光纤通信原理课件-第5章 光纤通信线路.pptxVIP

第五章 光纤通信线路;主要内容： 光通信系统的组成 点到点链路的设计 光放大器 信号复用技术;§5.1 光通信线路组成;2、点到点多用户线路;3、远距离线路;4、远距离光通信链路;§5.2 点到点链路的设计;通常的方法是： 首先选择其中两个模块的特性； 计算第三个模块，考查其性能是否满足系统要求； 如果所选的器件高于或低于所需的性能指标，则就要反复进行设计选择。;损耗限制系统 色散限制系统;损耗限制系统中继距离计算公式;1 ） 模式噪声（对多模光纤） ;2） 模分配噪声 ;时间A;总损伤;3） 反射噪声 ;减小光反射可以采用以下几种方法：;例、GaAlAs LED，多模光纤，入纤功率50mW（-13dBm），连接器损耗为1dB，6dB的系统富余度，接收机灵敏度 -42dBm， af ＝3.5dB/km，求无中继传输距离。;色散限制系统中继距离计算公式;第一窗口传输距离 ;损耗限制系统;§5.3 光放大器 ;中继方法： 光电光混合中继器 结构复杂，价格昂贵，且不能用于波分复用系统中。 全光中继器 对光信号进行直接放大。;光放大器类型 ;;1 半导体光放大器;半导体光放大器 的类型;半导体光放大器 的类型;降低端面反射方法： a 增透膜 b 倾斜有源区法;FPA增益较大，带宽较小； TWA增益较小，带宽较大。; 利用光泵浦源对光纤进行激发，使光纤中产生非线性效应（拉曼散射），将泵浦光（短波长）的能量向信号光（长波长）转移，从而实现光的放大。 ;FRA以传输光纤作为放大介质－分布式放大，从而实现一种“无损耗”传输（可降低入纤光功率）;光纤拉曼放大器的泵浦要求;五、结构图与能带图;;泵浦波长可以是520、650、800、980、1480nm 波长短于980nm的泵浦效率低，因而通常采用980和1480nm泵浦。; 一般使用发射980nm光子的泵浦激光器去激励电子，使之从基态跃迁到泵浦能级。这些受激离子从泵浦带到亚稳带衰变得非常快。在衰变过程中，多余的能量以声子得形式释放，或者等价地认为在光纤内产生了机械振动。在亚稳态能带中，激发态离子的生存时间长达10ms左右，使铒离子不断积累，从而实现了粒子数反转。;2）EDFA系统的基本结构及功能;（1） 增益 增益G是描述光放大器对信号放大能力的参数。定义为：;小信号输入时， 增益随泵浦功率的变化曲线;小信号增益随放大器长度而变的曲线;小信号增益时，增益对输入光功率的典型依存关系。;;（３）噪声;;EDFA 放大1540波长信号时产生的影响;（4）工作带宽;EDFA增益系数与波长的关系;;4） EDFA的功率转换效率及增益;假设没有自发辐射，使用放大器增益G来重写（16）式，则 ;由 ，类似地，最大可能地EDFA输出功率可以表示为 ;5） 放大器噪声 ;ASE噪声功率的实验值和理论值与使用的是同向泵浦还是反向泵浦有关，下图给出了不同的EDFA长度时，ASE噪声随功率变化的实验值和计算值。;如果总的光场是信号场 与自发辐射场 之和，那么总的检测电流 正比于光信号电场的平方，即 。 等式中前两项分别是信号和噪声， 第三项则是信号和噪声的混合成分，它可以落在光接收机的带宽内，降低接收机的信噪比。 考虑ASE光子，注入光检测器的光功率为 ，如果在光检测器之前放置一个光滤波器，可以明显降低 。可以得到总的散粒噪声电流的均方值为 ;我们可以通过考查不同噪声成分的大小来简化（29）式。（26）可以简化为 ;4）光放大器的基本应用;在线光放大器。在单模链路中，光纤色散的影响较小，限制中继距离的主要因素是光纤衰减，这种链路不一定需要信号的完全再生，简单的光信号放大就足够了。因此，光放大器可以用来补偿传输损耗并且增加再生中继器间的距离。 前置放大器。光放大器作为光接收机的前端放大器。在光电检测之前将弱信号放大，可以抑制在接收机中由于热噪声引起的信噪比下降。与其他前端设备（雪崩光电二极管或光外差检测器）相比较，光前置放大器提供了较大的增益系数和较宽的带宽。 功率放大器。功率放大器应用是指在光发送机之后安装一个放大器，以提高发送功率。根据放大器增益和光线损耗，传输距离可以增加10～100km，如果在接收端同时使用放大技术与光前置放大器，可以达到200～250km的无中继海底传输。