光放大器与光中继器
第6章 光放大器和光中继器
光纖
接收器
接收器
EDFA
發射器
Pre-Amplifier
接收器
第 6章
光放大器和光中继器
§6-6光中继器 光脉冲信号从光发射机输出，经光纤传输若干距 离后，由于光纤损耗和色散影响，将使光脉冲信号 的幅度受到衰减，波形出现失真，这样，就限制了
光纤中的长距离传输，为此，需在光波经过一定距
离传输后加上一个光中继器，经放大衰减的信号， 恢复失真的波形，使光脉冲得到再生。
外界激励源）的作用下，使工作物质的粒子处于反转 分布状态，具有了光放大作用，对于EDFA，其基本原
理相同。
简言之，在泵浦源的作用下，在掺铒光纤中出现 了粒子数反转分布，产生了受激辐射，从而使光信号 得到放大，由于EDFA具有细长的纤形结构，使得有源 区的能量密度很高，光与物质的作用区很长，这样， 可以降低对泵浦源功率的要求。
动端机面不改动线路。
第 6章
光放大器和光中继器
§6-2 EDFA的结构 一、构成
EDFA主要由掺铒光纤（EDF），泵浦光源，光
耦合器，光隔离器以及光波滤波器组成（如图6.1）。
第 6章
光放大器和光中继器
WDM 光纖耦合器 輸入光
摻鉺光纖
輸出光
1480或980 nm 激勵光源
光隔離器 光帶通 濾波器
第 6章
光放大器和光中继器
由于E2和E1有一定的宽度，使EDFA的放大效应具 有一定的波长范围，E＝hf（h：普朗克常数），其典
型值为1530～1570nm，在这个范围内，EDFA都能提
供有用的增益和相对平坦特性，表明它们能对波分多 路（WDM）信号的每一路都提供放大作用，而相对平
坦增益带宽意味着，WDM各路光纤信号需采用特殊手
光技术与光纤通信经典教材
05 光网络技术与发展趋势
光网络的基本概念与架构
光网络：利用光信号进行数据传输的网络
光信号：由光波长、频率、强度等参数组 成的信号
光网络架构：包括光传输、光交换、光接 入等部分
光传输：利用光纤进行长距离、高速率数 据传输
光交换：实现光信号的交换和路由选择
光接入：将光信号接入到用户终端设备
光网络的路由与交换技术
纤类型
光纤的铺设： 考虑光纤的弯 曲半径、铺设 方式等因素保 证光纤的传输
性能
光纤的维护： 定期检查光纤 的传输性能及 时发现和解决 光纤传输问题
光纤通信系统的性能指标
传输速率：衡量数据传输速度的重要 指标
传输距离：光纤通信系统的传输距离 通常较远
误码率：衡量数据传输质量的重要指 标
信号衰减：光纤通信系统中信号的衰 减程度
FTTH的优点包括高速、稳定、低延迟、抗干扰等。
TC）案例
光纤到路边（FTTC）是一种光纤通信技术将光纤网络延伸到用户家门口。 FTTC可以提高网络传输速度降低网络延迟提高用户体验。 FTTC可以应用于家庭、企业、学校等场所提供高速稳定的网络连接。 FTTC可以支持多种网络应用如视频会议、在线游戏、远程教育等。
光纤到小区（FTTZ）案例
光纤到小区（FTTZ）是 一种光纤通信技术将光 纤直接铺设到小区内部 实现高速、稳定的网络 连接。
FTTZ技术可以提供高达 100Mbps的宽带接入 速度满足家庭、企业等 用户的高速上网需求。
FTTZ技术可以支持多 种网络应用如视频会议、 远程教育、在线游戏等 提高用户的生活质量和 工作效率。
光发射机的工作原理：电信号通过光调制器转换为光信号再通过光放大器放大最后通过光纤 传输
光中继器使用方法
光中继器使用方法
光中继器是一种用于增强光信号传输距离的设备，其主要功能是通过对光信号进行放大和清洁，使其能够在长距离传输中保持稳定的强度和质量，避免信号的衰减和失真。
下面是光中继器的使用方法：
1. 确定光中继器的安装位置：在选择光中继器的安装位置时，应根据需要传输信号的距离和信号的品质要求，选择一处合适的位置进行安装。
此外，在安装时，需要确保设备与光纤的连接质量和接口的匹配度，以确保信号传输的稳定性。
2. 连接光纤：将待放大的光信号与输入端连接，将经过放大后的光信号与输出端连接。
在连接光纤时，应注意连接端口的类型和相对位置，确保连接质量和信号传输的方向性。
3. 对光信号进行放大：启动光中继器，并根据需要对其进行调整。
在调整时，应根据信号的强度和品质，适当调整放大倍数和其他相关参数，以确保信号传输的稳定性和质量。
4. 检测信号强度和信噪比：在使用光中继器时，应定期检测信号的强度和信噪比，以便及时发现并解决信号衰减和失真等问题。
如果信号质量较差，应检查设备连接的质量和设备本身的问题，并采取相应的措施进行调整。
总之，使用光中继器需要根据实际情况选择合适的安装位置和连接方式，并对设备进行适当的调整和检测。
只有在正确使用和维护的情况下，才能确保光中继器的正常工作和光信号传输的质量。
光纤通信-重要知识点总结
光纤通信重要知识点总结第一章1.任何通信系统追求的最终技术目标都是要可靠地实现最大可能的信息传输容量和传输距离。
通信系统的传输容量取决于对载波调制的频带宽度，载波频率越高，频带宽度越宽。
2.光纤：由绝缘的石英（2）材料制成的，通过提高材料纯度和改进制造工艺，可以在宽波长范围内获得很小的损耗。
3.光纤通信系统的基本组成:以光纤为传输媒介、光波为载波的通信系统，主要由光发送机、光纤光缆、中继器和光接收机组成。
光纤通信系统既可传输数字信号也可传输模拟信号。
输入到光发射机的带有信息的电信号，通过调制转换为光信号。
光载波经过光纤线路传输到接收端，再由光接收机把光信号转换为电信号。
系统中光发送机的作用是将电信号转换为光信号，并将生成的光信号注入光纤。
光发送机一般由驱动电路、光源和调制器构成，如果是直接强度调制，可以省去调制器。
光接收机的作用是将光纤送来的光信号还原成原始的电信号。
它一般由光电检测器和解调器组成。
光纤的作用是为光信号的传送提供传送媒介，将光信号由一处送到另一处。
中继器分为电中继器和光中继器（光放大器）两种，其主要作用就是延长光信号的传输距离。
为提高传输质量，通常把模拟基带信号转换为频率调制、脉冲频率调制或脉冲宽度调制信号，最后把这种已调信号输入光发射机。
还可以采用频分复用技术，用来自不同信息源的视频模拟基带信号（或数字基带信号）分别调制指定的不同频率的射频电波，然后把多个这种带有信息的信号组合成多路宽带信号，最后输入光发射机，由光载波进行传输。
在这个过程中，受调制的电波称为副载波，这种采用频分复用的多路电视传输技术，称为副载波复用技术。
目前大都采用强度调制与直接检波方式。
又因为目前的光源器件与光接收器件的非线性比较严重，所以对光器件的线性度要求比较低的数字光纤通信在光纤通信中占据主要位置。
数字光纤通信系统基本上由光发送机、光纤与光接收机组成。
发送端的电端机把信息进行模数转换，用转换后的数字信号去调制发送机中的光源器件，则就会发出携带信息的光波，即当数字信号为“1”时，光源器件发送一个“传号”光脉冲；当数字信号为“0”时，光源器件发送一个“空号”。
全光中继器原理
全光中继器原理
全光中继器是一种在光纤通信中使用的设备，它的作用是放大和处理光信号，以延长通信距离。
全光中继器采用掺铒光纤放大器（EDFA）作为核心器件，能够直接放大光信号，避免了传统中继器中光电转换和电放大等复杂过程。
具体来说，全光中继器通过检测从光纤中传输过来的弱光信号，将其转换为电信号，然后通过电子线路进行处理和放大。
最后，再将这些电信号激励光源，转换成较强的光信号，送入光纤继续传输。
全光中继器的原理基于光的干涉和衍射，通过控制光波的相位和振幅等参数，实现光信号的放大、整形和滤波等功能。
具体实现方式可以采用不同的光学元件和结构，如光栅、干涉仪、环形器等。
全光中继器的优点在于它可以实现高速、大容量、长距离的光纤通信，同时避免了光电转换和电放大等复杂过程，降低了成本和维护难度。
此外，全光中继器还可以支持多种不同的调制方式和多波长同时传输，提高了通信系统的灵活性和可靠性。
总之，全光中继器是光纤通信中不可或缺的重要设备之一，它的出现和发展对于推动光纤通信技术的进步和应用具有重要意义。
光纤通信技术
光的全反射与光纤的导光原理
光的全反射
当光线从一种介质射入另一种介质时，如果入射角大于某一临界角，光波将在第二种介质表面发生全 反射，即所有的光线都将被反射回第一种介质，而不会进入第二种介质。全反射是光纤导光的物理基 础。
光纤的导光原理
光线在光纤中传播时，由于光的全反射作用，光波被限制在光纤的纤芯中传播，从而实现光的定向传 输。光纤的导光原理是光纤通信中的核心技术之一。
光子集成电路与光子晶体光纤
总结词
光子集成电路和光子晶体光纤是光纤通信技术的两个重 要发展方向。
详细描述
光子集成电路是一种集成了多种光器件的光子回路，具 有高度集成、低能耗、高速传输等优点。而光子晶体光 纤则是一种新型的光纤结构，具有高非线性、高色散等 特性，为光通信带来了新的可能性。
光纤网络的可靠性、稳定性与安全性
光检测器与光接收机
光检测器
光检测器是光纤通信系统的接收端，用于将光信号转换为电信号。常用的光检 测器有光电二极管和雪崩光电二极管。
光接收机
光接收机是将光信号转换为电信号的设备，它包括光检测器、信号处理电路和 放大器等。
光纤与光缆
光纤
光纤是光纤通信系统的传输介质，用于传输光信号。光纤由纤芯和包层组成，纤 芯负责传输光信号，包层则起到保护和折射的作用。
物联网与智能交通
实时数据传输
光纤通信技术能够为智能 交通系统提供实时、可靠 的数据传输服务，支持交 通流量的监控和调度。
车辆安全与控制
光纤通信技术可以用于实 现车辆之间的信息交互， 提高车辆行驶的安全性和 控制精度。
智能停车系统
光纤通信技术可以支持智 能停车系统的建设，实现 车位信息的实时更新和车 辆快速定位。
光纤通信技术的发展历程
光放大器1
1 2
2
g
ln 2 g0L ln
2
1
2
光纤放大器的洛仑兹谱和相应的放大器增益谱
二、增益饱和与饱和输出功率
•增益饱和：增益系数与光信号的功率有关，在P<<Ps时，为小 信号增益，这时可不计P对g(ω)的影响；当P增大至可与Ps比拟 时， g(ω)随P的增大而下降，放大器增益G(ω)也下降，这种现 象称为增益饱和。
L+ Band
1,450nm
1,490nm
1,530nm 1,550nm 1,570nm 1,580nm 1,610nm
1,650nm
40 nm
Fujitsu Proprietary
6.2 光放大器基本概念
6.2.1 光放大器一般工作特性
在泵浦能量（电或光）的作用下，实现粒子数反转（非线性光 纤放大器除外），然后通过受激辐射实现对入射光的放大。与 激光器不同之处在于光放大器没有反馈机制。
输出 信号光
(a) 半导体光放大器
输入 信号光
耦合器 掺杂光纤
耦合器
泵浦光
输出 信号光
(b)掺杂光纤放大器
输入 信号光
泵浦光
纯石英 光纤-----------------输--出 -----------信号光
泵浦光
(c)非线性光纤放大器
光放大器基本结构示意图
光放大器的类型和各自优缺点
放大器 类型
工作原 理
二、光放大器类型：掺杂光纤放大器（EDFA、PDFA、TDFA） 半导体光放大器（SOA） 非线性光纤放大器（FRA、FBA、FPA）
三、发展历程： 上世纪80年代中、后期SOA的研究为主；90年代EDFA获 得巨大成功，成为光纤通信系统必不可少的器件；2001年 FRA得到更广泛应用。
光中继器
全光中继器的局限性
缺点：波形失真不能被消除，噪声也会被不断放大。 解决办法： 色散位移光纤，使得1550nm处色散为零； 窄谱光源来减小色散。
10
4.5 光中继器
影响光纤通信距离的因素
影响光纤通信距离的主要因素是光纤损耗和色散。 光纤损耗：脉冲信号光在光纤中，随着传输距离的增加，脉冲 幅度逐渐变小。 光纤色散：脉冲信号光在光纤中，随着传输距离的增加，脉冲 宽度逐渐展开，波形发生畸变。
2
光中继器的作用
光中继器：补偿信号光的损耗，消除信号光畸及噪声影响。 两种形式： 光-电-光中继器 全光中继器
6
全光中继器
全光中继器：直接对信号光进行放大，不需要再生器的作用。 特点：结构简单，成本低。 光放大器： • 掺铒光纤放大器 • 光纤拉曼放大器 • 新型光纤放大器
7
EDFA放大器构成图
泵浦激光
掺铒光纤
输入信号
光隔离器 波分复用器
光隔离器
输出信号
8
全光中继器的特性
① 泵浦特性 ② 增益频谱 ③ 小信号增益和饱和特性 ④ 增益压缩特性 ⑤ 放大器噪声 ⑥ 多信道应用
3
光电光方式的光中继器组成
信号光 输入
光检 测器
前置放大
主放
均放
判决 调制电路
信号光 输出
光源
AGC放大
时钟 提取
AGC放大
4
光中继器功能框图
光信号 输入
光接收
中继分插
光发送
光信号 输出
区间 通信
监控 告警
公务 电话
光信号 输出
光发送
中继分插 5
光接收
光信号 输入
光-电-光中继器的优缺点
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
1.半导体放大器（SOA）
谐振式 行波式
2.光纤放大器
掺稀土元素光纤放大器 （如EDFA、PDFA）
非线性光学放大器
布里渊（SBA）光纤放大器
取自 豆丁网
第 6章
光放大器和光中继器
一、半导体光放大器(SOA: Semiconductor Optical Amplifier) 它是由半导体材料制成，可看成是没有反馈的半导体 行波放大器。 二、掺铒光纤放大器
为了在放大带宽内的增益平坦，在EDF 中掺入适量
第 6章
光放大器和光中继器
5) 增益特性稳定：EDFA对温度不敏感，增益与偏振相关
性小。
6)可实现透明传输：所谓透明，是指可同时传输模拟和数 字信号，高、低比特率信号，系统扩容时，可改动端 机面不改动线路。 7）连接损耗低，因为是光纤型放大器，所以与光纤连续
比较容易，连接损耗可低到0.1dB。
第 6章
当距离设立中继站，一种是光/电/光转换形式,另一种是直接
对光进行放大的光放大器.
第 6章
光放大器和光中继器
光放大器意义
我们知道光纤有一定的衰耗，光信号沿光纤传播将会
衰减，传输距离受衰减的制约。因此，为了使信号传得更 远，我们必须增强光信号。传统的增强光信号的方法是使 用再生器。但是，这种方法存在许多缺点，首先，再生器 只能工作在确定的信号比特率和信号格式下，不同的比特 率和信号格式需要不同的再生器；其次，每一个信道需要 一个再生器，网络的成本很高。 随着光通信技术的发展， 现在人们已经有了一种不采用再生器也可以增强光信号的 方法，即光放大技术。
第 6章
光放大器和光中继器
全光通信网
第六章 光放大器和光中继器
第 6章
光放大器和光中继器
EDFA（掺铒光纤放大器）
EDFA是英文“Erbium-doped Optical Fiber Amplifier”的缩写,意即掺铒光纤放大器,是一种对 信号光放大的一种有源光放大器（EDFA: Erbium-Doped Fiber
Amplifier），Er（铒）是一种稀土元素，将它注入到 纤芯中，即形成了一种特殊光纤，它在泵浦光的作用 下可直接对某一波长的光信号进行放大。因此，称为 掺铒光纤放大器。
第 6章
光放大器和光中继器
2、ＥＤＦＡ的优点
1) 工作波长与单模光纤的最小衰减窗口一致，工作波长在1.53～1.56μm 范围，与光纤最小损耗窗口一致。 2) 耦合效率高。由于是光纤放大器，易与传输光纤耦合连接。
第 6章
光放大器和光中继器
§6-2 EDFA的结构 一、构成
EDFA主要由掺铒光纤（EDF），泵浦光源，光
耦合器，光隔离器以及光波滤波器组成（如图6.1）。
第 6章
光放大器和光中继器
EDFA结构图
1、掺铒光纤(EDF) 2.ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ光耦合器(WDM)
3. 光隔离器(ISO)
4. 光滤波器(Optical Filter)
第 6章
光放大器和光中继器
有了光放大器后就可直接实现光信号放大
，而不要像以前一样进行Ｏ/Ｅ/Ｏ转换。光放大
器的开发成功及其产业化是光纤通信技术中
的 光放大器一个非常重要的成果，它大大地促
进了光复用技术、光孤子通信以及全光网络的
发展。
第 6章
光放大器和光中继器
§6-1光放大器的分类
光放大器主要有2种：
光放大器和光中继器
由前叙光纤的传输特性可知，影响光纤通信距离的两
大因素是光纤的损耗和色散。
光纤的损耗是指：光脉冲信号在光纤中传输，随着距离 的增加，脉冲幅度逐渐变小。 光纤的色散是指：光脉冲信号在光纤中传输，随着传输 距离的增加，脉冲宽度在时间上发生展宽，产生波形的畸
变。
为了保证光纤长距离传输的性能指标，就需在线路的适
5. 泵浦源(P中继器
WDM 光纖耦合器 輸入光
摻鉺光纖
輸出光
1480或980 nm 激勵光源
光隔離器 光帶通 濾波器
第 6章
光放大器和光中继器
二、作用 光耦合器：是将输入光信号和泵浦光源输出的光波混合起来， 它是无源光器件，一般采用波分复用器（WDM） 光隔离器：是防止反射光影响光放大器的工作稳定性，保证 光信号只能正向传输的器件。 掺铒光纤：是一段长度大约为10～100m的石英光纤，将稀土 元素铒离子注入到纤芯中，浓度约为25mg/kg。 泵浦光源：为半导体激光器，输出功率约为10～100mw（几 十mw），工作波长为0.98μm。 光滤波器：其作用是滤除光放大器的噪声，降低噪声对系统 的影响，提高系统的信噪比。
平坦。在WDM系统中应用时必须采取特殊的技术使其增益平坦。
3) 光浪涌问题：采用EDFA可使输入光功率迅速增大，但由于EDFA的动态 增益变化较慢，在输入信号能量跳变的瞬间，将产生光浪涌，即输出
光功率出现尖峰，尤其是当EDFA级联时，光浪涌现象更为明显。峰
值光功率可以达到几瓦，有可能造成O/E变换器和光连接器端面的损 坏
3) 能量转换效率高。掺铒光纤EDF的纤芯比传输光纤小，信号光和泵浦光
同时在掺铒光纤EDF 中传播，光能量非常集中。这使得光与增益介质
Er离子的作用非常充分，加之适当长度的掺铒光纤，因而光能量的转 换效率高。激励的泵浦功率低，仅需几十mW。
4) 增益高、噪声指数较低、输出功率大，信道间串扰很低。
它的增益可达40dB。噪声可低至3～4 dB，输出功率可达14～20 dBm。
光放大器和光中继器
3、ＥＤＦＡ的缺点
1) 增益波长范围固定：Er离子的能级之间的能级差决定了EDFA的工作 波长范围是固定的，只能在1550nm窗口。这也是掺稀土离子光纤放大 器的局限性，又例如，掺镨光纤放大器只能工作在1310nm窗口。 2) 2) 增益带宽不平坦：EDFA的增益带宽很宽，但EFDA本身的增益谱不
由图6.1可见，EDFA的主体部件是泵浦光源和掺铒光纤。
第 6章
光放大器和光中继器
掺铒光纤(EDF)（一）
EDF 是放大器的主体，纤芯中掺有铒元素（Er）。掺 有Er3+的石英光纤具有激光增益特性，铒光纤的光谱性
质主要由铒离子和光纤基质决定，铒离子起主导作用，
掺Er3+浓度及在纤芯中的分布等对EDFA 的特性有很大影 响。