光放大器基本知识简介概要课件.ppt

1、研发六部11/20/20221l一些通用的概念 l光放大器的价值应用分类lEDFA相关基本概念和基本特性和发展历程 lRaman 放大器基本概念和基本特性 l我们公司的现有EDFA产品l生产能力l光放产品之市场情况l光放产品之器件电路l总结 推荐阅读11/20/20222ldB，dBm 工程上，很多数值的变化范围都和很大，从几十倍到几十万倍都有。采用分贝单位的计数方法简化了计算和记录。RdB=10 log10 Rabsolute R=Ratio 3dB=0.5 引申的功率单位的对数表示如下：P=power 3dBm=0.5mW)1(log1010mWPPmWdBm11/20/20223dB和d

2、Bm转换举例：RelativeAbsolutedB%lossdBmmW12130100023720100350101046032568011090-30.51596.8-100.12099-200.0111/20/20224lS/C/L-Band S-band:short-band,14301510nm C-band:conventional-band,15281562nm L-band:long-band:15701605nmlEDFA:erbium-doped fiber amplifierlSOA：semiconductor optical amplifierlMetro/long-ha

3、ul system Metro system 一般指城域网 Long-haul system 一般指干线网lDWDM：dense wavelength division multiplexing 密集波分复用11/20/20225l在光通信系统的物理层，可归纳成：发射传输接收l在长距离传输（几百公里以上）的阶段，必须进行信号的放大和再生，才能保证接收端的误码率的要求l这时，需要两种东西：Repeaters 和Amplifiers。11/20/20226lRepeaters:执行 光-电-光的转换，重新生成光信号 优点：光信号经过3R（regeneration,retiming,reshapin

4、g），信号质量高。缺点：结构复杂，成本高。lAmplifiers:放大过程不需要进行光电转换，在光域 内完成 优点：对不同的码率和格式透明，成本相对低廉，结构相对 简单 缺点：会劣化信号，500800km后仍需要repeaters来重生。11/20/20227l光放的简单应用 功率放大器 Booster/power amplification 中继 In-line amplification 预放（也叫前放）Pre-amplification 11/20/20228l光放的简单分类 按使用位置：功率放大器,中继（在线）放大器,前置放大器 按放大介质：掺铒光纤放大器,喇曼放大器,布里渊放大器，半

5、导体光放大器,线性光放大器 因为掺铒光纤放大器使用最广，一般我们提到的光放多半是指掺铒光纤放大器 11/20/20229l光放大器为光通信系统提供了一种好用、可靠、便宜的光传输的放大、中继方式，降低了系统的成本，提高了系统的性能，极大推动了光通信的发展11/20/202210l光放大器最重要的两个参数：增益、噪声、平坦度（多信道）增益 比如：输入功率0.1mW，输出功率50mW，增益为500倍，用对数表示为输入功率10dBm，输出功率17dBm，增益27dB)()(mWPmWPGaininout)()()(dBmPdBmPdBGaininout11/20/202211 噪声 一般用噪声系数（N

6、oise figure）来表示：一般来讲，噪声系数定义为 NFSNRin/SNRout 平坦度（Gain flatness）：多信道应用中最大增益波长的增益和最小增益波长的增益的差Gain flatnessGainmaxGainmin )1(GainhvBPNFASE11/20/202212l所用关键器件：980nm or 1480nm半导体激光器、掺铒光纤l通过掺铒光纤，把980nm or 1480nm的泵浦激光转换成和输入信号的波长、振幅都相同的信号光。lEDFA设计的关键，就是搭配好铒纤和泵浦光的参数，使其达到我们需要的性能指标11/20/202213l1.要想有正增益，泵浦光功率需大于

7、一个值l2.不同长度的铒纤，在相同泵浦光下，达到的 增益值不同11/20/2022141.相同泵浦功率下，不同的铒纤长度，最大增益有个峰值2.可据此通过调整泵浦功率和铒纤长度来调整EDFA到我们需要的工作点11/20/202215EDFA的噪声系数极限为3dB。一般为4.06.0dBEDFA的噪声系数和泵浦功率、铒纤长度有密切关系在输入功率不变的情况下，铒纤越长，噪声越大泵浦功率越小，噪声越大11/20/202216l对于多信道DWDM的应用，以上的平坦度约5dB，不符合要求153015351540154515501555156025303540 GainWavelength Average

8、of Pin=-16dBm&pIN=-20dBm Gain at 36dB,EDF=14.5m+12m11/20/202217以上为一个实际EDFA的增益谱和噪声谱。其平坦度为0.7dB，噪声为4.24.7dB之间l对于多信道应用的EDFA，其平坦度要求为小于1dB，我们一般可以做到小于0.5dB，噪声小于4.5dB1530 1535 1540 1545 1550 1555 15601618202224262830 Gain(dB)Wavelength(nm)Gain Profile1530 1535 1540 1545 1550 1555 15603.03.23.43.63.84.04.24

9、.44.64.85.0 Noise FigureWavelength(nm)Noise Figure Profile11/20/202218l六十年代初，对掺稀土元素的光纤的光谱特性的研究l19851986年间，Southampton大学Payne等人用MCVD方法制成铒离子掺杂的光纤，1987年，他们用650nm的泵浦光实现了28dB的1550nm小信号增益l1987年，Bell labs的desurvire等人用514nm的泵浦光实现22.4dB的小信号增益l1989年，使用1480nm的泵浦光实现了37dB的小信号增益l1991年，Giles&Desurvire在IEEE杂志Journa

10、l of lightwave technology发表invited paper：Modeling erbium-doped fiber amplifier，成为EDFA的理论分析基础l1993年以后，EDFA开始大规模的商业应用11/20/202219lRaman光纤放大器是非线形光纤光学的重要应用。，石英光纤具有很宽的受激Raman散射(SRS)增益谱，并在13.2THz附近有一较宽的的主峰。如果一个弱信号与一强泵浦光波同时在光纤中传输，并使弱信号置于泵浦光的Raman增益带宽内，弱信号即可得到放大。基于SRS效应的放大器就是Raman 光纤放大器。11/20/20222005101520

11、250.21.42.63.856.27.48.69.81112.213.414.615.81718.219.4频率差（THz）Gain(dB)11/20/2022211、CATV系统用EDFAl模块式和机架式l应用：Booster/In-line/Pre EDFA11/20/202222ParameterUnitConditionsValueWavelengthnm15301560Input PowerdBm010Output PowerdBmPin=6dBm1323NFdBPin=6dBm6.0 980nm 6.5 1480nmReturn Loss(in and out)dB55Commu

12、nication InterfaceRS-232 or RS485Supply Consumption15W Output Power19dBm；35W 19dBm Output Power23dBm11/20/2022232、DWDM系统用EDFA 模块l分纯光模块、带电模块l应用：Booster/In-line/Pre EDFA11/20/202224ParameterUnitConditionsValueWavelengthnm15291561Total Input PowerdBm-300Total Output PowerdBm21GaindB1535Gain FlatnessdB-

13、565 1.5NFdBPin0dBm5.5Communication InterfaceRS-232Consumption35WDimensions125x100 x20 mm or 140 x123x20 mm or Customized11/20/2022253、SDH系统用 EDFAl分纯光模块、带电模块、机架式l应用：Booster/In-line /Pre EDFAlC-Band or L-Band11/20/202226ParameterUnitConditionsValueWavelengthnmC-Band or L-BandInput PowerdBm-355Output P

14、owerdBm22GaindB1535NFdBPin0dBm5.5Communication InterfaceRS-232Consumption35WDimensions125x100 x20 mm or 140 x123x20 mm or Customized11/20/2022274、城域网用EDFAl分纯光模块、带电模块l带致冷、无带致冷l单信道和多信道l一般是Booster EDFA 11/20/202228ParameterUnitConditionsValueWavelengthnm15291561Total Input PowerdBm-205Total Output Powe

15、rdBm15GaindB1535Gain FlatnessdB2NFdBPin=6dBm5.5Communication InterfaceRS-232Consumption5W without TEC;15W with TECDimensions90 x70 x12 mm or 70 x50 x15 mm or Customized11/20/202229l现基本上有两条光路生产线，一条电路生产线，一条测试线，老化箱一台。l正常情况下，最大生产能力为每天34台EDFA。11/20/202230 因为EDFA的出现而推动了光通信的发展。现在光放大器的制造商很多：国外：Corning、Lucen

16、t(现在的JDSU)等 国内：飞通、烽火、中兴、华为等等 全球的光放大器的市场还很大，仅国内在市场不景气的2002年就有近3亿的市场，估计2003年将更多。国外市场更大。飞通是1999年开始模拟EDFA的开发，2001年数字EDFA开始启动，现在市场占有率不大，但逐年呈上升趋势，估计2004年将有新的突破。由于前几年的市场疲软，给光放大器市场带来冲击，今年已有回转趋势，特别是在模拟EDFA和城域网EDFA已经回转。所以光放大器市场前途很好。11/20/202231l泵浦激光器 是EDFA的成本最大的器件，现在大约4美金/1mW 一般多信道用带FBG，单信道用不带FBG 在低功耗、低成本场合使用

17、无致冷激光器 Bookham,JDSU等大公司l掺铒纤纤 根据不同要求，有不同铒纤型号，为WDM优化的，为CATV优化的，等 Fibercore，OFS，Lucent等11/20/202232lEDFA之电路 在低成本或低要求场合，用普通单片机芯片模拟电路完成数据采集，激光器驱动、致冷等功能 在高要求场合，如要求低功耗，或高的瞬态相应时间等，采用DSP作为控制器11/20/202233l关于光放，要有这两个概念：增益（或输出功率），否则光放这种东西就没意义了 噪声：任何放大器都会产生噪声。EDFA的极限噪声系数是3.3dBl光放大器的简单分类（按应用，按原理 ）l各种光放大器的工作波长lEDFA的关键器件，设计要点11/20/202234l杨祥林光放大器及其应用lDesurvireEDFA:applications and principles lAgrawalFiber-optics communication systems11/20/202235