《光纤通讯技术与网络》课件.ppt

*************************************半导体光放大器工作原理SOA本质上是一个无反馈的半导体激光器，通过正向注入电流在有源区形成载流子反转分布，当信号光通过有源区时通过受激辐射获得增益。与EDFA不同，SOA直接利用电流泵浦，不需要光泵浦源，结构紧凑，可与其他半导体器件集成。主要分为法布里-珀罗型(FP-SOA)和行波型(TW-SOA)两种结构，其中TW-SOA通过抑制端面反射，减少内部共振，提供更平坦的增益谱。性能特点优点：小型化、集成度高宽增益带宽(50nm)可通过电流直接控制增益功耗低、成本潜力大缺点：增益偏振敏感噪声系数较高(6-8dB)存在信道串扰问题较低的饱和输出功率SOA在传统长距离传输中难以替代EDFA，但在集成光电子器件和光功能器件中具有独特优势。它可以作为光开关、波长转换器、光逻辑门等功能器件的核心组件，支持全光信号处理。随着光子集成电路(PIC)技术的发展，SOA作为关键组件在光子集成中的应用越来越广泛，特别是在需要小型化、低成本解决方案的接入网和数据中心场景。光放大器在系统中的应用功率放大器(PA)置于发射端之后，提高信号发射功率。通常要求高输出功率和低噪声特性，以提高系统传输距离。在现代DWDM系统中，发射功率通常需达到+15~+20dBm，单通道功率达+3~+5dBm。线路放大器(LA)置于传输链路中间，补偿传输损耗。典型间隔为80-120km，需具备高增益、宽带宽、低噪声和良好的瞬态响应特性。现代长距离系统通常采用EDFA与拉曼放大结合的混合放大方案。前置放大器(PA)置于接收端之前，提高接收灵敏度。关键指标是低噪声系数，可以显著改善系统性能，使接收灵敏度接近量子极限。配合相干接收技术，可以实现超高灵敏度接收。光放大器的应用已从简单的功率放大扩展到复杂的系统功能。在超长距离传输(如跨洋海缆)中，采用复杂的放大器布置和管理策略，包括前向、反向或双向拉曼泵浦，多级EDFA级联，瞬态控制等，以优化系统性能。在ROADM网络中，光放大器需要适应动态的网络重构和波长路由变化，要求优异的瞬态响应特性和稳定的增益性能。随着空分复用(SDM)技术的发展，多芯/多模放大器也成为研究热点，以支持下一代超高容量传输系统。全光放大中继系统1第一代：电再生中继光-电-光(OEO)转换，完全恢复信号，但速率和格式受限，成本高2第二代：EDFA光放大直接在光域放大，透明性好，但累积噪声和色散3第三代：拉曼+EDFA混合改善OSNR，延长无电再生距离，但仍存在非线性限制4第四代：智能全光中继融合数字信号处理，支持自适应调制和编码，优化传输性能全光放大中继系统是现代长距离光纤通信的基础架构，它使用光放大器而非传统的电再生中继器，实现对光信号的直接放大。这种架构的主要优势在于：透明性好，可同时放大多个波长，与比特率和调制格式无关；系统升级方便，通常只需更换终端设备；大幅降低每比特成本和功耗。虽然全光放大系统具有诸多优点，但也面临一些技术挑战：放大自发辐射噪声(ASE)累积，限制最大级联放大器数量；色散和非线性效应累积，需要复杂的管理和补偿策略；放大器增益平坦度和动态控制要求高。现代全光系统通常在超长距离(如跨洋)链路上仍会部署少量OEO再生节点，形成准全光系统，平衡性能和成本。第七章：波分复用技术波分复用概念波分复用(WDM)技术通过在单根光纤中同时传输多个不同波长的光载波信号，每个波长携带独立的信息，从而大幅提高光纤传输容量。这相当于在一条光公路上开辟多条波长车道，实现资源的高效利用。容量倍增优势WDM技术将单纤容量从单一波长的Gbps级提升到Tbps级。现代商用DWDM系统可在C+L波段实现超过200个波长通道，每波长支持400Gbps甚至更高速率，单纤容量达数十Tbps。网络灵活性WDM技术为光网络带来了前所未有的灵活性，使动态波长路由、光分插复用和光交换成为可能，从而支持复杂的网络拓扑和灵活的业务调度，显著提高网络效率和可靠性。WDM技术的发展历经了粗波分复用(CWDM)、密集波分复用(DWDM)和超密集波分复用(UDWDM)多个阶段。CWDM通道间隔较大(20nm)，成本低，主要用于城域网；DWDM通道间隔小(0.8nm/0.4nm/0.2nm)，容量大，主要用于骨干网；而UDWDM则进一步缩小通道间隔(≤0.1nm)，最大化频谱利用效率。WDM原理和优势复用多个不同波长信号合并到单根光纤传输多波长信号在光纤中同时传播放大所有波长由光放大器同时放大3解复用将混合信号分离为独立波长WDM技术核心优势在