铒钇超大功率光放大技术的应用研究

《铒钇超大功率光放大技术的应用研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《铒钇超大功率光放大技术的应用研究（12页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、铒 钇 超 大 功 率 光 放 大 技 术 （ ErYbDFA） 在 NGB 网 络构 建 中 的 应 用四 川 蓝 网 数 讯 科 技 有 限 公 司李 万 成 一 、前言下 一 代 广 播 电 视 网 -NGB是 以 有 线 电 视 数 字 化 和 移 动 多 媒 体 广 播 电 视（ CMMB） 的 成 果 为 基 础 ， 以 自 主 创 新 的 “ 高 性 能 宽 带 信 息 网 ” 核 心 技 术 为 支撑 ， 构 建 的 适 合 我 国 国 情 的 、 “ 三 网 融 合 ” 的 、 有 线 无 线 相 结 合 的 、 全 程 全 网的 下 一 代 广 播 电 视 网 络 。为 此

2、 ， 广 电 总 局 科 技 司 在09年 颁 布 了 一 个 面 向 下 一 代 广 播 电 视 网（ NGB ） 电 缆 接 入 技 术 （ EoC ） 需 求 白 皮 书 。 在 白 皮 书 中 建 议 ： 下 一 代 广播 电 视 网 （ NGB ） 要 面 向 未 来 五 到 十 年 ， 每 个 光 节 点 覆 盖 用 户 不 要 多 于200户 ，并 逐 步 向 50 户 或 20 户 过 渡 。网 络 结 构 的 实 质 就 是 FTTB （ 光 纤 到 大 楼 ），使 每 个 光 节 点 覆 盖 用 户 小 于 50 户 。因 而 ， NGB网 络 与 传 统 的 FTTN （

3、 光 纤 到 节 点 ， 每 节 点 500-200户 ） 有了 两 个 显 著 的 不 同 ：1）NGB网 络 需 要 的 光 节 点 成 倍 增 加 ， 需 要 更 大 量 的 光 功 率 来 覆 盖 ，传 统 的 1310nm 光 发 送 机 或 EDFA1550nm 光 纤 放 大 器 性 能 价 格 比较 低 ， 显 得 难 以 适 应 。由 于 NGB网 络 光 节 点 规 模 都 较 小 ，基 本 上 是 1 栋 楼 设 置 1 个 光 节 点 （ 主要 是 EPON EoC IP 数 据 平 台 的 要 求 ） 。 这 样 ， 一 个 一 般 规 模 的 网 络 就 需 要用

4、巨 量 的 光 功 率 才 能 加 以 覆 盖 。比 如 ，1 个 20 万 户 的 城 市 网 络 ：1 个 分 前 端 按 3-5 万 户 计 算 ，5km半 径 ，每 50 户 1 个 光 节 点 ， 约 有 600-1000个 光 节 点 。如 果 采 用1310nm光 发 送 技 术 ， 大 概 需 要100-166台10mw的1310nm光 发 送 机 ， 不 仅 成 本 高 ， 维 护 困 难 ， 电 源 的 UPS 备 份 都 很 复 杂 ， 而 且 ， 还 要占 用 机 房 大 量 的 空 间 ， 即 使 采 用 模 块 式 的 光 平 台 ， 3U 机 框10 个 功 能

5、块 ， 也要 10-17个 机 框 ， 至 少 3-4 个 大 几 架 ， 同 时 还 伴 随 大 量 的 电 缆 布 线 。即 使 采 用 EDFA光 纤 放 大 技 术 ， 也 需 要 有 10-16台 20dBm光 纤 放 大 器 ，如 图 1 所 示 。1 台 20dBm光 纤 放 大 器 覆 盖 64 个 光 节 点 或 大 楼 ， 使 每 台 EDFA与 2 台 OLT相 匹 配 。每 光 节 点 接 收 光 功 率 预 算 为 0-3dBm 。图 1 NGB网 络 光 功 率 的 分 配 模 型同 样 ， 要 占 用 1-2 个 大 机 架 ， 耗 费 机 房 大 量 空 间 ，

6、 资 金 投 入 也 较 大 。2）NGB 网 络 可 靠 性 与 单 一 广 播 式 的 HFC 网 络 相 比 较 ， 要 求 更 高 ，对 于 一 个 全 业 务 的 NGB 网 络 而 言 ， 关 键 设 备 的 1 1 热 备 份 是至 关 重 要 的 。 必 须 实 现 1 1 的 热 备 份 ， 才 能 确 保NGB 网 络 的可 用 性 。因 为 下 一 代 广 播 电 视 网 络NGB的 内 涵 和 实 质 是 一 种 能 以 支 撑 大 量 互 动电 视 视 频 流 为 基 础 的 语 音 、 数 据 与 视 频 三 网 融 合 的 宽 带 综 合 业 务 双 向 网 。

7、相对 于 传 统 的 有 线 电 视 网 ， NGB网 络 是 双 向 网 络 ， 支 持 双 向 互 动 业 务 ， 实 现 语音 、 数 据 和 视 频 的 双 向 传 输 。 在 下 行 通 道 中 有 大 量 的 VOD点 播 业 务 ， 因 此 ，需 要 极 大 地 提 高 网 络 下 行 通 道 的 可 靠 性 。在 一 个 机 房 中 ， 传 统 的 16 台 EDFA是 无 法 作 1 1 的 热 备 份 。 只 能 采 取N 1 冷 备 份 ， 即 16 台 EDFA ， 用 1 台 来 备 份 。只 要 有 1 台 EDFA工 作 不 正常 ， 就 会 影 响 64 个 光

8、 节 点 ， 近 3200个 用 户 ， 而 且 更 换 时 间 过 长 ， VOD业 务会 中 断 ， 不 太 适 应 NGB网 络 高 可 靠 性 的 要 求 。基 于 上 述 的 考 虑 ， 本 文 提 出 了 用1550nm铒 钇 超 大 功 率 光 放 大 技 术（ ErYbDFA）来 构 建 NGB网 络 ，一 方 面 能 大 量 减 少 设 备 数 量 ，减 少 投 入 ，具备 最 佳 的 性 能 价 格 比 ， 同 时 能 节 省 机 房 空 间 ， 有 效 保 护 珍 贵 的 机 房 资 源 ； 另84818O NU小区链路损耗 20.5-21dB，接收光功率 -0.5dBm

9、。 加入 WDM 后，接收光功率为 -1.5dBm。FTTB楼宇型光接收机一 方 面 ， 能 实 现EYDFA光 放 大 器 的1+1热 备 份 ， 实 现 关 键 设 备 的 全 保 护 ，确 保 NGB网 络 的 可 靠 性 和 可 用 性 。本 文 分 为 三 大 部 分 ， 第 一 部 分 为1550nm光 纤 放 大 技 术 的 选 择 ， 分 析 比较 EDFA和 EYDFA光 纤 放 大 技 术 的 性 能 ，第 二 部 分 为 EYDFA铒 钇 超 大 功 率光 放 大 器 的 工 作 原 理 ，着 重 分 析 EYDFA的 两 个 关 键 技 术 和 器 件 的 特 性 ：包

10、 层Pump 源 和 双 包 层 掺 杂 光 纤 。 第 三 部 分 为 在 EYDFA光 放 大 器 系 统 中 如 何 实 现VOD视 频 流 的 插 播 ，给 出 了 一 种 OverLay插 播 的 解 决 方 案 。第 四 部 分 为 结 束语 。二 、1550nm 光 纤 放 大 技 术 的 选 择EDFA通 常 采 用 单 包 层 、 单 模 的 掺 铒 光 纤EDF光 纤 ， 对 泵 浦 源 的 激 光 模式 要 求 较 高 ， 导 致 泵 浦 耦 合 效 率 低 ， 为 了 提 高 输 出 光 功 率 ， 可 增 加 掺 杂Er3十 浓 度 。 但 随 着 Er3+ 浓 度

11、的 提 高 ， Er3+ 发 生 聚 集 ， 会 引 发 浓 度 猝 灭 效 应 ， 直接 影 响 掺 铒 光 纤 放 大 器 的 泵 浦 转 换 效 率 和 增 益 的 提 高 。而 不 断 发 展 的 NGB网络 系 统 对 掺 铒 光 纤 放 大 器 的 性 能 提 出 了 更 高 的 要 求 ， 包 括 高 饱 和 输 出 功 率(33 dBm， 2000mw)、 低 噪 声 系 数 (NF30nm)、 平坦 的 增 益 谱 ( 增 益 平 坦 度 2 dB)等 。 显 然 ， 标 准 的 EDFA远 远 不 能 满 足 。而 大 规 模 用 于 FTTH的 双 包 层 Er3+ Yb

12、3+ 共 掺 光 纤 放 大 器 (EYDFA)比 传统 的EDFA有 更 优 良 的 特 性 。 以 双 包 层 光 纤 为 基 础 的 包 层 泵 浦 技 术 使 能 量 转换 效 率 提 高 到 一 个 新 的 水 平 ， 泵 浦 耦 合 效 率 可 达84% ， 降 低 了 对 泵 浦 光 模 式的 要 求 。另 外 ， Yb3+ 共 掺 人 掺 铒 光 纤 中 不 但 有 效 抑 制 了 高 Er3+ 浓 度 引 起 的 浓度 猝 灭 效 应 ，提 高 了 泵 浦 效 率 ，而 且 使 铒 镱 共 掺 光 纤 的 吸 收 谱 大 大 加 宽 (800 1100m) 。 实 验 表 明

13、 ， EYDFA具 有 优 良 的 噪 声 特 性 和 增 益 平 坦 特 性 ， 如 图2-4所 示 。图 2 EYDFA光 谱 特 性图 3 EYDFA吸 收 峰 分 布 图图 4 EYDFA频 谱 增 益 特 性与 EDFA不 同 ， 铒 钇 超 大 功 率 1550 光 纤 放 大 器 的 输 出 功 率 可 以 高 达 6W（ 6000mw ） ， 普 遍 商 用 的 是2W （ 2000mw ） 。 即1 台 33dBm （ 2000mw ）的 铒 钇 掺 杂 光 纤 放 大 器 （ YbErDFA） 相 当 于 16 台 20dBm（ 1600mw） 的 EDFA 。如 图 5

14、所 示 。图 5 铒 钇 （ YbEr ） 光 放 与 EDF A 的 比 较如 图 6 所 示 ，光 分 路 器 的 每 个 端 口 的 输 出 光 功 率 都 为 100mw （ 20dBm ） 。图 6 YbE rDF A 光 纤 放 大 器 的 1 1 热 备 份1550nm ErYb光 纤 放 大 技 术 的 优 势 ：输 出 光 功 率 大 ， 高 达2000mw， 相 当 于 16 台 20dBm的 EDFA ， 极 大地 节 省 了 成 本 ， 可 降 低 约 一 半 左 右 。 这 样 每 个 分 前 端 仅 仅 需 要 1 台 ErYb光 纤 放 大 器 。可 实 现 1+

15、1 的 热 备 份 ，完 成 关 键 设 备 的 全 保 护 ，确 保 NGB网 络 的 可 靠性 和 可 用 性 。VS PON-3x16光开关2W 2W 116EDFA YbErDFA 铒钇（Er Yb）超大功率光纤放 大器LA5500单口输出光功率高达2w（2000mw ）相当于 16个20dBm 的EDFA 的光功率输出节省机架空间节省大量设备成本可以实现设备的1+1备份133dBm （2000mw）1620dBm （1600mw ）掺铒 光 纤 放 大器LA5100YbErDFA 不 仅 节 省 了 空 间 ， 而 且 相 应 的 维 护 （ 比 如 电 源 的 UPS 备 份 ）

16、也 变 得 非常 容 易 。三 、铒钇 超 大 功 率 光 放 大 器 的 基本 原 理 和 结 构铒 钇 超 大 功 率 光 放 大 器 的 结 构 如 图7 所 示 ， 增 益 光 纤 分 成 两 段 ， 分 别 进行 泵 浦 ， 形 成 双 级 结 构 。 第 一 级 从 -6-+10dBm输 入 放 大 至 13dBm以 上 ， 作 为二 级 光 放 大 的 驱 动 光 功 率 ，使 输 出 光 功 率 达 2w 以 上 ，同 时 使 二 级 放 大 器 的 噪声 影 响 也 非 常 小 。 两 级 间 用 一 隔 离 器 隔 开 ， 抑 制 正 反 向 自 发 辐 射 光 的 放 大 。放 大 器 的 总 噪 声 指 数 由 前 级 放 大 的 噪 声 指 数 决 定 。 这 种 设 计 结 构 同 时 实 现 了高 增 益 和 低 噪 声 。图 7 铒 钇 超 大 功 率 光 放 大 器 的 结 构 图其 中 最 为 关 键 的 器 件 与 技 术 是 包 层 泵 浦 （ Clad