1、光纖技術(shù)專題,饒?jiān)平?長(zhǎng)江特聘教授,電子科技大學(xué)通信與信息工程學(xué)院 Email: 二零零五年九月,提 綱,專題一：光纖激光器 專題二：光纖到戶（FTTH）技術(shù),Optical Fiber Technology Group,光纖激光器的發(fā)展現(xiàn)狀,激光器和光纖激光器的基本原理 幾種實(shí)用型光纖激光器,激光器的基本原理,激光器的基本原理是光受激輻射的放大 激光器的三個(gè)組成部分：泵浦源，工作物資，諧振腔 短脈沖激光器的產(chǎn)生：鎖模技術(shù),光纖激光器的基本原理,光纖激光器的基本結(jié)構(gòu)光纖激光器中的工作物資是摻雜光纖，光纖環(huán)是諧振腔，一般采用半導(dǎo)體激光器泵浦 光纖激光器的優(yōu)點(diǎn) 短脈沖光纖激光器：高速短脈沖光纖激光

2、器，超短脈沖光纖激光器,幾種實(shí)用的光纖激光器,寬帶ASE光纖光源 大功率雙摻雜光纖激光器 窄線寬光纖激光器 短脈沖光纖激光器,寬帶ASE光源,ASE光源的概念 ASE是英文Amplified Spontaneous Emission的縮寫(xiě)。激光器在形成激射之前，自發(fā)輻射光出射，因此在整個(gè)增益區(qū)都有光發(fā)出。 ASE光源的應(yīng)用 廣泛應(yīng)用于光無(wú)源器件和光通信器件的測(cè)試中，如在光纖光柵、薄膜濾波器和光纖耦合器光無(wú)源器件中。采用ASE 光源與采用白光源和可調(diào)諧激光光源相比，可提高功效10 倍以上。,寬帶ASE光源 1,美國(guó)Polaronyx公司的寬帶ASE光源 波長(zhǎng)：15251610nm 功率：5-14

3、dBm 增益平坦度：5dB 輸出穩(wěn)定性（15分鐘）：0.005-0.01 dB 輸出穩(wěn)定性（8小時(shí)）：0.02-0.05dB,寬帶ASE光源 2,深圳朗光的ASE光源 波長(zhǎng)：15251610nm 功率：10 dBm 輸出穩(wěn)定性（15分鐘）：0.02 dB 輸出穩(wěn)定性（8小時(shí)）：0.05dB,大功率光纖激光器,實(shí)現(xiàn)大功率輸出的主要技術(shù) 采用包層泵浦技術(shù)，采用特種光纖作為增益介質(zhì)，同時(shí)采用特種材料制造光纖 大功率光纖激光器的應(yīng)用 激光加工，激光醫(yī)療和軍事,大功率雙摻雜光纖激光器 1,英國(guó)SPI公司的大功率光纖激光器 redPOWERTM 高功率光纖激光模塊-1550nm 輸出最大可達(dá) 4W，波長(zhǎng)1

4、.5 m redPOWERTM 緊湊激光模塊 (2W-10W) 最大輸出可達(dá)10W，波長(zhǎng)1m,大功率雙摻雜光纖激光器 2,俄羅斯IPG公司的大功率光纖激光器YLR-SM Series 100W to 1.5kW output Optical Power 1060 to 1080nm Wavelength Range 100khrs Estimated Pump Diode MTBF,光纖激光器打標(biāo)系統(tǒng),大功率雙包層光纖激光器打標(biāo)系統(tǒng)的光路圖 JDS Uniphases Continuous Wave (CW) Fiber Laser Marking (FLM) System,光纖激光器打標(biāo)系統(tǒng)

5、的應(yīng)用 1,激光雕刻，右圖為激光雕刻的示意圖 下圖為激光雕刻的圖形,光纖激光器打標(biāo)系統(tǒng)的應(yīng)用 2,光纖激光器可以用于材料的改性，右圖為示意圖 下圖為材料改性的例子,光纖激光器打標(biāo)系統(tǒng)的應(yīng)用 3,大功率光纖激光器可以用于激光切割和剝離。右圖為示意圖 下圖為剝離出來(lái)的圖形,連續(xù)激光和脈沖激光打標(biāo)的比較,下圖左圖為連續(xù)打標(biāo)系統(tǒng)的效果，右圖為脈沖激光打標(biāo)系統(tǒng)的效果。,光纖激光器和其它激光器比較,和二氧化碳激光器比較 可以有更高峰值功率脈沖激光，可以加工的材料種類更多 使用方便，采用光纖傳輸可以有更大的掃描范圍 能量轉(zhuǎn)換效率高，光纖激光器的電光轉(zhuǎn)換效率為25，而二氧化碳激光器只有5 光束質(zhì)量好,和YAG

6、激光器比較 光光轉(zhuǎn)換效率高，光纖激光器的轉(zhuǎn)換效率為70，YAG只有20 使用壽命長(zhǎng)， 無(wú)需復(fù)雜的冷卻系統(tǒng)。 容易調(diào)節(jié) 光纖傳輸，不怕污染，光束質(zhì)量好,光纖激光器與YAG固體激光器的比較,窄線寬光纖激光器,實(shí)現(xiàn)窄線寬的相關(guān)技術(shù) 主要采用光纖光柵或者光纖F-P干涉儀等濾波器進(jìn)行線寬壓縮 窄線寬光纖激光器的應(yīng)用 窄線寬光纖激光器的相關(guān)長(zhǎng)度長(zhǎng)，在相關(guān)光通信系統(tǒng)，光纖傳感系統(tǒng)，光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)有很好的應(yīng)用前景。,DBR型窄線寬光纖激光器,窄線寬光纖激光器 1,NP Photonics 公司的窄線寬光纖激光器 Very narrow linewidth (long coherent length) 3 kHz

7、 Up to 150 mW output power Single longitudinal mode Single polarization operation,窄線寬光纖激光器 2,美國(guó)Polonyx公司的窄線寬光纖激光器 linewidth 5 kHz Up to 200 mW output power 輸出穩(wěn)定性（8小時(shí)）：0.05dB,超窄線寬光纖激光器在光纖傳感中的應(yīng)用,它的基本應(yīng)用原理就是頻率調(diào)制連續(xù)波技術(shù)（FMCW），在FMCW技術(shù)中，激光輸出頻率圍繞它的中心頻率不斷變化，而激光的一部分光被耦合進(jìn)一個(gè)有固定反射率的參考臂中，在外差相干探測(cè)系統(tǒng)中，該參考臂就充當(dāng)了一個(gè)本地振蕩器的

8、作用。充當(dāng)傳感作用的是另一跟很長(zhǎng)的光纖。從傳感光纖反射回來(lái)的激光與來(lái)自本地振蕩器的參考光一起混合產(chǎn)生一個(gè)光拍頻，該頻率與它所經(jīng)歷的時(shí)間延遲差相對(duì)應(yīng)。傳感光纖上的遠(yuǎn)處信息就可以通過(guò)測(cè)量光譜分析儀上的光電流的拍頻來(lái)獲取。傳感光纖上的分布式反射可以是最簡(jiǎn)單的瑞利后向散射。通過(guò)這種相干探測(cè)技術(shù)，敏感度低至-100db的信號(hào)都能很輕易地探測(cè)到。對(duì)于任何一套相干FMCW技術(shù)系統(tǒng)而言，最關(guān)鍵的部分是要一臺(tái)相干長(zhǎng)度很長(zhǎng)的光源來(lái)實(shí)現(xiàn)很高的空間精度和大的測(cè)量范圍。,超窄線寬光纖激光器在激光測(cè)距中的應(yīng)用,基于FMCW技術(shù)原理，超窄線寬光纖激光器能夠廣泛應(yīng)用于幾百公里的激光目標(biāo)指示和激光測(cè)距，從而可以十分低成本地搭建

9、ISR平臺(tái)。一套超遠(yuǎn)距離的激光指示/測(cè)距由激光器、準(zhǔn)直器和接收器、信號(hào)分析儀組成。窄線寬激光器的頻率成線性快速調(diào)制。通過(guò)測(cè)量從目標(biāo)處反射回來(lái)的的信號(hào)光與參考光一起混頻產(chǎn)生光電流便可獲取遠(yuǎn)處的信息。在FMCW技術(shù)系統(tǒng)中，激光器的線寬或相干長(zhǎng)度決定了測(cè)量的距離和敏感度。,短脈沖光纖激光器,主動(dòng)鎖模技術(shù) 主動(dòng)鎖模主要采用電光調(diào)制器等主動(dòng)鎖模器件進(jìn)行模式之間的位相鎖定，實(shí)現(xiàn)短脈沖 被動(dòng)鎖模技術(shù) 被動(dòng)鎖模是使用被動(dòng)飽和吸收體進(jìn)行脈沖窄化，實(shí)現(xiàn)短脈沖和超短脈沖 短脈沖光纖激光器的應(yīng)用 短脈沖光纖激光器在光通信，光學(xué)測(cè)量，激光加工等多個(gè)領(lǐng)域有很好的應(yīng)用前景。,高速短脈沖光纖激光器,美國(guó)Calmar公司10G

10、皮秒光纖激光器 PSL-10-XX 波長(zhǎng)范圍：1530-1565 nm可調(diào)或范圍內(nèi)固定 重復(fù)頻率：5-11G可調(diào)或10G固定，脈寬：1-10ps可調(diào)或范圍內(nèi)固定，平均輸出功率：20mW 高速短脈沖光源對(duì)于光時(shí)分復(fù)用系統(tǒng)，光學(xué)取樣技術(shù)等有重要的意義，,超短脈沖光纖激光器 1,美國(guó)Calmar公司飛秒光纖激光器。FPL-0X-XX 波長(zhǎng)范圍：1535-1560 nm可調(diào)或范圍內(nèi)固定 重復(fù)頻率：20M或10-50M可調(diào)， 脈寬：100fs-1000fs可調(diào)或范圍內(nèi)固定，平均輸出功率：50-100mW 超短脈沖光源可以用做大型激光系統(tǒng)的種子光源，同時(shí)在時(shí)間定標(biāo)等領(lǐng)域有重要的應(yīng)用,超短脈沖光纖激光器 2

11、,IPG 公司的飛秒光纖激光器 Up to 50kW Peak Power 100,000hrs Pump Diodes Life,超短脈沖光纖激光器 3,美國(guó)Polaronyx公司飛秒光纖激光器（模塊） 波長(zhǎng)范圍：1530-1600 nm內(nèi)固定 重復(fù)頻率：35-60MHz范圍內(nèi)固定 脈寬：100fs（典型） 平均功率：100mW 峰值功率：0.5-20KW,FTTP 光纖通信行業(yè)的新亮點(diǎn),一、光通信行業(yè)總趨勢(shì) 二、FTTP技術(shù)發(fā)展動(dòng)向 三、FTTP關(guān)鍵器件 四、FTTP市場(chǎng)新亮點(diǎn),一、光通信行業(yè)總趨勢(shì)投資先熱后冷引起的行業(yè)冬天,自2001年投資金額不斷下降,011Q181億 012Q147億

12、 013Q124億 014Q140億 021Q80 億 022Q92 億 023Q82 億,泡沫時(shí)期世界光器件市場(chǎng)銷售變化,2003年上半年器件行業(yè)特點(diǎn),系統(tǒng)公司全面退出，器件公司格局初定 5月12日Avanex公司簽署最終協(xié)議以2003年5月9日每股$1.12的收盤(pán)價(jià)，總共約$63.5 million的聯(lián)合交易價(jià)收購(gòu)Alcatel和Corning的光器件業(yè)務(wù)。 市場(chǎng)通過(guò)轉(zhuǎn)讓、兼并、破產(chǎn)的一輪大洗禮，國(guó)際市場(chǎng)器件公司格局基本確定：JDSU、BOOKHAM、AVANEX、FINISAR、TRIQUINT、INFINEON.,Finisar 2003.4月收購(gòu)Genoa，獲LSOA+1300/15

13、50nmVCSEL產(chǎn)品技術(shù) OCP繼Cielo Communications后，2003.2.3日又宣布收購(gòu)Gore Photonics ，或 850nm 、 1310 nm VCSEL paralle module Vitesse 2003.6.9收購(gòu)Multilink Technology，把metro 和長(zhǎng)途10-Gbit/s transceiver 改造為 光互連back plane transceivers .,2.局部兼并收購(gòu)，調(diào)整產(chǎn)品布局,Agilent Technologies 2003年2月宣布在馬來(lái)西亞開(kāi)辟兩家新的R Flexlight Funded ).,FTTP的市場(chǎng)預(yù)

14、測(cè),1.5-Mbit/s速率到家的需求2005年左右將達(dá)到高峰 ，開(kāi)始6 Mbit/s，延續(xù)至 2010年到2010年后 此時(shí)24 Mbit/s有需求，光纖分配到家成為必需 20072008 RBOC在新建小區(qū)和高需求區(qū)大量建PON 目前絕大多數(shù)人樂(lè)意擁有速率為1.5 Mbit/s的DSL，它能夠使用良好的銅線 目前全世界約三十多家公司發(fā)展光纖接入設(shè)備,美國(guó)FTTH市場(chǎng),Vanderslice & Associates預(yù)測(cè)： FTTH在2003年從72,100 戶增加到 315,000 戶, 2004年最終會(huì)達(dá)800,000和 1.4 million 戶之間 2002年8月份的早期報(bào)告顯示20

15、02年的增長(zhǎng)率為200%。,日本市場(chǎng),日本早在九十年代初期就制定了雄心勃勃的計(jì)劃：2010年使光纖進(jìn)入全國(guó)家庭 NTT2002年9月開(kāi)始配置日立的 PON 設(shè)備，已經(jīng)配置 60,000臺(tái)以上，為10萬(wàn)住宅和商業(yè)用戶服務(wù)；另有10萬(wàn)用戶可望今夏中期使用PON 2003年8月19日NTT也發(fā)表了它的RFP ,“optical line terminal that sends and receives Ethernet MAC frames with several optical network units connected through a passive optical network at a communication speed of 1 Gbit/s.” 標(biāo)志著日本最大的營(yíng)運(yùn)商正式啟動(dòng)光纖寬帶接入,PON設(shè)備市場(chǎng),美國(guó)住宅寬帶業(yè)務(wù)銷售,技術(shù)與業(yè)務(wù)問(wèn)題 ？,a）產(chǎn)品范圍問(wèn)題 : RBOC采用哪種PON技術(shù)，Alloptic公司的