2005+光纖技術(shù)專題（光纖激光器部分電子科技大學(xué)）+z.ppt

光纖技術(shù)專題 饒?jiān)平L江特聘教授 電子科技大學(xué)通信與信息工程學(xué)院Email yjrao 二零零五年九月 提綱 專題一 光纖激光器專題二 光纖到戶 FTTH 技術(shù) OpticalFiberTechnologyGroup 光纖激光器的發(fā)展現(xiàn)狀 激光器和光纖激光器的基本原理幾種實(shí)用型光纖激光器 激光器的基本原理 激光器的基本原理是光受激輻射的放大激光器的三個(gè)組成部分 泵浦源 工作物資 諧振腔短脈沖激光器的產(chǎn)生 鎖模技術(shù) 光纖激光器的基本原理 光纖激光器的基本結(jié)構(gòu)光纖激光器中的工作物資是摻雜光纖 光纖環(huán)是諧振腔 一般采用半導(dǎo)體激光器泵浦光纖激光器的優(yōu)點(diǎn)短脈沖光纖激光器 高速短脈沖光纖激光器 超短脈沖光纖激光器 幾種實(shí)用的光纖激光器 寬帶ASE光纖光源大功率雙摻雜光纖激光器窄線寬光纖激光器短脈沖光纖激光器 寬帶ASE光源 ASE光源的概念A(yù)SE是英文AmplifiedSpontaneousEmission的縮寫 激光器在形成激射之前 自發(fā)輻射光出射 因此在整個(gè)增益區(qū)都有光發(fā)出 ASE光源的應(yīng)用廣泛應(yīng)用于光無源器件和光通信器件的測試中 如在光纖光柵 薄膜濾波器和光纖耦合器光無源器件中 采用ASE光源與采用白光源和可調(diào)諧激光光源相比 可提高功效10倍以上 寬帶ASE光源1 美國Polaronyx公司的寬帶ASE光源波長 1525 1610nm功率 5 14dBm增益平坦度 5dB輸出穩(wěn)定性 15分鐘 0 005 0 01dB輸出穩(wěn)定性 8小時(shí) 0 02 0 05dB 寬帶ASE光源2 深圳朗光的ASE光源波長 1525 1610nm功率 10dBm輸出穩(wěn)定性 15分鐘 0 02dB輸出穩(wěn)定性 8小時(shí) 0 05dB 大功率光纖激光器 實(shí)現(xiàn)大功率輸出的主要技術(shù)采用包層泵浦技術(shù) 采用特種光纖作為增益介質(zhì) 同時(shí)采用特種材料制造光纖大功率光纖激光器的應(yīng)用激光加工 激光醫(yī)療和軍事 大功率雙摻雜光纖激光器1 英國SPI公司的大功率光纖激光器redPOWERTM高功率光纖激光模塊 1550nm輸出最大可達(dá)4W 波長1 5 mredPOWERTM緊湊激光模塊 2W 10W 最大輸出可達(dá)10W 波長1 m 大功率雙摻雜光纖激光器2 俄羅斯IPG公司的大功率光纖激光器YLR SMSeries100Wto1 5kWoutputOpticalPower1060to1080nmWavelengthRange 100khrsEstimatedPumpDiodeMTBF 光纖激光器打標(biāo)系統(tǒng) 大功率雙包層光纖激光器打標(biāo)系統(tǒng)的光路圖JDSUniphase sContinuousWave CW FiberLaserMarking FLM System 光纖激光器打標(biāo)系統(tǒng)的應(yīng)用1 激光雕刻 右圖為激光雕刻的示意圖下圖為激光雕刻的圖形 光纖激光器打標(biāo)系統(tǒng)的應(yīng)用2 光纖激光器可以用于材料的改性 右圖為示意圖下圖為材料改性的例子 光纖激光器打標(biāo)系統(tǒng)的應(yīng)用3 大功率光纖激光器可以用于激光切割和剝離 右圖為示意圖下圖為剝離出來的圖形 連續(xù)激光和脈沖激光打標(biāo)的比較 下圖左圖為連續(xù)打標(biāo)系統(tǒng)的效果 右圖為脈沖激光打標(biāo)系統(tǒng)的效果 光纖激光器和其它激光器比較 和二氧化碳激光器比較可以有更高峰值功率脈沖激光 可以加工的材料種類更多使用方便 采用光纖傳輸可以有更大的掃描范圍能量轉(zhuǎn)換效率高 光纖激光器的電光轉(zhuǎn)換效率為25 而二氧化碳激光器只有5 光束質(zhì)量好 和YAG激光器比較光光轉(zhuǎn)換效率高 光纖激光器的轉(zhuǎn)換效率為70 YAG只有20 使用壽命長 無需復(fù)雜的冷卻系統(tǒng) 容易調(diào)節(jié)光纖傳輸 不怕污染 光束質(zhì)量好 光纖激光器與YAG固體激光器的比較 窄線寬光纖激光器 實(shí)現(xiàn)窄線寬的相關(guān)技術(shù)主要采用光纖光柵或者光纖F P干涉儀等濾波器進(jìn)行線寬壓縮窄線寬光纖激光器的應(yīng)用窄線寬光纖激光器的相關(guān)長度長 在相關(guān)光通信系統(tǒng) 光纖傳感系統(tǒng) 光學(xué)測量系統(tǒng)有很好的應(yīng)用前景 DBR型窄線寬光纖激光器 窄線寬光纖激光器1 NPPhotonics公司的窄線寬光纖激光器Verynarrowlinewidth longcoherentlength 3kHzUpto150mWoutputpowerSinglelongitudinalmodeSinglepolarizationoperation 窄線寬光纖激光器2 美國Polonyx公司的窄線寬光纖激光器linewidth5kHzUpto200mWoutputpower輸出穩(wěn)定性 8小時(shí) 0 05dB 超窄線寬光纖激光器在光纖傳感中的應(yīng)用 它的基本應(yīng)用原理就是頻率調(diào)制連續(xù)波技術(shù) FMCW 在FMCW技術(shù)中 激光輸出頻率圍繞它的中心頻率不斷變化 而激光的一部分光被耦合進(jìn)一個(gè)有固定反射率的參考臂中 在外差相干探測系統(tǒng)中 該參考臂就充當(dāng)了一個(gè)本地振蕩器的作用 充當(dāng)傳感作用的是另一跟很長的光纖 從傳感光纖反射回來的激光與來自本地振蕩器的參考光一起混合產(chǎn)生一個(gè)光拍頻 該頻率與它所經(jīng)歷的時(shí)間延遲差相對(duì)應(yīng) 傳感光纖上的遠(yuǎn)處信息就可以通過測量光譜分析儀上的光電流的拍頻來獲取 傳感光纖上的分布式反射可以是最簡單的瑞利后向散射 通過這種相干探測技術(shù) 敏感度低至 100db的信號(hào)都能很輕易地探測到 對(duì)于任何一套相干FMCW技術(shù)系統(tǒng)而言 最關(guān)鍵的部分是要一臺(tái)相干長度很長的光源來實(shí)現(xiàn)很高的空間精度和大的測量范圍 超窄線寬光纖激光器在激光測距中的應(yīng)用 基于FMCW技術(shù)原理 超窄線寬光纖激光器能夠廣泛應(yīng)用于幾百公里的激光目標(biāo)指示和激光測距 從而可以十分低成本地搭建ISR平臺(tái) 一套超遠(yuǎn)距離的激光指示 測距由激光器 準(zhǔn)直器和接收器 信號(hào)分析儀組成 窄線寬激光器的頻率成線性快速調(diào)制 通過測量從目標(biāo)處反射回來的的信號(hào)光與參考光一起混頻產(chǎn)生光電流便可獲取遠(yuǎn)處的信息 在FMCW技術(shù)系統(tǒng)中 激光器的線寬或相干長度決定了測量的距離和敏感度 短脈沖光纖激光器 主動(dòng)鎖模技術(shù)主動(dòng)鎖模主要采用電光調(diào)制器等主動(dòng)鎖模器件進(jìn)行模式之間的位相鎖定 實(shí)現(xiàn)短脈沖被動(dòng)鎖模技術(shù)被動(dòng)鎖模是使用被動(dòng)飽和吸收體進(jìn)行脈沖窄化 實(shí)現(xiàn)短脈沖和超短脈沖短脈沖光纖激光器的應(yīng)用短脈沖光纖激光器在光通信 光學(xué)測量 激光加工等多個(gè)領(lǐng)域有很好的應(yīng)用前景 高速短脈沖光纖激光器 美國Calmar公司10G皮秒光纖激光器PSL 10 XX波長范圍 1530 1565nm可調(diào)或范圍內(nèi)固定重復(fù)頻率 5 11G可調(diào)或10G固定 脈寬 1 10ps可調(diào)或范圍內(nèi)固定 平均輸出功率 20mW高速短脈沖光源對(duì)于光時(shí)分復(fù)用系統(tǒng) 光學(xué)取樣技術(shù)等有重要的意義 超短脈沖光纖激光器1 美國Calmar公司飛秒光纖激光器 FPL 0X XX波長范圍 1535 1560nm可調(diào)或范圍內(nèi)固定重復(fù)頻率 20M或10 50M可調(diào) 脈寬 100fs 1000fs可調(diào)或范圍內(nèi)固定 平均輸出功率 50 100mW超短脈沖光源可以用做大型激光系統(tǒng)的種子光源 同時(shí)在時(shí)間定標(biāo)等領(lǐng)域有重要的應(yīng)用 超短脈沖光纖激光器2 IPG公司的飛秒光纖激光器Upto50kWPeakPower100 000hrsPumpDiodesLife 超短脈沖光纖激光器3 美國Polaronyx公司飛秒光纖激光器 模塊 波長范圍 1530 1600nm內(nèi)固定重復(fù)頻率 35 60MHz范圍內(nèi)固定脈寬 100fs 典型 平均功率 100mW峰值功率 0 5 20KW FTTP光纖通信行業(yè)的新亮點(diǎn) 一 光通信行業(yè)總趨勢二 FTTP技術(shù)發(fā)展動(dòng)向三 FTTP關(guān)鍵器件四 FTTP 市場新亮點(diǎn) 一 光通信行業(yè)總趨勢投資先熱后冷引起的行業(yè)冬天 自2001年投資金額不斷下降 011Q 181億012Q 147億013Q 124億014Q 140億021Q 80億022Q 92億023Q 82億 泡沫時(shí)期世界光器件市場銷售變化 2003年上半年器件行業(yè)特點(diǎn) 系統(tǒng)公司全面退出 器件公司格局初定5月12日Avanex公司簽署最終協(xié)議以2003年5月9日每股 1 12的收盤價(jià) 總共約 63 5million的聯(lián)合交易價(jià)收購Alcatel和Corning的光器件業(yè)務(wù) 市場通過轉(zhuǎn)讓 兼并 破產(chǎn)的一輪大洗禮 國際市場器件公司格局基本確定 Jdsu bookham avanex finisar triquint infineon Finisar2003 4月收購Genoa 獲LSOA 1300 1550nmVCSEL產(chǎn)品技術(shù)OCP繼CieloCommunications后 2003 2 3日又宣布收購GorePhotonics 或850nm 1310nmVCSELparallemoduleVitesse2003 6 9收購MultilinkTechnology 把metro和長途10 Gbit stransceiver改造為光互連backplanetransceivers 2 局部兼并收購 調(diào)整產(chǎn)品布局 AgilentTechnologies2003年2月宣布在馬來西亞開辟兩家新的R D和生產(chǎn)廠 面積達(dá)550 000平方英尺 Agilent40 的生產(chǎn)在亞太地區(qū) 40 在北美 20 在歐洲 2004年亞太將達(dá)到50 最近關(guān)閉英國的工廠 設(shè)備搬遷新加坡Finisar2001年11月在馬來西亞建光模塊生產(chǎn)基地 現(xiàn)規(guī)模達(dá)到1200人 2002年在上海建成無源器件廠 130人 OplinkCommunications也把它的無源器件廠建在中國 擴(kuò)大它在中國的生產(chǎn)規(guī)模 中國大陸 臺(tái)灣 東南亞是國際公司關(guān)注的焦點(diǎn) 3 地區(qū)分工 亞太成為低成本區(qū) 城域和接入產(chǎn)品特點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)密集 節(jié)點(diǎn)增多 器件量大 價(jià)格敏感投資過剩 技術(shù)門檻低 庫存量大 競爭者眾高端產(chǎn)品市場未啟動(dòng) 低端產(chǎn)品價(jià)格大滑坡全光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不成熟 無明顯市場熱點(diǎn)銷庫存搶市場 4 價(jià)格大戰(zhàn)增產(chǎn)難增收 5 市場低迷虧損持續(xù) 161million 61 6million 2003 6 30 FTTP概念 二 FTTP技術(shù)發(fā)展動(dòng)向 1 PON發(fā)展簡史BritishTelecom發(fā)展T PON 住宅窄帶 B PON 寬帶 80年代后期 T PON商業(yè)應(yīng)用 90年代初期 近來50k 用戶ContinentalEurope各種試驗(yàn)和應(yīng)用 包括 DT 計(jì)劃OPAL 幾個(gè)100k住宅客戶在PON fedFITL系統(tǒng) AlcatelBellPre FSANATM PON在安特衛(wèi)普 90年代初 KPN 荷蘭 小商業(yè)區(qū)試驗(yàn) 90年代中期 SuperPON high split 2k subsperPON 電視廣播系統(tǒng) 90中期 NTTPi PON 住宅窄帶 video 90年代中期 各種ATM PON系統(tǒng) 90年代中租用線路 ATM接口3 000 CO設(shè)備withFSAN compliantOLTs andgrowing NorthAmericaBellSouth SBC Verizon Qwest進(jìn)行的各種試驗(yàn) 應(yīng)用 1990年代 使用特殊系統(tǒng)的各種小鄉(xiāng)鎮(zhèn)FTTH應(yīng)用 90年代 FSAN在1995年由BT NTT FT 和DT成立 無源光網(wǎng)絡(luò) PON 中度復(fù)雜性Fiber lean結(jié)構(gòu) 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)結(jié)構(gòu)工作簡單光纖用量多 環(huán)形結(jié)構(gòu) SONET DWDM 工作復(fù)雜原理是fiber lean結(jié)構(gòu)實(shí)際情況見下張片 Customers Customers Splitter 2 光接入的主要方案 點(diǎn) 點(diǎn) 環(huán)狀 PON 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)接入 IEEE于2001年初成立802 3EFM工作組以現(xiàn)有IEEE802 3協(xié)議為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)在用戶接入網(wǎng)傳輸以太網(wǎng)幀EFM工作組定義了三個(gè)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)核物理層 通過現(xiàn)有銅線以10Mbps以上數(shù)據(jù)和750米距離完成P to P銅線連接使用一根光纖以1Gbps數(shù)據(jù)在10km內(nèi)實(shí)現(xiàn)P to P光纖連接使用一根光纖以1Gbps數(shù)據(jù)在10km內(nèi)實(shí)現(xiàn)P to MP光纖連接P to P光纖連接特點(diǎn) 采用802 3z1000Base LX技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)單纖雙向技術(shù) 2001年我公司向北美銷售大量DiplexerTrsnsceiver用到這種接入技術(shù) Winfirst 雙方收發(fā)器對(duì)稱 可充分利用其帶寬 CO CO 環(huán)狀結(jié)構(gòu)接入 因?yàn)槎鄠€(gè)客戶共用各接入點(diǎn)的成本可與銅線競爭增加或減少客戶不影響正常業(yè)務(wù)結(jié)構(gòu)可開拓現(xiàn)有饋線和側(cè)面設(shè)備PON是目前唯一能夠迅速和低成本供應(yīng)接入設(shè)備的結(jié)構(gòu) Splitter TaperSplicePoint OLT 現(xiàn)有客戶 10 100BaseT ONT 主要饋線路由器 支線 現(xiàn)有客戶 10 100BaseT ONT 新增客戶 DS1s E1s 10 100BaseT ONT SDH OC n DS3 E3 SDH OC nc DS1s E1s DS1s E1s 無源光網(wǎng)絡(luò) PON A PON傳送ATM 已制定FSAN FullServiceAccessNetwork 標(biāo)準(zhǔn)G 983 1 工作組推薦納入ITU建議G 983 2 A PON的缺點(diǎn) ATM部件的高成本決定了A PON成本高 用固定時(shí)隙信元結(jié)構(gòu)產(chǎn)生低工作效率 最初應(yīng)用現(xiàn)有業(yè)務(wù) DS1 E1 和Ethernet CentralOffice Splitter OLT A PON小型業(yè)務(wù) EPONEthernetPON 使用Ethernet作為PON的主要傳輸方式 以千兆速率工作 標(biāo)準(zhǔn)正在IEEE制定 AllopticInc SaliraOpticalNetworkSystems CentralOffice OLT Splitter 1 4Splitter Curb Pole ONT 住宅語音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù) BPON結(jié)構(gòu)圖 ITUG 983 622Mbpsdownstream 155Mbpsupstream CentralOffice Splitter 1 4Splitter Curb Pole ONT n 1Combiner CentralOffice OLT EntertainmentvideocanbeaddedlaterNonetworkrearrangementneededforexistingcustomers 住宅語音 數(shù)據(jù) 電視服務(wù) PON的趨勢 遠(yuǎn)程 高速化 BPON和APON ATMPON 相同 對(duì)寬帶業(yè)務(wù)如video有覆蓋能力 APON是基于ATM的PON傳輸技術(shù) 作為FSAN部分內(nèi)容 由90家的營運(yùn)商工作組提出 BPON作為ITU規(guī)范G 983x得到認(rèn)可 支持上下行線路622Mbit s速率EPON立足于EthernetPON 使用Ethernet作為PON的主要傳輸方法 EPON以千兆速率工作 標(biāo)準(zhǔn)正在IEEE制定 GPON ITUG 984 1 2Gbpsdownstream 622Mbpsupstream 同APON 對(duì)寬帶業(yè)務(wù)video有覆蓋能力 成為ITU規(guī)范G 984x 支持上下行線622Mbit s速率GPON使用更快的方式 最新產(chǎn)品達(dá)到2 5Gbit s 以Sonet兼容的普通幀協(xié)議 GFP 打包業(yè)務(wù) GPON成為ITU的G 984x規(guī)范 最新的三個(gè)GPON標(biāo)準(zhǔn) G 984 1 G 984 2和G 984 3G 984 1是GPON系統(tǒng)的一般特性標(biāo)準(zhǔn) 如結(jié)構(gòu) 速率 距離 安全性G 984 2指定速率高達(dá)2 5Gbps 至少是早先標(biāo)準(zhǔn)速率的兩倍G 984 3含蓋了用GigabitPON有效攜帶voice video和data的整個(gè)協(xié)議廠商 美國FlexLight Alcatel公司 G PON 交換機(jī)和用戶之間的距離至少20km條件下 下行速率高達(dá)2 5Gbit s 上行速率高達(dá)1 25Gbit s 傳輸業(yè)務(wù)包括Ethernet和EthernetVLAN TDM E1 以及T1 使用Sonet幀的一種普通幀協(xié)議 GFP 美國FlexLight公司是代表廠商2002年6月首次宣布產(chǎn)品 FTTHPON供應(yīng)商OpticalSolutionsInc 認(rèn)為現(xiàn)在還不需要千兆速率 Wecandoeverythingforsmalltomedium sizedbusinesses includingfourphonelines 100 BaseT andanalogorswitchedvideo 三 FTTP關(guān)鍵器件 光分支器 Spliter 單纖雙向雙端口組件和模塊 DiplxerTransceiver 單纖雙向三端口組件和模塊 TriplxerTransceiver 突發(fā)式光模塊 BurstTransceiver 視頻卡 VideoCards 單纖雙向雙端口組件和模塊 特點(diǎn) 1310 1550nm雙波長組件 模塊1310 1310nm單波長組件模塊低成本規(guī)模化生產(chǎn) 單纖雙向三端口組件工作原理 1310 1490 1550nm三波長三端口 光纖 1310nm 1550nm 接收1550nm 發(fā)射1490nm 接收1310nm 三端口器件要求 關(guān)鍵技術(shù)要求隔離度高串?dāng)_小模擬失真指標(biāo)好靈敏度高回?fù)p低PHOTON器件指標(biāo) 隔離度高 47dB靈敏度好 0 80A W模擬失真小 70dB工藝技術(shù) 性能穩(wěn)定 可靠性高 一致性好 突發(fā)式模塊 ONU與OLT的上行通信采用時(shí)分多址接入 TDMA 方式為一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的突發(fā)通信各不同光網(wǎng)絡(luò)單元 ONU 上行信號(hào)到達(dá)光線路終端 OLT 由于距離原因功率差別很大ONU接收機(jī)必須及時(shí)跟蹤輸入信號(hào)功率控制放大增益ONU發(fā)射機(jī)LD用于穩(wěn)定光輸出的APC也必須高速工作 四 FTTP 光纖通信產(chǎn)業(yè)新亮點(diǎn) FTTP機(jī)會(huì)6月19日美國最大的3家本地營運(yùn)商BellSouth公司 SBCCommunications公司和VerizonCommunications公司發(fā)表了盼望已久的光纖到房屋 FTTP 的需求計(jì)劃建議 RFP 需求建議計(jì)劃已經(jīng)發(fā)到不公開的 12到24 家設(shè)備供應(yīng)商手中RFP中營運(yùn)公司技術(shù)專業(yè)組以PON標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ) 如國際電訊聯(lián)盟 ITU 的G 983技術(shù)規(guī)范和Telcordia的GR 909標(biāo)準(zhǔn) FTTP市場狀況 NTT2002年9月開始配置日立的PON設(shè)備 已經(jīng)配置60 000臺(tái)以上 為10萬住宅和商業(yè)用戶服務(wù) 另有10萬用戶可望今夏中期使用PON北美地區(qū)前兩年大力推行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式近來以AllopticInc 和SaliraOpticalNetworkSystemsInc 為首 積極推行千兆寬帶PON技術(shù)的應(yīng)用 OpticalSolutions推出FiberPath500FTTP系統(tǒng) 使用BPON ITUG 983 622Mbpsdownstream 155Mbpsupstream orGPON ITUG 984 1 2Gbpsdownstream 622Mbpsupstream 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議 SaliraOpticalNetworkSystemsInc等正開拓亞洲市場尋求機(jī)會(huì) seeSaliraScoresinChina FlexlightFunded FTTP的市場預(yù)測 1 5 Mbit s速率到家的需求2005年左右將達(dá)到高峰 開始6M