光纤通信第五章3用.ppt

第五章 光纤通信系统 5.1数字光纤通信系统 5.2 SDH系统 5.3数字光纤传输系统的总体设计 5.4数字光纤传输系统的性能指标 5.5光纤放大器及其在光纤通信系统中的应用 5.5 光纤放大器及其在光纤 通信系统中的应用 3、对信号“透明”，其性能与所传输电信号的形式、比特率和调制方式无关，更新系统只需更换终端设备； 4、频带极宽，达1～4THz，便于超高速传输、波分复用和光频分复用，可更有效的利用光纤的带宽资源。 5.5.2光放大器的种类： 半导体激光放大器 非线性光纤光放大器掺杂光纤放大器 1.半导体光放大器 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 2.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振动（SRS）或声子（SBS）。 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。 3.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。 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 5.5.3 掺铒光纤放大器 (Erbium-doped Fiber Amplifier, EDFA) 1．EDFA的工作原理 2．EDFA的结构 3．EDFA的基本性能 （1）增益特性 增益特性表示了光放大器的放大能力，定义为输出功率与输入功率之比 EDFA的增益大小与多种因素有关，增益一般为15dB～40dB （2）输出功率特性 （4）噪声特性 EDFA的噪声主要有4种 ： ①信号光的散粒噪声 ②被放大的自发辐射光ASE的散粒噪声 ③自发辐射ASE光谱与信号光之间的差拍噪声 ④自发辐射ASE光谱间的差拍噪声 衡量EDFA的噪声特性可用噪声系数（NF）来度量，其定义为EDFA的输入信噪比与输出信噪比的比值（用dB表示）。 EDFA的噪声系数 ASE噪声：放大的自发辐射噪声。来源于放大器介质中 电子-空穴对的自发发射，与信号一起放大而形 成的宽谱噪声。ASE的功率谱密度为： Nsp是自发辐射或粒子数反转因子。 噪声系数： 它与同相传输的自发辐射频谱密度和放大器增益密切相关，与输入信号功率、泵浦功率和泵浦方式等有关。 表现为以下3点 ① 在输入小信号情况下，光放大器的噪声系数（NF）随着输入信号光功率的增大而略有减小，而EDFA处于饱和状态时噪声系数随信号功率的增大而增大。 ② 噪声系数随着泵浦功率的增加而减小。 ③信噪比恶化基本相同，但是当掺铒光纤长度增大时，同向泵浦形式输出的ASE功率最小，因而噪声系数最低；双向泵浦形式的噪声系数居中；反向泵浦形式的噪声系数最高 5.EDFA增益控制技术 增益平坦 主要是指采用一些方法将EDFA增益谱中1532nm附近的峰值压平，与后面的增益平台保持一致，从而使得放大器在增益带宽内对各个波长作用相同。 增益锁定，即EDFA在一定的输入光功率变化范围内提供恒定的增益。这样当一个信道的光功率发生变化时，其他信道的光功率不会受其影响。 （1）增益锁定控制技术 目前国内外主要有三种增益锁定控制的方法：电路自动增益控制、光自动增益控制和链路增益控制。 1)电路自动增益控制 电路自动增益控制(EAGC) 过程主要分三步：一是增益变化的检测；二是校准信号的产生；三是增益的恢复。早期采用总功率泵浦控制法，即输出端光电探测器通过耦合器探测到增益的变化，然后通过控制电路产生标准信号，调整泵浦激光器的驱动电流，达到自动增益控制的目的。当信号从-40dBm变化到-10dBm时，得到13.3dB的稳态增益，波动范围在0.4dB以内。 此类方法都采用光-电-光的控制方式，不同之处主要是检测变化信号和产生校准信号的方式，优点是控制增益稳定可靠，但需要加入的器件多，响应慢，与整个光路耦合时损耗大。 2)光自动增益控制 光自动增益控制(OAGC)与