大系统的无中继传输距离。 光放大器原理： 在泵浦能量作用下实现粒子数反转，然后通过受激辐射 实现对入射光信号的放大 光放大器是基于受激辐射或受激散射原理实现入射光信 号放大的一种器件，其机制与激光器完全相同。 实际上，光放大器在结构上是一个没有反馈或反馈较小 的激光器。
光纤喇曼放大器（FRA） 泵浦光与信号光可同向或反向传输，增益带宽约为 6THz。 光纤布里渊放大器（FBA） 泵浦光与信号光只能反向传输，增益带宽相当窄， 为30~100MHz。
6.1.2 光放大器的种类
掺杂光纤放大器
利用掺杂离子在泵浦光作用下形成粒子数反转分布，当 有入射光信号通过时实现对入射光信号的放大作用。 优点： 掺铒与掺镨光纤放大器具有增益高、噪声低、频带 宽、输出功率高等优点，具有广泛的应用前景。
6.1.1 光纤通信中的光电中继器
传统的光通信系统采用的是光电转换的中继器。 中继原理：
光信号首先由光电二极管转变成电信号。 电信号经电路整形放大后再重新驱动一个光源，实 现光信号的再生。
6.积大 耗能多 特别对多信道复用和双向复用光纤通信系统，这种中 继方式十分复杂，极其昂贵。
EDFA噪声
6.1.3 光放大器的性能－放大器噪声
因此：
( SNR ) out ≠ ( SNR ) in
Fn ≠ 1
EDFA噪声
6.1.3 光放大器的性能－放大器噪声 ASE噪声近似为白噪声，噪声功率谱密度为：
对色散限制的系统，有必要对光信号进行再生， 采用光电转换的中继器。 对损耗限制的系统，只用对光信号进行放大，采 用光放大器。
光放大器优点：结构简单、价格便宜
6.1.2 光放大器的种类
半导体激光放大器（SLA） 非线性光纤光放大器 掺杂光纤放大器
6.1.2 光放大器的种类
半导体光放大器
饱和区域
6.1.3 光放大器的性能－放大器噪声
所有光放大器在放大过程中都会把自发辐射 （或散射）叠加到信号光上，导致被放大信 号的信噪比（SNR）下降。 其降低程度通常用噪声指数Fn来表示：
( SNR ) in Fn = ( SNR ) out
6.1.3 光放大器的性能－放大器噪声 在放大器输出端信号已得到放大，但也 产生了新的自发辐射噪声。 ASE噪声叠加在信号上，导致信噪比下 降。
6.1.2 光放大器的种类
掺杂光纤放大器的特性主要由掺杂元素决定： 掺铒(Er)光纤放大器(EDFA)：工作波长1550 nm 掺镨(Pr)光纤放大器(PDFA)：1300 nm 掺铥(Tm)光纤放大器(TDFA)：1400 nm
几种光放大器的比较
放大器类 型 原理 激励 方式 工作 长度 噪声 与光纤 与光偏 稳定 特性 耦合 振关系 性
光 纤 通 信
电子科技大学
光电信息学院 光纤通信课程组
第六章
光放大及波分复用技术
本章内容： 6.1 光放大器基础 6.2 半导体光放大器 6.3 掺铒光纤放大器 6.4 波分复用技术
6.1 光放大器基础
光纤的损耗和色散限制了通信距离。
色散 时间 输入信号 损耗 时间 非线性
⇒ ⇒ ⇒
脉冲展宽
随着输出功率的增 大，增益出现了饱 和。
G − 1 Pout ) G = G 0 exp( − ⋅ G Ps
6.1.3 光放大器的性能－增益饱和
放大器峰 值增益G0
-3dB
s Pout
饱和输出功率： 放大器增益降至 小信号增益一半 时的输出功率。 增益饱和：当Pin增大 到一定值，G开始下降 。
6.1.3 光放大器的性能
6.1.3 光放大器的性能
6.1.3 光放大器的性能
放大器的增益：
不仅与信号光的频率有关，而且还依赖于其强度。 对于均匀展宽二能级系统，增益系数g可表示为：
g0 g (ω ) = 2 2 1 + (ω − ω 0 ) T2 + P / Ps
g0为由放大器泵浦大小决定的峰值增益，ω为入射 光信号的频率， ω0为激活介质的跃迁频率，P为信 号光功率，Ps为饱和光功率，T为横向驰豫时间。
输出信号 衰减
频率
新频率
6.1 光放大器基础
为了满足长距离通信的需要，必须在光 纤传输线路上每隔一定距离加入一个中 继器．以补偿光信号的衰减和对畸变信 号进行整形，然后继续向终端传送。 中继方法：
光电光混合中继器
结构复杂，价格昂贵，且不能用于波分复用系 统中。
全光中继器
对光信号进行直接放大。
6.1.3 光放大器的性能－增益和带宽 增益谱宽：
增益谱宽定义为增益谱g(ω)降至最大值一 半处的全宽（FWHM）。
放大器的增益或放大倍数：
G = Pout / Pin
放大器带宽ΔυA：
放大器的带宽定义为增益G(ω)降至最大放 大倍数一半处的全宽度（FWHM） 。
6.1.3 光放大器的性能－增益和带宽 当频率ω偏离ω0时， G(ω)下降得比 g(ω)快得多。
半导体激光器芯片两端镀上增透膜。 优点：单程增益高，小型化，容易与其他半导体器 件集成。 缺点： – 性能与光偏振方向有关， – 与光纤的耦合损耗大。
6.1.2 光放大器的种类
非线性光纤放大器
利用光纤中的非线性效应，利用受激拉曼散射（SRS） 和受激布里渊散射（SBS）。
需要对光纤注入泵浦光，泵浦光能量通过SRS 或SBS传送到信号上，同时部分能量转换成分 子震动（SRS）或声子（SBS）。