波分技術(shù)原理

1、德力儀器OEVISER波分技術(shù)原理產(chǎn)品中心2020年口月德力儀器OEVISER主要內(nèi)容第一章波分復(fù)用技術(shù)概述第二章WDM的傳輸媒質(zhì) 第三章DWDM的關(guān)鍵技術(shù)什么是WDM?德力儀器小車/信號(hào) 高速路/光纖 加油站/光放站 巡邏車/監(jiān)控信道WDM的概念興德加義器把不同波長的光信號(hào)復(fù)用到同一根光纖中進(jìn)行傳送，這種方式我們把 它叫做波分復(fù)用（Wavelength Division Multiplexing ） o稀疏波分復(fù)用（CWDM）:波長間隔大，一般為20nm密集波分復(fù)用（DWDM）:波長間隔小，小于等于08mnPage 3WDM對(duì)波長的要求!®J德力儀器從技術(shù)實(shí)現(xiàn)的角度來說各廠家可以選

2、擇任意波長進(jìn)行波分復(fù)用從技術(shù)兼容性的角度來說我們必須對(duì)WDM系統(tǒng)中的光波長進(jìn)行規(guī)范 ITU-T對(duì)WDM系統(tǒng)中光波長的規(guī)定G.692建議、G.694.1建議、G.694.2建議=波長頻率分配表WDM中的光波長必須嚴(yán)格遵照波長頻率分配表Page 5WDM典型模型!®1德力儀器D r RxlPage #雙纖單向WDM德力儀器雙纖單向波分復(fù)用系統(tǒng)采用兩根光纖，每根光纖只完成一個(gè)方向光信號(hào)的傳輸。單纖雙向WDM德力儀器OEVISERO光 波 長 復(fù) 分 用 器功率/詢直1放大IH1 f西向1N光線路放大、*紅帶EDFA1560.5nm>OSC 1625nm/1510 nm OSCWDM

3、耦合器WDM耦合器功率/詢建放大東向1-N光 波 長 復(fù) 分 用 器0O藍(lán)帶EDFA, 1527.51542.5nm單纖雙向波分復(fù)用系統(tǒng)則只用一根光纖，在這根光纖中同時(shí)實(shí)現(xiàn)雙向 信號(hào)的傳輸。單纖雙向波分復(fù)用系統(tǒng)中，兩個(gè)方向的信號(hào)光應(yīng)安排在不同波長上。Page 9»開放武WDM系統(tǒng)在終端復(fù)用謖備期限 具卷魏據(jù)0訣功能，主流設(shè)備進(jìn)行對(duì)接。，滬集成武wm 在終端復(fù)用設(shè)備中,，變換功能,SDH設(shè)備中的光發(fā)送單元性能必須滿足波分系統(tǒng)的要求： 如?渡長精度、光譜搟躍、轡光功率等等°半開放武WD M系統(tǒng)在終端復(fù)用謾番軸 慶端具備光揍甘磁物確為町以和任何廠家的SDH設(shè)備進(jìn)行對(duì)接。第一章波分

4、復(fù)用技術(shù)概述第二章WDM的傳輸媒質(zhì) 第三章DWDM的關(guān)鍵技術(shù)光纖的結(jié)構(gòu)!®1德力儀器光纖的結(jié)構(gòu)單模/多模光纖德力儀器隨著纖芯直徑的粗細(xì)不同，光纖中傳輸模式的數(shù)量多少也不同。因 此光纖按照傳輸模式的數(shù)量多少，分為單模光纖和多模光纖：當(dāng)光纖纖芯的幾何尺寸遠(yuǎn)大于光波波長時(shí)，光在波導(dǎo)光纖中會(huì)以 幾I種或更多的傳播模式進(jìn)行傳播，這樣的光纖叫做多模光纖。多 模光纖的纖芯直徑較粗，通常直徑等于50um左右；當(dāng)光纖的幾何尺寸可以與光波長相比擬時(shí)，即纖芯的幾何尺寸與 光信號(hào)波長相差不大時(shí)，光纖只允許一種模式在其中傳播，其余的 高次模全部截止，這樣的光纖叫做單模光纖。單模光纖的纖芯直徑 較細(xì)，通常直徑為

5、510um;從光纖的外觀上來看，兩種光纖區(qū)別不大，包括塑料護(hù)套的光纖 直徑都小于1mm；波分系統(tǒng)里用的都是單模光纖Page #光纖的損耗特性!®1德力儀器光纖的衰減或損耗是一個(gè)非常重要的、對(duì)光信號(hào)的傳播產(chǎn)生制約作用 的特性。光纖的損耗限制了光信號(hào)的傳播距離。光纖的損耗主要包含 吸收損耗、散射損耗、彎曲損耗三種損耗。光纖吸收損耗是制造光纖的材料本身造成的，包括紫外吸收、紅 外吸收和雜質(zhì)吸收；由于材料的不均勻使光散射而引起的損耗稱為瑞利散射損耗。瑞 利散射損耗是光纖材料二氧化硅的本征損耗；光纖的彎曲會(huì)引起輻射損耗； 決定光纖衰減常數(shù)的損耗主要是吸收損耗和散射損耗波段說明范圍(nm)帶寬(

6、nm)O波段原始12601360100E波段擴(kuò)展1360J460100S波段短波長1460J52565c波E又常規(guī)波伙T525 150U40L波段長波長1565-162560U波段超長波長1625J67550WDM中信號(hào)光窗口范厠OEVISER德力儀器因?yàn)镃波段和L波段這兩個(gè)傳輸窗口的傳輸衰耗最小，所以DWDM系統(tǒng)中信號(hào)光選擇在C波段和L波段。粗波分由于傳輸距離短，衰耗并非主要限制因素，所以CWDM系統(tǒng)中信號(hào)光跨越多個(gè)波段。Page #光纖中的色散特性?惑德力儀器光脈沖中的不同頻率或模式在光纖中的群速度不同，因而這些頻率成分和模式到達(dá)光纖終端有先有后，使得光脈沖發(fā)生展寬，這就是光纖的色散。pu

7、lse入11213Fiber claddingpulseXIX213光纖屮的色散可分為模式色散、色度色散、偏振模色散:模式色散也稱為模間色散，模式色散主要存在丁多模光纖屮;色度色散（CD）也稱為模內(nèi)色散，可以分為材料色散和波導(dǎo)色散;偏振模色散（PMD）是由丁信號(hào)光的兩個(gè)正交偏振態(tài)在光纖中有不同的傳播速度而引 起的，偏振模色散是由隨機(jī)因素產(chǎn)生的，因而其為一隨機(jī)量，難補(bǔ)償；色度色散系數(shù)就是單位波長間隔內(nèi)光波長信號(hào)通過單位長度光纖所產(chǎn)生的時(shí)延差，用D表 示，單位是ps/nm.kmo偏振模色散系數(shù)則用PMDq來表示，單位是ps/kmn （n為1/2）色度色散的影響nsi德力儀器OEVISER從TDM角

8、度上說色散將導(dǎo)致碼間干撓.入3 入P A 3 A iA !入3»光源是IF零譜寬的，光源輸岀的光命號(hào)被電脈沖進(jìn)行強(qiáng)度調(diào)制，調(diào)制倍號(hào)具有調(diào)制光源的 每波長成分O 由各波長成分到達(dá)的時(shí)間先后不-致.，因佝使得光脈沖加長（T+ZXT）,這叫作脈沖展寬。 光脈沖傳輸?shù)募措x越遠(yuǎn)，脈沖展寬越嚴(yán) 脈沖展寬將使前后光脈沖發(fā)生重疊,稱為碼間F擾。 碼間千擾將引起謀砒，因而限制了傳輸?shù)膫?cè)速率和傳輸也離。但從WDM角度上說，色度色散有利J：克服光纖的IF線性造成的信道間干擾，如FWM和XPM。A需要辨證的看待色度色散的影響。偏振模色散（PMD）回德力儀器OEVISERPMD IS CAUSED BY SL

9、IGHTFIBER 陽YMVETRY由J：信號(hào)光的兩個(gè)正交偏振態(tài)在光纖屮有不同的傳播速度而引起的色散稱 偏振模色散，它也是光纖的重要參數(shù)之一。引起偏振模色散的因素是隨機(jī)產(chǎn)生的，因而偏振模色散是一個(gè)隨機(jī)量。 PMD具有和色度色散相同的影響：引起脈沖展寬Page 17光纖的截止波長藝德力儀器截止波長：?jiǎn)文９饫w中光信號(hào)能以單模方式傳播的最小波長；實(shí)際光波長比截止波長小時(shí)會(huì)有多個(gè)模式在單模光纖中傳播，并呈現(xiàn)多模特性；為避免模式噪聲和模式色散，實(shí)際系統(tǒng)光纜中的最短光纜長度的截止波長應(yīng)該小 于系統(tǒng)的最低工作波長，截止波長條件可以保證在最短光纜長度上單模傳輸,并且 對(duì)以抑制高階模的產(chǎn)生或可以將產(chǎn)生的高階模式

10、噪聲功率代價(jià)減小到完全可以忽略 的地步； G.652光纖在22米長光纜上的截止波長1260nm,在220米長的跳線光纜截止波 長1260nm,在短于2米長跳線光纜上的光纖的截止波長1250nm； G.655光纖在22米長光纜上的截止波長1480nm,在短于2米長光纜上的一次涂敷 光纖上的截止波長小于等于1470nm, 220米長跳線光纜上的截止波長1480nmo光纖的模場(chǎng)直徑nsiOEVISER德力儀器在光纖中，光能量不完全集中在纖芯中傳輸，部分能量在包層 中傳輸，纖芯的直徑不能反映光纖中光能量的分布，于是提出了 模場(chǎng)直徑的概念。模場(chǎng)直徑就是描述單模光纖中光能集中 程度的參量模場(chǎng)直徑越小，通過

11、光纖橫截面的能量 密度就越大。當(dāng)通過光纖的能量密度過大 時(shí)，會(huì)引起光纖的非線性效應(yīng)，造成系統(tǒng) 的光信噪比降低，大大影響系統(tǒng)性能。單橫光纖的鈿蟀強(qiáng)卿 徳力儀器從本質(zhì)上講，所有介質(zhì)都是非線性的，只是一般情況下非線性特征很小，難以 表現(xiàn)出來。當(dāng)光纖的入纖功率不大時(shí)，光纖呈現(xiàn)線性特征，當(dāng)光放大器和高功率 激光器在光纖通信系統(tǒng)中使用后，光纖的非線性特征愈來愈顯著；A單模光纖的非線性效應(yīng)一般可以分：A受激非彈性散射（受激拉曼散射SRS、受激布里淵散射SBS）、A克爾效應(yīng)（自相位調(diào)制SPM、交叉相位調(diào)制XPM、四波混頻FWM）"注意：非線性效應(yīng)一旦產(chǎn)生，就無法消除或補(bǔ)償，必須盡量防止非線性效應(yīng)的產(chǎn)

12、生！A使川模場(chǎng)直徑大的光纖，可以降低通過光纖的功率密度，可以抑制非線性效應(yīng)的產(chǎn)生。最主要我們可以通過降低入纖光功率、采川大有效面積光纖等來防止非線性效應(yīng)的發(fā)生。非線性效應(yīng)與色散相關(guān)，色散并不是越小越好。DWDM系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)!®1德力儀器第一章波分復(fù)用技術(shù)概述第二章WDM的傳輸媒質(zhì)第三章DWDM的關(guān)鍵技術(shù)合波分波技術(shù)監(jiān)控信道Page #DWDM光源技術(shù)輕德力儀器DWDM系統(tǒng)的光源具有兩個(gè)最突出的特點(diǎn):1、比較大的色散容限值；2、標(biāo)準(zhǔn)而穩(wěn)定的波長； 因此選擇半導(dǎo)體激光器（LD）作為光源。對(duì)于應(yīng)用于高速光纖通信系統(tǒng)中LD光源,又分為多縱模（MLM）激光器和單縱模（SLM）激光器兩類。幅府

13、MLM波長SLM激光器的調(diào)制方式!®1德力儀器1、直接調(diào)制光源2、間接調(diào)制光源a、電吸收調(diào)制光源(EA)b、馬赫策恩德爾調(diào)制光源(M-Z)Page 25直接調(diào)制光源德力儀器OEVISERPage #Page #直接調(diào)制：直接調(diào)就是利用電信號(hào)的V和'CT控制激光器的開、關(guān), 使特定波長的光波攜載電信號(hào)。Page #Page #優(yōu)點(diǎn)：技術(shù)簡(jiǎn)單、成本較低 缺點(diǎn)：因存在和'(V頻率的變化，不可避免存在陰啾。關(guān)啾的存在展 寬了激光器發(fā)射光譜的帶寬,使光源的光譜特性變壞，限制了系統(tǒng)的傳 輸速率和距離；適用于短距離傳輸Page 27間接調(diào)制光源璽！德力儀器間接調(diào)制不直接調(diào)制光源，而

14、是在光源的輸出通路上外加調(diào)制器對(duì)光波進(jìn)行調(diào)制，此調(diào)制器實(shí)際上起到一個(gè)開關(guān)的作用。光信號(hào)輸出 光調(diào)制器恒定光源是一個(gè)連續(xù)發(fā)送固定波長和功率的高穩(wěn)定光源，在發(fā)光的過程中, 不受電調(diào)制信號(hào)的影響，因此不產(chǎn)生調(diào)制頻率碉啾，光譜的譜線寬度維持 在最小。光調(diào)制器對(duì)恒定光源發(fā)出的高穩(wěn)定激光根據(jù)電調(diào)制信號(hào)以“允許”或者 “禁止”通過的方式進(jìn)行處理，而在調(diào)制的過程中，對(duì)光波的頻譜特性不 會(huì)產(chǎn)生任何影響，保證了光譜的質(zhì)量，適用于高速率、長距離傳輸。常用的間接調(diào)制有兩種：電吸收調(diào)制光源和MZ光源電吸收調(diào)制光源(EA)璽|德力儀器Page 27電吸收調(diào)制光源(EA)璽|德力儀器Page #電吸收調(diào)制光源(EA)璽|德

15、力儀器Page #電吸收調(diào)制光源(EA)璽|德力儀器優(yōu)點(diǎn)：頻率陰啾較低，色散受限距離較長缺點(diǎn)：技術(shù)較復(fù)雜Page #Page #馬赫-策恩德爾調(diào)制光源（M-z）MS3I德力儀器OEVISERjmjiTLTLTL優(yōu)點(diǎn)：可忽略碉啾，色散受限距離很長缺點(diǎn)：技術(shù)難度大，不便于集成Page #光電檢測(cè)器!®1德力儀器三種光源的比較nsiOEVISER直調(diào)光源電吸收調(diào)制光源馬赫策恩德爾調(diào)制光源最大色散ps/nm1200-2400720012800大于12800成本適中貴昂貴波長穩(wěn)定性較好好很好WDM中，我們常用的是電吸收調(diào)制光源和直調(diào)光源光電檢測(cè)器的作用是把接收到的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)。半導(dǎo)

16、體光檢測(cè)器主要有兩類：PIN光電二極管和雪崩光電二極管（APD）。> PIN管由于其靈敏度比較低（一般為-20dBm左右）、過載點(diǎn)比較高（一般為OdBm左右）適用于短距離傳送。> APD管由于其靈敏度比較高（一般為-28dBm左右）、過載點(diǎn)比較低 （一般為-9dBm左右）,適用于長距離傳送。較高的反向偏壓以及較強(qiáng)的輸入光信號(hào)都對(duì)能導(dǎo)致反偏電流過大，使APD 管被反向擊穿。因此在現(xiàn)場(chǎng)需要注意操作規(guī)范：1、使用OTDR表等能輸出大功率光信號(hào)的儀器對(duì)光路進(jìn)行測(cè)量時(shí)，注意將 對(duì)端通信設(shè)備與光路斷開，一面強(qiáng)光損壞接收機(jī)。2、保證輸入光功率不超過器件允許的最大值，單板自環(huán)時(shí)注意加適當(dāng)?shù)?衰減器

17、。3、不能采用將光纖連接器插松的形式來代替光衰減器。放大器!®1德力儀器半導(dǎo)體光放大器(SOA)摻鉤光纖放尢器(EDPA)弋曼放大器(Raman)Page 31EDFA組成及原理OEVISER德力儀器信號(hào)光入A泵浦光強(qiáng)度德力儀器ED FA 增OEVISER/ww益平坦控制刪增益控制的兩種方式:增益平坦技術(shù)GFFOEVISER德力儀器Page #增益平坦技術(shù)GFFOEVISER德力儀器dGT“增益否平坦度1530nm1560nm波長EDFA的增益譜曲線ILj * 1GFF - Gain Flat Filter波長,增益平坦濾波器使輸出平坦要求： 增益平坦度2dBPage 35EDFA常

18、見控制模也德力儀器OEVISEFIAGC模式輸出隨輸入的變化而變化，增益保持不變。波分系統(tǒng)里最常見的控制模式。AGC又叫增益鎖定模式，有多種實(shí)現(xiàn)方案，常見的是電控pump技術(shù)，如門一非線性控制通過檢測(cè)輸出、輸入，得到實(shí)際增益；通過改變PUMP的功率來改變輸出，使實(shí)際增益 最終保持到目標(biāo)增益。APC模式無論輸入如何變化，輸出保持不變，此時(shí)變化的是增益?？烧{(diào)增益使用的模式。通過檢測(cè)輸出功率，與目標(biāo)輸出值比較，改變PUMP的功率來改變輸岀，使實(shí)際輸岀 功率最終保持到目標(biāo)輸出功率。OEVISER為什么要進(jìn)行AGC控制?德力儀器當(dāng)其它條件不變的情況下，EDFA上下波給系統(tǒng)引入的問題： 波數(shù)增加時(shí)，由于進(jìn)

19、入EDFA的光功率增大，導(dǎo)致泵浦光功率對(duì)各波的貢 獻(xiàn)減小，單波光功率突然下降，如果此時(shí)的光功率低于接收機(jī)能夠接收 的最小光功率，則會(huì)出現(xiàn)瞬間的信號(hào)丟失，穩(wěn)定后各波的增益均有一定 程度的下降； 波數(shù)減少時(shí)，由于進(jìn)入EDFA的光功率突然減小，過剩的泵浦光功率全部 貢獻(xiàn)給了余下的信道，導(dǎo)致單波光功率突然上升，如果此時(shí)的光功率高 于接收機(jī)接收的最大光功率，則會(huì)對(duì)接收機(jī)造成過沖，穩(wěn)定后各波增益 會(huì)有定程度的上升；診以在波分系統(tǒng)中，菽大器需要采取增益鎖定技術(shù)。拉曼放大器原理?惑德力儀器EDFA噪聲特性?!煞!德力儀器/放大自發(fā)輻射（ASE）是EDFA的基本噪聲源， 是系統(tǒng)OSNR劣化的主要因素，如下圖。/

20、放大器產(chǎn)生的自發(fā)輻射噪聲功率為：PASE =-拉曼放大器原理?惑德力儀器如果一個(gè)弱信號(hào)與一強(qiáng)泵浦光波同時(shí)在光纖中傳輸，并使弱信號(hào)波長置于 泵浦光的拉曼增益帶寬內(nèi)，弱信號(hào)光即可得到放大，這種基于受激拉曼散 射機(jī)制的光放大器即稱為拉曼光纖放大器。> 其增益波長由泵浦光波長決定，只要泵浦源的波長適當(dāng)，理論上町得到任 意波長的信號(hào)放大；> 其增益介質(zhì)為傳輸光纖木身；這使拉曼光纖放大器町以對(duì)光信號(hào)進(jìn)行在線 放大，構(gòu)成分布式放大，實(shí)現(xiàn)長距離的無中繼傳輸和遠(yuǎn)程泵浦；噪聲指數(shù)低，這使其與常規(guī)EDFA混合使用時(shí)町大大降低系統(tǒng)的噪聲指數(shù)， 增加傳輸跨距。拉曼放大器原理?惑德力儀器拉曼放大器原理nsi德

21、力儀器OEVISER光纖非線性效應(yīng)的巧妙運(yùn)用、化廢為寶的實(shí)例 SRS受激拉曼散射：入射光子能量轉(zhuǎn)移到低頻光上（頻率下移13.2THZ） 一個(gè)頻率為fl的光子入射到光纖屮，當(dāng)它的功率足夠強(qiáng)，以至發(fā)生SRS效應(yīng)時(shí)，它會(huì)將 自身的能量轉(zhuǎn)移到頻率為fl-13.2THz的光子上，而自身以分子振動(dòng)的形式消亡。 SRS效應(yīng)需要很強(qiáng)的光才能激發(fā)，這正是為什么拉曼放大器功率都很強(qiáng)很危險(xiǎn)的原因。4匚.2。£ 00.Eeo®>4E0;tt!:RA的增益譜曲線FRA放大是在普通光纖中，且沒看波段的限制。理論上任何波長都可以放大。德力儀器一個(gè)泵浦波長放大的范圍有限。可以根據(jù) 需要選擇多個(gè)波長，進(jìn)行合理疊加，即可 得到任意波段的放大。如果你想放大的波長頻率為f2,則入射的 泵浦源選擇f2+ 13.2THz即可德力儀器EDFA與FRA的比較回1OEVISER比較項(xiàng)目EDFAFRA放大原理半導(dǎo)體的受激輻射非線性效應(yīng)里的SRS放大介質(zhì)摻鉗光纖（放大器內(nèi)部）普通光纖（線路光纖）Pump 源980/1480nm根據(jù)放大目標(biāo)來選擇我司RPC為（1427/1457nm）Pum