EDFA掺铒光纤放大器

1掌握WDM的概念。掌握WDM系统的设备和组网。熟悉WDM系统的监控与网管技术。了解WDM的关键技术。密集波分复用（DWDM：DenseWavelengthDivisionMultiplexing）21.DWDM定义WDM—将携带不同信息的多个光载波复合到一根光纤中进行传输(早期使用1550/1310两波长系统）DWDM（DenseWavelengthDivisionMultiplexing）在1550nm窗口，采用更多波长进行波分复用(8,16…)lNl2l1lNl2l1lNl2l1光复用器光解复用器光纤放大器3传统的传输网络扩容方法采用光空分多路复用（SDM）和光时分多路复用（TDM）两种方式。（1）OSDM靠增加光纤数量来扩容，1个波长/光纤。（2）OTDM达到一定的速率等级时，会受到器件和线路等特性的限制。如SDH中的STM-64（10Gbps），此时在提升速率，色散干扰就会加强，需采用控制技术，成本提升较高。此外，还有光码分复用（OCDM），即超短光脉冲/“1”码，N路信号/光纤，但同时会提升线路速率。DWDM扩容：（1）平滑扩容（增加容量的同时，不影响其他光通路）（2）充分利用光纤的宽带资源，减少网络资源浪费。2.DWDM技术产生背景4CWDM：通常把光信道间隔较大，一般大于20nm，甚至在光纤的不同窗口上的复用称为粗波分复用（CWDM），（复用最多波长为16个）主要用于中短距离的光城域网中。DWDM：而把在同一窗口中信道间隔较小的WDM称为密集波分复用（DWDM）。其各波长间隔可达到0.8nm或更低，主要位于1550nm的C波段（1525~1565nm）。广泛用于长途传输，组建全光网络。现在一般所说的WDM就是指DWDM。波分复用WDM与频分复用FDM有什么不同吗？WDM本质上是光域上的频分复用FDM技术3．DWDM原理概述5目前使用C波段：1525~1565nm正在开发L波段：1570~1620nmS波段：1400nm波段1.21.31.41.51.61.7波长(m)损耗(dB/km)0.10.20.40.81.025THzl0未来光纤通信窗口：1280~1625nm3．DWDM原理概述6波长(nm)中心频率(THz)1548.51193.61549.32193.51550.12193.41550.92193.31551.72193.21552.52193.11553.33193.01554.13192.91554.93192.81555.75192.71556.55192.61557.36192.51558.17192.41558.98192.31559.79192.21560.61192.116通道和8通道WDM系统的中心频率16通道的频道间隔是多少？100GHz3．DWDM原理概述7光发射机中继器中继器中继器光接收机光发射机中继器中继器中继器光接收机光发射机中继器中继器中继器光接收机光发射机中继器中继器中继器光接收机光发射机光发射机光发射机光发射机lNl1l2l3功率放大线路放大前置放大光接收机光接收机光接收机光接收机lNl1l2l3复用器解复用器EDFA4.DWDM特点超长距离无电中继传输，降低成本84、DWDM系统基本结构OTU┇输入SDHSDHSDHSDHλ1λnOTU光合波器BALAPA光分波器λ1λnOTU┇OTU输出光发射机光中继放大光接收机现在DWDM信号多为SDH信号。OUT：将SDH的波长转换为间隔为100G或50G的符合复用的各波长。BA、LA和PA都可以采用EDFA（掺铒光纤放大器），因为EDFA在1550nm处具有平坦增益特性。OUT：波长转换器；BA：功率放大器；LA：线路放大器；PA：前置放大器？？？9光纤放大器分类根据在WDM系统中的位置不同而分类BA：功率放大器；LA：线路放大器；PA：前置放大器1）功率放大器•用途：处于合波器之后，用于对合波后的信号进行功率提升•特点：对于噪声系数、增益要求不高，要求有较大的输出功率2）线路放大器•用途：用在中继设备上，用于补偿线路的传输损耗•特点：要求有较小的噪声系数和较大输出光功率3）前置放大器•用途：处于线路放大器之后，分波器之前，用于信号放大，提高接收机的灵敏度•特点：要求噪声系数较小，对于输出功率没有太大的要求10光接收机OUT：光波转发器；BA：功率放大器；LA：线路放大器；PA：前置放大器DWDM系统可以传输多种类型的信号吗？如图，是否可以同时复用SDH、IP、ATM和模拟信号？可以。因为DWDM波长彼此独立，与业务信号的格式无关，因此每个波长可以传送特性完全不同的信号，实现多信号的混传。OTU┇输入SDHATMSDHATMλ1λn-1OTU光合波器BALAPA光分波器┇输出光发射机光中继放大OTUIPλnOTUλ1OTUOTUλn-1λnIP这个网络要不要加网管？4、DWDM系统基本结构11IPATMSDHDWDM光纤物理层OpenOpticalInterfaceSDHATMIP其它4、DWDM系统基本结构124、DWDM系统基本结构OTU┇输入信道1信道2信道1信道2λ1λnOTU光合波器BALAPA光分波器λ1λnOTU┇OTUλsλsλsλs光监控信道接收/发送光监控信道发送器光监控信道接收器输出网络管理系统光发射机光中继放大光接收机λs：1510nm或1625nm在EDFA放大范围之外，因此要在EDFA前取出。13•WDM对于承载的业务是透明的，可以承载各种格式的业务•WDM系统的网管只负责对光线路系统的管理，包括波分复用/解复用器、波长转换器、光放大器、监控信道等•网络管理系统的信息由光监控通道中的监控信号承载WDM的网管系统应该与其传送信号的网管分开与SDH网管系统的关系4、DWDM系统基本结构14监控通道的实现：采用1510nm的波长信号速率为2.048Mb/s增加保护通道。通常采用DDN专线WDM系统的监控技术15提供有关通信设备运行状况、网络及网络单元效能的报告和评估性能管理涉及网络的实际物理安排，实施对网元的初始化、配置、控制配置管理为网络的安全提供周密的安排，一切未经授权的人都不得进入网络系统安全管理能对系统进行故障诊断、故障定位、故障隔离、故障改正及路径测试故障管理4、DWDM系统基本结构WDM的网管功能16（1）双纤双向传输双纤双向传输指一根光纤只完成一个方向光信号的传输，反向光信号的传输由另一根光纤来完成。双纤单向传输的DWDM系统1N1N5、DWDM工作方式17（2）单纤双向传输单纤双向传输指在一根光纤中实现两个方向光信号的同时传输，两个方向的光信号应安排在不同波长上。就像双向车道一样。节省了光纤，但需考虑光反射、通道干扰等问题。单纤双向传输的DWDM系统5、DWDM工作方式18隔离带隔离带隔离带正向车道反向车道第一车道:λ1第二车道:λ2第三车道:λ3第N车道:λN第一车道:λ1第二车道:λ2第三车道:λ3第N车道:λnDWDM系统好比一条高速公路191）充分利用光纤的带宽（约25THz）资源，传输容量巨大。2）利用掺铒光纤放大器（EDFA）实现超长的传输距离。3）丰富的业务接入类型。可透明传输不同的业务，如SDH、ATM等信号，实现多种信号的混和传输。4）节约光纤资源。5）平滑升级扩容。6）充分利用成熟的TDM技术。7）可组成全光网络。6、DWDM特点优势202.5Gb/s10Gb/s40Gb/s10Gb/s40Gb/s20Gb/s80Gb/s3216841WDM波长数每波长比特率(TDM)40Gb/s6、DWDM容量演进80Gb/s320Gb/s目前DWDM技术实验室及商用水平均已达Tb/s速率21可配置OADM点对点DWDM传输可重构OXCOXCl1l2lNl1l2lNlililklk7、DWDM技术发展趋势OADM:OpticalAdd-DropMultiplexer光分插复用器OXC：opticalcross-connect，光交叉连接)22技术发展现状近几年，全光网络的研究开发主要集中在美国、欧洲和日本；从1996年起已在北美开始大规模应用，1997年中国引入第一条DWDM干线；目前的商用系统主要为(16—32)x（2.5—10）Gb/s,80波系统已投入应用1.6Tb/s系统也即将投入商用Nx40Gb/s系统已研制成功实验室水平已达：6.4Tb/s（80x80Gb/s)及16Tb/s(100x160Gb/s)DWDM技术发展趋势23技术发展趋势——无电再生距离不断加长通常的DWDM系统无电再生传输距离为：600km(5×33dB)，640km(8×22dB)Pirelli（倍耐力）公司利用光线路扩展模块LEM可以将这个距离提高到6000kmFujitsu（富士通）的104×10Gb/sDWDM系统传送10000kmCorvis的160波系统传送了10000km（芝加哥~西雅图）DWDM技术发展趋势24WDM关键技术光源技术光放大器无源光器件监控技术WDM系统的关键技术251)具有标准且稳定的波长，即良好的光谱特性；（超低啁啾声、适宜的光谱宽度）2）有较大的色散容纳值。WDM的光源要求中心波长发生偏移的现象叫做“啁啾”。26脉冲展宽T光脉冲信号中的不同频谱成份在光纤中的传输速度不同，导致脉冲信号传输后展宽甚至离散。光纤色散27光纤色散效应对传输的影响10101011011010101101InputOutput脉冲展宽(ps)=D(ps/nm*km)*S(nm)*L(km)TimeTime28光纤色散效应对传输的影响受色散限制的无中继距离（理论值）速率1550nm（G.652）1550nm（G.655）1310nm（G.652）2.5Gb/s10Gb/s20Gb/s40Gb/s928km58km14.5km3.6km4528km283km70km18km6400km400km100km25km29光源技术提高光源色散容限的方法：•外调制技术原理：对于直接调制，单纵模激光器引起的啁啾是限制其色散容限主要因素。在外调制情况下，高速电信号不直接调制激光器，而是加在某一介质上，利用该介质的物理特性使通过的激光器信号的光波特性发生变化，从而建立电信号和激光的调制关系优点：很低的啁啾，可以获得远大于直接调制的色散受限距离输出光源电信号调制器31光放大技术可利用一个光放大器将一定波长范围内的光信号直接放大，大大节省用户投资，使DWDM技术走向实用化。光放大器主要有掺铒光纤放大器和半导体光放大器等，目前掺铒光纤放大器已非常成熟。掺铒光纤放大器：即在信号通过的纤芯中掺入了铒离子Er3+的光信号放大器。可同时作为功率放大器、线路放大器和前置放大器EDFA掺铒光纤放大器32EDFA掺铒光纤放大器33放大器增益不平坦的级联放大放大器增益平坦的级联放大增益平坦度EDFA掺铒光纤放大器34信号光和与波长较其为短的泵浦光同时沿掺铒光纤传输，泵浦光的能量被光纤中的铒离子吸收而跃迁到更高的能级，并可以通过能级间的受激发射转移为信号光的能量。信号光沿掺铒光纤长度不断放大，泵浦光沿掺铒光纤长度不断衰减EDFA的工作原理EDFA掺铒光纤放大器35根据泵浦源的不同而分类•有两种泵浦源：980nm和1480nm１）采用980nm的泵浦源的EDFA•特点：低噪声２）采用1480的泵浦源的EDFA•特点：较高的泵浦效率，可以输出较大功率但噪声较高根据光纤和EDFA的特性，WDM系统的波长区选为1530nm~1565nmEDFA掺铒光纤放大器36对信号的格式及数据率“透明”放大区恰好与单模光纤的最低损耗区域重合噪声系数低，接近量子极限，可以多级级联太棒了！EDFA的特点EDFA掺铒光纤放大器37EDFA的缺陷非线性问题光功率大到一定程度，光纤将产生非线性效应，限制EDFA的放大性能和长距离无中继传输的实现。光涌浪问题EDFA的动态增益变化较慢。在输入信号功率跳变的瞬间，输出光功率出现尖峰，当EDFA级联时，此现象更为明显，可能造成光/电转