光纖通信系統(tǒng)

第一章

光纖通信概述及光纖的傳輸理論

1.光纖通信概述

光纖通信的發(fā)展及現(xiàn)狀

光纖通信的主要優(yōu)點(diǎn)

光纖通信系統(tǒng)的基本組成1.1光纖通信的發(fā)展及現(xiàn)狀

光纖通信是以光作為信息載體，以光纖作為傳輸媒介的通信方式。光纖通信的發(fā)展可以粗略地分為三個(gè)階段：第一階段(1966~1976年)，這是從基礎(chǔ)研究到商業(yè)應(yīng)用的開(kāi)發(fā)時(shí)期。在這個(gè)時(shí)期，實(shí)現(xiàn)了短波長(zhǎng)(0.85μm)低速率(45或34Mb/s)多模光纖通信系統(tǒng)，無(wú)中繼傳輸距離約10km。

第二階段(1976~1986年)，這是以提高傳輸速率和增加傳輸距離為研究目標(biāo)和大力推廣應(yīng)用的大發(fā)展時(shí)期。在這個(gè)時(shí)期，光纖從多模發(fā)展到單模，工作波長(zhǎng)從短波長(zhǎng)(0.85μm)發(fā)展到長(zhǎng)波長(zhǎng)(1.31μm和1.55μm)，實(shí)現(xiàn)了工作波長(zhǎng)為1.31μm、傳輸速率為140~565Mb/s的單模光纖通信系統(tǒng)，無(wú)中繼傳輸距離為100~50km。

第三階段(1986~1996年)，這是以超大容量超長(zhǎng)距離為目標(biāo)、全面深入開(kāi)展新技術(shù)研究的時(shí)期。在這個(gè)時(shí)期，實(shí)現(xiàn)了1.55μm色散移位單模光纖通信系統(tǒng)。采用外調(diào)制技術(shù)，傳輸速率可達(dá)2.5~10Gb/s，無(wú)中繼傳輸距離可達(dá)150~100km。

目前，正在開(kāi)展研究的光纖通信新技術(shù)，例如，超大容量的波分復(fù)用(WavelengthDivisionMultiplexing,WDM)光纖通信系統(tǒng)和超長(zhǎng)距離的光孤子(Soliton)通信系統(tǒng)。光纖通信發(fā)展的現(xiàn)狀：光纖通信技術(shù)不斷創(chuàng)新：光纖從多模發(fā)展到單模，工作波長(zhǎng)從0.85μm發(fā)展到1.31μm和1.55μm，傳輸速率從幾十Mb/s發(fā)展到幾十Gb/s。另一方面，著技術(shù)的進(jìn)步和大規(guī)模產(chǎn)業(yè)的形成，光纖價(jià)格不斷下降，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大：從初期的市話局間中繼到長(zhǎng)途干線進(jìn)一步延伸到用戶接入網(wǎng)，從數(shù)字電話到有線電視(CATV)，從單一類型信息的傳輸?shù)蕉喾N業(yè)務(wù)的傳輸。1.2光纖通信的主要優(yōu)點(diǎn)傳輸頻帶極寬，通信容量很大傳輸衰減小，距離遠(yuǎn)信號(hào)串?dāng)_小，傳輸質(zhì)量高抗電磁干擾，保密性好光纖尺寸小，重量輕，便于運(yùn)輸和敷設(shè)耐化學(xué)腐蝕，適用于特殊環(huán)境原材料資源豐富,節(jié)約有色金屬1.3光纖通信系統(tǒng)的基本組成

一個(gè)基本的光纖通信系統(tǒng)由三大部分構(gòu)成：光發(fā)射設(shè)備、光纖光纜、光接收設(shè)備。

系統(tǒng)中光發(fā)射機(jī)的作用是將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)，并將生成的光信號(hào)注入光纖。光接收機(jī)的作用是將光纖送來(lái)的光信號(hào)還原成原始的電信號(hào)。光源調(diào)制器驅(qū)動(dòng)電路光發(fā)射機(jī)光纖光纖中繼器放大器光電二極管判決器光接收機(jī)2.光纖的傳輸理論

光纖的基本性質(zhì)

介質(zhì)平板波導(dǎo)

階躍折射率光纖的模式理論

單模光纖2.1光纖的基本性質(zhì)2.1.1光纖的結(jié)構(gòu)和分類

光纖主要是由纖心、包層和涂覆層構(gòu)成。纖心是由高度透明的材料制成的；包層的折射率略小于纖心，從而造成一種光波導(dǎo)效應(yīng)，使大部分的電磁場(chǎng)被束縛在纖心中傳輸。涂覆層的作用是保護(hù)光纖不受水汽的侵蝕和機(jī)械的損傷套層一次涂覆層包層纖芯

按照光纖的橫截面上折射率分布的情況來(lái)分類，光纖以分為階躍折射率型和漸變折射率型以及w型光纖。

2b2b

2b

2c2a

2a

2a

n

n

nn1

n1n1

n2

n2

n2

n3

0

abr0

abr0

acbr

（a）階躍光纖（b）漸變光纖（c）W型光纖

光纖按照工作波長(zhǎng)可分為紫外光纖、可觀光纖、近紅外光纖以及紅外光纖（0.85μm、1.3μm和1.55μm）等。光纖按傳輸模式數(shù)量分類，又可以分為多模光纖和單模光纖。在一定的工作波長(zhǎng)下，多模能傳輸許多介質(zhì)波導(dǎo)，而單模只傳輸基模。2.1.2光的傳輸光在空氣中傳播的幾種情況：光的反射和折射以及全反射。

光的反射服從反射定理：θ1=θ3，即反射角等于入射角。光的折射服從折射定律：n1sinθ1=n2sinθ2。全反射定理：光從光密媒質(zhì)進(jìn)入光疏媒質(zhì)，當(dāng)入射角增大到一定的角度時(shí)，折射光就會(huì)全部消失。即θin>=arcsin（n2/n1）。其中θc＝arcsin（n2/n1），稱為臨界角。三種主類型的光纖傳播路徑：多模漸變折射率光纖多模階躍折射率光纖單模階躍折射率光纖子午光線在階躍光纖中的傳輸：光線以入射角θi>θmax入射，其傳輸途徑如圖所示。圖中的紅線傳輸途徑表示θi=θmax的路徑。光線以入射角θi<θmax入射，光纖在纖心中產(chǎn)生多次全反射。其傳輸途徑如圖所示。以不同的入射角進(jìn)入光纖中，傳輸路徑的對(duì)比情況。由此可見(jiàn)，只有在半錐角為θi≤θmax的圓錐內(nèi)入射的光束才能在光纖中傳播。根據(jù)這個(gè)傳播條件，定義臨界角θi的正弦為數(shù)值孔徑(NumericalAperture,NA)。

i數(shù)值孔徑式中Δ=(n1-n2)/n1為纖芯與包層相對(duì)折射率差。最大時(shí)延差近似為：根據(jù)定義和斯奈爾定律：

NA=n0sinθi=n1cosψc，n1sinψc=n2sin90°可以得到數(shù)值孔徑：定義光纖數(shù)值孔徑NA為入射媒質(zhì)折射率與最大入射角的正弦值之積，即：2.1.3光纖的傳輸特性損耗和色散是光纖的兩個(gè)主要的傳輸特性。（1）光纖的損耗所謂損耗是指光纖每單位長(zhǎng)度上的衰減，單位為dB／km。所有的損耗機(jī)理可以分為兩種不同的情況：一是石英光纖的固有損耗機(jī)理。二是由于材料和工藝所引起的非固有損耗機(jī)理。第二傳輸窗口第一傳輸窗外吸收紅外吸收瑞利散射0.22.5損耗(dB/km)波長(zhǎng)(nm)OH離子吸收峰光纖損耗譜特性損耗主要機(jī)理：材料吸收、瑞利散射和輻射損耗第三傳輸窗口在1.55

m處最小損耗約為0.dB/km光纖通信中常用的低損窗口有0.85μm，1.3μm和1.55μm。（2）光纖的色散

光纖的色散是在光纖中傳輸?shù)墓庑盘?hào)，隨傳輸距離增加，由于不同成分的光傳輸時(shí)延不同引起的脈沖展寬的物理效應(yīng)。色散反應(yīng)了光脈沖沿光纖傳播時(shí)的展寬。色散的種類：模式色散：同一頻率下有不同的群速度。材料色散：石英的折射率隨波長(zhǎng)而變所引起。波導(dǎo)色散：模式本身的色散。材料色散引起的脈沖展寬漸變型光纖的模式色散2.2介質(zhì)平板波導(dǎo)（1）波動(dòng)方程法拉第電磁感應(yīng)定律：安培環(huán)路定律：高斯定律：磁通連續(xù)性定律：其中2.2.1基本波導(dǎo)方程式（2）波動(dòng)方程式其中2.2.2對(duì)稱介質(zhì)平板波導(dǎo)的傳輸模式（1）對(duì)稱介質(zhì)板波導(dǎo)方程式和模式對(duì)稱介質(zhì)平板報(bào)的的形狀及坐標(biāo)軸取向如下圖所示。電磁波沿z方向傳輸，z方向波導(dǎo)的幾何形狀不變，在y方向波導(dǎo)無(wú)限伸展。同時(shí)由于對(duì)稱性場(chǎng)分量在y方向沒(méi)有變化。對(duì)稱平板波導(dǎo)的幾何形狀也就是波導(dǎo)中電場(chǎng)表達(dá)式可寫(xiě)為（2）TE模式所謂模式，就是波導(dǎo)中容許存在的一種場(chǎng)結(jié)構(gòu)的形式，這種場(chǎng)結(jié)構(gòu)形式既滿足麥?zhǔn)戏匠探M也滿足電磁場(chǎng)的邊界條件，它的傳輸常數(shù)和波導(dǎo)尺寸間的關(guān)系由特征方程式給出。下圖是各種不同的模式類型。TE模式的特征方程式偶TE模式的特征方程式式中：n=0,1,2,3…..分別對(duì)應(yīng)著TE0,TE1,TE2,….模式，n稱為偶TE模的模數(shù)。TE0模的場(chǎng)分量TE0模場(chǎng)型TE2模的Ey分量奇TE模式的特征方程式：(3)傳輸常數(shù)的確定由導(dǎo)模傳輸條件和奇偶TE模特征方程可得：設(shè)由圖即可求得TE模式的傳輸常數(shù)。若設(shè)計(jì)一個(gè)多模介質(zhì)板波導(dǎo)，則應(yīng)按下式選擇介質(zhì)平板的半寬度，即單模的條件：2.3階躍折射率光纖的模式理論（1）光纖中的各種導(dǎo)模對(duì)應(yīng)V=0有兩套波型，TE0m模和TM0m模，由波導(dǎo)方程式可知。對(duì)于TM0m模，Hz=E

=Hr=0,僅有Ez,H

，

Er分量,叫做橫磁模（TE模）對(duì)于TE0m模，Ez=H

=Er=0,僅有Hz，E

，

Hr分量,叫做橫電模（TM模）當(dāng)V≠0時(shí)，Hz和Ez分量都不為零，為混合模?；旌夏Ｒ罁?jù)橫向場(chǎng)中Hz和Ez的分量哪個(gè)更強(qiáng)，分為HE模和EH模.

TE0m模和TM0m模：（2）各模式截止值的方程

HE1m模和EHVm模：

HEVm(V>1)模：貝塞爾函數(shù)前三個(gè)根（不包括零根）2.404833.831715.135625.520087.015598.417248.6537310.1734711.61984J0（u）J1（u）J2（u）

貝塞爾函數(shù)圖形貝塞爾函數(shù)的根從圖中可以看到：如果光纖的歸一化頻率V<2.405時(shí)，光纖中只有HE11模。從圖中可以看到：當(dāng)V>2.405時(shí)，較低次模式隨V的變化依次出現(xiàn)。2.4單模光纖單模光纖是在一定工作波長(zhǎng)下，傳輸基膜HE11模的光纖。2.4.1單模光纖的結(jié)構(gòu)常規(guī)型W型凹陷型單模光纖采用多層結(jié)構(gòu)的作用是：減少基膜的損耗和得到纖心半徑較大的單模光纖。2.4.2單模光纖的頻率色散單模光纖中只存在LP01模，因而基本上消除了模式色散，只剩下材料色散和波導(dǎo)色散。波導(dǎo)色散DW由于光纖中某一導(dǎo)模在不同光波長(zhǎng)下，相位常數(shù)（傳播常數(shù)β）不同。波導(dǎo)色散取決于波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)參數(shù)和波長(zhǎng)。波導(dǎo)色散的影響依賴于光纖設(shè)計(jì)參數(shù)，如纖芯半徑和芯－包層折射率差。根據(jù)光纖的這種特性，可改變光纖的色散情況，進(jìn)行色散位移。

材料色散DM是由于光纖的折射率隨波長(zhǎng)而改變，實(shí)際光源不是純單色光，模內(nèi)不同波長(zhǎng)成分的光，其時(shí)間延遲不同而產(chǎn)生的。這種色散取決于材料折射率的波長(zhǎng)特性和光源的譜線寬度。單模光纖的材料色散和波導(dǎo)色散在適當(dāng)?shù)牟ㄩL(zhǎng)可以互相抵消，而得到零頻率色散。此結(jié)論從右圖中就可以看出。2.4.3單模光纖的發(fā)展與演變圖中的光纖均為單模光纖。（1）常規(guī)單模光纖

常規(guī)單模光纖(G.652光纖)，其結(jié)構(gòu)多采用階躍型或者下陷包層型折射率分布。這種光纖的零色散波長(zhǎng)在1.31μm，在該波長(zhǎng)上有較低的損耗和很大的帶寬，曾經(jīng)大量敷設(shè)，在光纖通信中扮演過(guò)重要角色。（2）色散位移光纖

G.653光纖。這種光纖的基本設(shè)計(jì)思路是通過(guò)結(jié)構(gòu)和尺寸的適當(dāng)選擇來(lái)加大波導(dǎo)色散，使零色散波長(zhǎng)從1.3lμm移到1.55μm,G.653光纖在80年代末和90年代初被認(rèn)為是富有應(yīng)用前景的理想光纖。（3）非零色散位移光纖（NZ-DSF）

G.655光纖，在1.53μm--1.565μm波長(zhǎng)區(qū)域內(nèi)具有較小的但非零的色散（1—6ps/nm.km），從而既能適應(yīng)高速系統(tǒng)對(duì)帶寬的要求，又能使FWM效率不高。

NZ—DSF光纖的纖芯采用三角形或梯形折射率分布，如下圖所示。它的色散在1530—1565nm(EDFA的工作波長(zhǎng))范圍內(nèi)可以是正的，也可以是負(fù)的。若零色散波長(zhǎng)小于1530nm，則為正色散：若零色散波長(zhǎng)大于1565nm，則為負(fù)色散。從而實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離上的色散管理。理想的三角形折射率分布光纖第二章

光纖通信系統(tǒng)主要內(nèi)容：

光纖通信系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)

光同步數(shù)字傳輸網(wǎng)

數(shù)字光纖通信系統(tǒng)

光放大器

波分復(fù)用系統(tǒng)1.數(shù)字光纖通信系統(tǒng)1.1數(shù)字光纖通信系統(tǒng)數(shù)字光纖通信系統(tǒng)的基本框架圖如下圖所示：輸入接口TXRX輸入接口電接收端用戶電發(fā)射端用戶備用系統(tǒng)輔助系統(tǒng)光纜光中繼器光纜TX：光發(fā)射端機(jī)RX：光接收端機(jī)從上圖中可以看到：用戶進(jìn)去的信號(hào)都是模擬信號(hào)，經(jīng)過(guò)電發(fā)射端機(jī)后出來(lái)的就是數(shù)字信號(hào)，而模擬信號(hào)轉(zhuǎn)為數(shù)字信號(hào)要經(jīng)過(guò)取樣、量化、編碼。輸入接口的作用是進(jìn)行適當(dāng)?shù)拇a型變換以適合光發(fā)射端得要求。光發(fā)射端機(jī)的組成如下圖所示：線路編碼調(diào)制電路光源控制電路數(shù)字信號(hào)

光信號(hào)

常用的光線路碼型大體可以歸納為三類：擾碼二進(jìn)制、字變換碼、插入碼型。1.2系統(tǒng)性能及其測(cè)試系統(tǒng)的性能參數(shù)主要有兩種：誤碼性能和抖動(dòng)性能。系統(tǒng)的誤碼性能是衡量系統(tǒng)優(yōu)劣的一個(gè)非常重要的指標(biāo)，反映數(shù)字信息在傳輸過(guò)程中受到損傷的程度，通常用長(zhǎng)期平均誤碼率、誤碼的時(shí)間百分?jǐn)?shù)和誤碼秒百分?jǐn)?shù)來(lái)表示。數(shù)字信號(hào)(包括時(shí)鐘信號(hào)）的各個(gè)有效對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間位置的偏差，稱為抖動(dòng)（或飄動(dòng)）。抖動(dòng)的性能參數(shù)主要有：輸入抖動(dòng)容限、輸出抖動(dòng)和抖動(dòng)轉(zhuǎn)移特性。2.光同步數(shù)字傳輸網(wǎng)2.1SDH的幀結(jié)構(gòu)

SDH是一整套可進(jìn)行同步數(shù)字傳輸、復(fù)用和交叉連接的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)字信號(hào)的等級(jí)結(jié)構(gòu)。其幀結(jié)構(gòu)如下圖所示。同步傳輸模塊STM-1是SDH的第一個(gè)等級(jí)，又叫做基本同步傳輸模塊，比特率為155.520Mbit/s。

STM-N是第N個(gè)等級(jí)的同步傳送模塊，比特率是STM-1的N倍（N=4，n=1,2，……)。光纖大容量數(shù)字傳輸系統(tǒng)的兩種傳輸體制：準(zhǔn)同步數(shù)字系列(PDH)和同步數(shù)字系列(SDH)。

SDH分為兩個(gè)部分，第1行至第3行為再生段開(kāi)銷（RSOH)，第5行至第9行為復(fù)用段開(kāi)銷（MSOH)，第4行是管理單元指針（AUPER),這是一個(gè)指示符，主要用來(lái)指示信息凈負(fù)荷的第一個(gè)字節(jié)的STM-N幀內(nèi)的準(zhǔn)確位置，以便在接收端正確的分解。2.2SDH基本復(fù)用映射結(jié)構(gòu)STM-NAUGAU-4VC-4TU-3VC-3C-3C-4TUG-2TU-12VC-12C-12TUG-3×N139264kbit/s44736kbit/s2048kbit/s指針處理映射對(duì)齊復(fù)用C-2C-11VC-2VC-116312kbit/s1544kbit/sTU-2TU-11AU-3VC-4

SDH中的指針在服用映射過(guò)程中的作用有三條：

（1）當(dāng)網(wǎng)絡(luò)處于同步工作狀態(tài)時(shí)，指針用來(lái)進(jìn)行同步信號(hào)間的相位校準(zhǔn)；（2）當(dāng)網(wǎng)絡(luò)失去同步時(shí)，指針用作頻率和相位校準(zhǔn)，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)異步工作時(shí)，指針用作頻率跟蹤校準(zhǔn)；（3）指針還可以用來(lái)容納網(wǎng)絡(luò)中的頻率抖動(dòng)和漂移。

網(wǎng)同步是指網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)的時(shí)鐘頻率和相位都控制在預(yù)先確定的容差范圍內(nèi)，以便使網(wǎng)的歌交換節(jié)點(diǎn)的全部數(shù)字流實(shí)現(xiàn)正確、有效的變換。SDH通常采用主從同步方式。同步分配在局內(nèi)采用星形拓?fù)?，局間采用樹(shù)形拓?fù)?。局?nèi)G.81s鐘G.81s鐘節(jié)點(diǎn)鐘G.81s鐘G.81s鐘G.812節(jié)點(diǎn)鐘G.812節(jié)點(diǎn)鐘G.812節(jié)點(diǎn)鐘G.812節(jié)點(diǎn)鐘G.812節(jié)點(diǎn)鐘G.812節(jié)點(diǎn)鐘G.811PRC同步鏈路去局外的其他G.81s鐘去局外的其他G.81s鐘去局外的其他G.81s鐘去局外的其他G.81s鐘局外（a）局內(nèi)分配的同步網(wǎng)結(jié)構(gòu)（b）局間分配的同步網(wǎng)結(jié)構(gòu)

SDH的網(wǎng)的物理拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有：線形、星形、樹(shù)形、環(huán)形以及網(wǎng)孔形。（a）線形（c）樹(shù)形（b）星形（d）環(huán)形（e）網(wǎng)孔形

SDH網(wǎng)絡(luò)物理層可分為干線網(wǎng)（BackboneNetwork）、中繼網(wǎng)（JunctionNetwork）和接入網(wǎng)（AccessNerwork）。下圖為我國(guó)的SDH傳送網(wǎng)。3.光纖通信系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)一個(gè)光纖通信系統(tǒng)時(shí)，要對(duì)下述問(wèn)題進(jìn)行具體的考慮和設(shè)計(jì)：（1）選擇路由，設(shè)置局站（2）確定系統(tǒng)的制式、速率（3）光纖選型（4）選擇合適的設(shè)備，核實(shí)設(shè)備的性能指標(biāo)（5）對(duì)中繼段進(jìn)行功率和色散預(yù)算單信道光纖通信系統(tǒng)功率預(yù)算和色散預(yù)算的設(shè)計(jì)方法有兩種：最壞值計(jì)法和統(tǒng)計(jì)設(shè)計(jì)法。再生段距離設(shè)計(jì)可分為兩種情況來(lái)討論：一種是損耗受限系統(tǒng)，即再生距離由發(fā)、收之間光通道的損耗決定；一種是色散受限系統(tǒng)，即再生段距離有S和R點(diǎn)之間光通道總色散所限定。LTXOROFNNC1C2PRRRXSDH光纖通信系統(tǒng)通道損耗的組成對(duì)于損耗受限的系統(tǒng)，可達(dá)到的最大再生距離可用下式來(lái)估算：式中：pp為通道代價(jià)；Af為光纖的平均損耗；As是每個(gè)光纖接頭的平均損耗；Lf是每盤(pán)光纜的長(zhǎng)度。色散損耗可用下面的公式來(lái)進(jìn)行計(jì)算：式中：B為線路碼速率；D為色散速率。4.光放大器光放大器按工作原理可以分為受激輻射光放大器、受激散射光放大器和參量放大器三大類。有源介質(zhì)泵浦源光纖與放大器間光耦合光放大器輸出光輸入光信號(hào)光放大器的通用結(jié)構(gòu)4.1EDFA的工作原理和基本性能

鉺(Er)是一種稀土元素(屬于鑭系元素),原子序數(shù)是68，原子量是167.3。EDFA在980nm泵浦時(shí)，是一個(gè)典型的三級(jí)能級(jí)系統(tǒng)，在1480nm泵浦時(shí)，是一個(gè)準(zhǔn)二級(jí)能級(jí)系統(tǒng)。從右圖可以看到，在摻鉺光纖(EDFA)中，鉺離子(Er3+)有三個(gè)能級(jí)，其中：能級(jí)1代表基態(tài)，能量最低；能級(jí)2是亞穩(wěn)態(tài)，處于中間能級(jí)；能級(jí)3代表激發(fā)態(tài)，能量最高。

下圖為參鉺光纖放大器的工作原理圖以及鉺的能級(jí)圖和摻鉺光纖在信號(hào)光的感應(yīng)下，粒子在不同能級(jí)上的躍遷?？梢?jiàn)這種放大是由于泵浦光的能量轉(zhuǎn)換為信號(hào)光的結(jié)果。為提高放大器增益，應(yīng)提高對(duì)泵浦光的吸收，使基態(tài)Er3+盡可能躍遷到激發(fā)態(tài)，下圖示出EDFA增益和吸收頻譜。4.2EDFA的結(jié)構(gòu)

EDFA的光路結(jié)構(gòu)圖主要有三種：同向泵浦、反向泵浦和雙向泵浦結(jié)構(gòu)。同向泵浦即在摻鉺光纖的輸入端加一個(gè)泵浦激光器，信號(hào)光和泵浦光經(jīng)波分復(fù)用器后合在一起，在摻鉺光纖中同向傳輸。下圖為同向泵浦型。反向泵浦即信號(hào)光和泵浦光在摻鉺光纖中反向向傳輸。下圖為反向泵浦型。雙向泵浦即在摻鉺光纖的兩端各加一個(gè)泵浦激光器。下圖為雙向泵浦型。EDFA的基本特性有：增益特性和噪聲特性

EDFA的增益是輸入與輸出的信號(hào)功率之比，不包括泵浦光或自發(fā)輻射光。下圖示出輸出信號(hào)光功率和輸入泵浦光功率的關(guān)系，由圖可見(jiàn)，泵浦光功率轉(zhuǎn)換為信號(hào)光功率的效率很高，達(dá)到92.6％。當(dāng)泵浦光功率為60mw時(shí)，吸收效率

[(信號(hào)輸出光功率－信號(hào)輸入光功率)／泵浦光功率]為88％。

EDFA工作在線性范圍區(qū)時(shí)的增益稱為小信號(hào)增益。增益比小信號(hào)降低3dB時(shí)的波長(zhǎng)間隔，稱為小信號(hào)增益波長(zhǎng)帶寬，可以達(dá)到35nm以上。在信號(hào)波長(zhǎng)上，EDFA的增益相對(duì)小信號(hào)增益減少3dB時(shí)輸出信號(hào)的光功率稱為飽和輸出功率，在正常的工作條件下，從EDFA能夠得到的輸出信號(hào)的最大光功率稱為最大輸出信號(hào)功率。下圖示出小信號(hào)條件下增益和泵浦光功率的關(guān)系，當(dāng)泵浦光功率小于6mw時(shí)，增益線性增加，增益系數(shù)為6.3dB／mw。在光纖通信系統(tǒng)中，EDFA有3中基本的應(yīng)用方式，分別是功率放大器、前置放大器和在線放大器。光中繼：TransmitterreceiverEDFAEDFA光接收機(jī)前置放大器：TransmitterreceiverEDFA光發(fā)射機(jī)后置放大器：receiverTransmitterEDFA波分復(fù)用（WDM）、密集波分復(fù)用（DWDM）和光頻分復(fù)用（OFDM）本質(zhì)上都是光波長(zhǎng)分割復(fù)用，所不同的是復(fù)用信道波長(zhǎng)間隔不同。ITU-T建議標(biāo)準(zhǔn)的波長(zhǎng)間隔為0.8nm(在1.55um波段對(duì)應(yīng)100GH頻率間隔)的整數(shù)倍。如0.8nm，1.6nm，2.4nm，3.6nm。復(fù)用技術(shù)光信道間隔采用關(guān)鍵技術(shù)CWDM10nm-100nm普通光纖耦合器DWDM0.8nm-8nm衍射光柵、薄膜濾光片OFDM0.1nm以下陣列波導(dǎo)光柵、相干接收機(jī)5.波分復(fù)用系統(tǒng)光發(fā)送機(jī)λ1光發(fā)送機(jī)λ2光發(fā)送機(jī)λ3光接收機(jī)λ3光接收機(jī)λ2光接收機(jī)λ1復(fù)用器解復(fù)用器λ1λ2…λN單根光纖光波分復(fù)用的基本原理是在發(fā)送端將不同波長(zhǎng)的光信號(hào)組合起來(lái)（復(fù)用），并耦合進(jìn)光纜線路上同一根光纖中進(jìn)行傳輸，在接收端將組合波長(zhǎng)的光信號(hào)進(jìn)行分離（解復(fù)用），并作進(jìn)一步處理后恢復(fù)出原信號(hào)送入不同終端。下圖為波分復(fù)用的原理圖。

下圖為波分復(fù)用系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)：光轉(zhuǎn)發(fā)器1光轉(zhuǎn)發(fā)器n光合波器BALAPA光分波器光接收器1光接收器n光監(jiān)控信道發(fā)送器光監(jiān)控信道接收/發(fā)送器光監(jiān)控信道接收器光發(fā)送機(jī)光接收機(jī)光中繼放大光纖光纖網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)λsλsλsλsλ1λnλnλ1n1n1

WDM系統(tǒng)由光發(fā)送機(jī)、光中繼放大、光接收機(jī)、光監(jiān)控信道（OSC）以及網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)組成。光發(fā)送機(jī)——將來(lái)自不同終端的多路光信號(hào)分別由光轉(zhuǎn)