EDFA光放大器基本原理
前向泵浦
隔离器
WDM
EDF 隔离器
输入信号 泵浦激光器
输入信号
后向泵浦
隔离器 EDF
输入信号
WDM 隔离器
泵浦激光器
输入信号
隔离器
EDF
双向泵浦
输入信号 泵浦激光器
WDM 隔离器
泵浦激光器
输入信号
EDFA光放大器
EDFA在线路中的应用
线路放大器
合
分
波
波
器
器
功率放大器
前置放大器
* 高SNR
* 与偏振无关
光转发器（OTU）
* 操作简单
O-E
电信号处理
DFB 激光器
E-O
电光调制器
合波和分波无源部分
DWDM系统对合波和分波无源器件的 基本要求
DWDM 系 统 中 使 用 的 波 分 复 用 器 件 的 性 能 应 满 足 ITU-T G.671及相关建议的要求。 合波器
常用的合波器类型有耦合器型、介质薄膜滤波器型和集成光波导型。 合波器的参数主要有插入损耗、光反射系数、工作波长范围、极化相 关损耗和各通路插损的最大差异。
实现未来透明的、具有高度生存性的光联网
采用WDM前的扩容
采用WDM后的扩容
波分复用技术的发展
1310nm/1550nm窗口的波分复用
仍用于接入网，但很少用于长距离传输
1550nm窗口的密集波分复用(DWDM)
可广泛用于长距离传输，用于建设全光网络
DWDM系统的五大组成部分
光传输和光放大
小色度色散系数光纤 增益平坦和增益锁定的EDFA光放大器
频段 电力、电话 划分
传 输 介 质
无线电、电视
微波
AM无线电 FM无线电 卫星/微波 同轴电缆 双铰线
红外 可见光
光纤
107 106 105 104 103 102 101 100 10-1 10-2 10-3 10-4 10-5 10-6
自由空间波长，m
传输技术的的演变
模拟信号数字传输：高质、安全、集成…… 光纤传输：宽带、低损、无电磁干扰、价低…… 光纤数字传输综合好处→PDH飞速发展 PDH的组网缺点→SDH：灵活的组网能力、强
外调制方式
－激光器光源＋开关 －复杂、损耗大、价格贵； 分离外调制
铌酸锂（LiNbO3）Mach-Zehnder 集成外调制
电吸收（EA） III-V 族半导体Mach-Zehnder
－线性调频（啁啾）无或小 －用于>2.5Gbps 高速率传输
温度波长 控制电路
DFB 激光器
驱动电流
马赫策恩德或 电吸收调制器
21世纪的传输
Tbit技术到干线网 Gbit技术到办公室/家庭 Mbit技术到个人
扩容的选择
空分复用
SDM(Space Division Multiplexer)
时分复用
TDM(Time Division Multiplexer)
波分复用
WDM(Wavelength Division Multiplexer)
TDM和WDM技术合用
DWDM技术特点
高容量：可以充分利用光纤的巨大带宽资源，使传
输容量比单波长传输增加几倍至几十倍
低成本：在大容量长途传输时可以节约大量光纤和
再生器，大大降低传输成本
透明性：与信号速率、格式无关, 是引入宽带新业务
（例如CATV ) 的方便手段
波长路由：利用WDM选路实现网络交换和恢复从而
1550nm
波长 l
色散位移光纤(DSF,G.653) 非零色散位移光纤（NZDSF,G.655）
G.652单模光纤（NDSF）
大多数已安装的光纤 低损耗、大色散分布、大有效面积 色散受限距离短
2.5Gb/s系统色度色散受限距离约600km 10Gb/s系统色度色散受限距离约34km G.652+DCF方案可升级扩容
1530 ~1545nm
1545 ~ 1560nm
增 益
蓝带滤波器
增 益
红带滤波器
波长
波长
高含铝掺饵光纤(Al-EDF)
EDFA光放大器增益锁定技术
泵浦源功率控制
EDF
Pin
输入光功率 检测
泵浦激光器
饱和光控制技术
光功率 检测控制
Pout
输出光功率 检测
光放大器技术的发展
半导体光放大器
（SOA）
分波器
分波器的类型主要有光栅型、干涉滤波器型、熔锥型和集成光波导型 分波器等类型。
分波器的参数主要有通路间隔、插入损耗、光反射系数、相邻通路隔 离度、非相邻通路隔离度、极化相关损耗、温度系数、0.5dB和 20dB带 宽。
大的网管、带宽管理及自愈保护…… SDH与PDH均为TDM（时分复用）电子电路限
制高速SDH的发展电子瓶颈 波分复用（WDM，DWDM）+EDFA 扩展
传输容量的新手段 全光通信网信息高速公路的骨干网
传输系统的演变
E M 电端机 U X
再生 中继
再生 中继
电复用 同轴电缆、微波……
E D 电端机 M U X
发射和接收有源部分
特定波长和波长稳定、色散容限大的激光器发射源 能容忍一定SNR信号的光接收机
合波和分波无源部分
信道隔离度高的光解复用器
光监控信道
1510nm
DWDM系统网管
光传送网分层模型
光传输和光放大部分
传输使用的三种不同类型的单模光纤
G.652单模光纤（NDSF） G.653单模光纤（DSF） G.655单模光纤（NZ-DSF） 常规G.655
电解复用
(1)传统的电传输系统
E M 光发送 U X
电复用 光
再生 中继
O/E/O 缆
再生 中继
E D 光接收 M U X
电解复用
(2)光电混合型光纤传输系统
λ１
光发送
λ１，λ２……λΝ
λ２ O
光发送
M
OA
OA
OA
U
λΝ X
光发送
λ１
光接收
O λ２
D
光接收
M
U X
λΝ
光接收
(3)DWDM光纤传输系统
结论: 不适用于10Gb/s以上速率传输，主要应用于
2.5Gb/s以下速率的DWDM。
G.653单模光纤（DSF）
低损耗、零色散、小有效面积 长距离、单信道超高速EDFA系统
四波混频（FWM）是主要的问题，不利于DWDM技术
结论: 适用于10Gb/s以上速率单信道传输，但不适
用于 DWDM应用，处于被市场淘汰的现状。
光放大器应满足ITU-T建议G.663、G.691及其他相关建议。
EDFA的主要技术参数：
工作波长范围、输入功率范围、输出功率范围、饱和输 出功率、噪声系数、偏振相关增益、小信号增益、增益平坦 度、增益变化、增益斜度、输入光回损、输出光回损等。
对EDFA模块的其它要求：
- 具有泵浦源自动关闭功能。 - 寿命不小于30万小时。 - 具有放大器自动增益均衡（控制）功能。
大有效面积G.655
光纤衰耗
10.0
5.0 光 纤 衰 2.0 减 (dB)
1.0
0.5
1978年
1980年 1982年
0.8 1.0
1.3 1.5 1.7 波长 ( mm)
三种光纤色散情况比较
18
色散 0 ps/nm•km
普通光纤(SMF, NFSF,G.652)
DWDM 波长范围
1310nm
l1
l2
l
指定波长符合ITU-T规定 波长漂移 l/5（ITUT）， l/10（国家）
光源的色散容限 光谱宽度@-20dB< 0.2nm
光发送机光谱特性
发光二极管（LED） 多纵模激光器（MLM）
1
-3dB
l1
l2 l
单纵模激光器（SLM）
1
1
-3dB
-20dB
l1 l2
l
l1 l2
l
波长控制技术之一 温度反馈控制
中心波长 1535.82 1536.61 1537.40 1538.19 1538.98 1539.77 1540.56 1541.35 1542.14 1542.94 1543.73 1544.53 1545.32 1546.12 1546.92 1547.72 1548.51 1549.32 1550.12 1550.92 1551.72 1552.52 1553.33 1554.13 1554.94 1555.75 1556.55 1557.36 1558.17 1558.95 1559.79 1560.61
光功放(OBA)
OBA
增益G=20~25dB Pout=+17dBm
光线放(OLA)Biblioteka 光预放(OPA)OPA
增益G=20~25dB Pin=-28dBm
增益G=25、30/33dB
OLA
Pout=+17dBm
OPA
ATT
OBA
增益G=30~35dB Pout=+17dBm
DWDM系统对光放大的基本要求
DWDM系统对光发射和光接收的基本要求
中心波长和中心频率
标称中心频率或波长是以193.1THz（1552.52nm)为中心、 间隔为100GHz的整数倍。
199.0
(THz)
196.0
195.0
194.0
193.0
192.0
191.0
1505 1510 1530 1535 1540 1545 1550 1555 1560 1565 1570