OptiX WDM 产品分布式光纤拉曼放大器专题A.docx

1、OptiX WDM 产品分布式光纤拉曼放大器专题A资料编码产品名称OptiX WDM使用对象产品版本编写部门资料版本OptiX WDM 产品分布式光纤拉曼放大器专题拟 制：日 期：审 核：日 期：审 核：日 期：批 准：日 期：华 为 技 术 有 限 公 司版权所有 XX修 订 记 录日 期修订版本描 述作 者2007-02-28V1.0第一版刘鸿/28397、汤玮/29942、董红超/523602007-11-12V1.11、增加拉曼放大器原理介绍2、增加拉曼放大器开局和换板步骤3、增加故障处理章节和相关案例4、增加IPA和拉曼联动部分说明5、根据评审意见进行修改陈曦 454612007-1

2、2-24V1.2重新修订第5章节，按照评审意见增加故障处理章节相关内容陈曦 45461目 录1 前言: 81.1 背景 81.2 简介 82 拉曼放大器原理 82.1 受激拉曼散射概念 82.2 受激拉曼散射的应用 82.3 拉曼放大器的分类 92.4 拉曼放大器的特点 93 分布式拉曼放大器对传输光纤的要求和测试 103.1 光纤连接器端面质量检查要求 103.2 光纤线路质量测试方法 113.3 拉曼放大器对光纤线路质量要求 134 波分反向拉曼工程开局调测方法 135 RAMAN开局调测举例 155.1 Raman开局注意事项 155.2 举例：拉曼单板开局调测步骤 16Step 1：

3、安全着装检查和注意事项确认 16Step 2 : 机柜上电前RAMAN单板相关光纤连接检查步骤 16Step 3：线路侧尾纤连接和机柜上电步骤 16Step 4 ： IPA配置选项禁用状态检查， RAMAN激光器关闭状态检查 16Step 5 ： RAMAN单板接收方向光功率调节步骤！ 17Step 6： IPA功能开启和RAMAN单板激光器开启 185.3 举例：RAMAN单板替换步骤如下： 18Step 1：安全着装检查和注意事项确认 18Step 2：关闭RAMAN激光器并禁用IPA功能 19Step 3：更换RAMAN单板 19Step 4 ：IPA配置选项禁用状态检查， RAMAN激

4、光器关闭状态检查 19Step5 ：RAMAN单板光功率检查 19Step 6：IPA功能开启和RAMAN单板激光器开启 196 故障处理 206.1 典型故障处理 207 附录：拉曼单板清单 21表目录 表1 术语和定义： 7图目录图1 拉曼放大器增益谱示意图 9图2 多波长泵浦组成的宽带FRA增益谱示意图 10图3 清洁光纤连接器端面1 10图4 清洁光纤连接器端面2 10图5 污染的光纤连接器端面 10图6 烧毁的光纤端面 11图7 平滑无噪声OTDR曲线 12图8 粗糙有噪声OTDR曲线 12图9 OTDR的测试结果分析 12图10 拉曼放大器增益谱形和拉曼ASE谱形比较 15关键词：

5、波分公共摘 要：分布式光纤拉曼放大器专题缩略语清单：表1 术语和定义：缩略语 英文全名中文解释ASEAmplified Spontaneous Emission放大的自发辐射NFNoise Figure噪声系数OSAOptical Spectrum Analyzer光谱分析仪参考资料清单：无。OptiX WDM产品分布式光纤拉曼放大器专题1 前言:1.1 背景近年来，随着数据通信和INTERNET的发展，密集波分复用通信系统的带宽需求不断提高，拉曼放大器作为DWDM系统中的关键技术，已经成为光纤通信领域研究的热点。由于其具有极宽的增益带宽，极低的噪声系数，拉曼放大器在超大容量高速长距离DWDM

6、系统中得到广泛的应用，可以大幅度提升现有光纤系统的容量，增加无电再生中继的传输距离，降低系统的成本。EDFA和拉曼放大器的有机结合，是目前的通信系统中比较成熟的一种方式1.2 简介分布式光纤拉曼放大器与传统EDFA不同，需要利用传输光纤作为增益介质，因此光纤质量及其连接情况对拉曼系统至关重要。在选用传输光纤时，要求接点附加损耗尤其是靠近拉曼放大器端的附加损耗要小。拉曼泵浦功率很高，已经超过500mW光功率等级为CLASS4。因此拉曼放大器的工程开局相比其他单板开局具有一些特殊的要求。本规范主要介绍拉曼放大器开局对传输光纤的质量要求及判别方法和开局调测注意事项，同时还介绍了波分拉曼工程开局调测方

7、法。本专题规定了分布式光纤拉曼放大器开局、测试对传输光纤的质量要求及判别方法和开局调测注意事项，同时还介绍了波分拉曼工程开局调测方法。本专题适用于光网络技术支持工程师进行拉曼特性开局、维护，同时也适用于指导研发内部拉曼单板、系统测试维护，包括研发测试、中试测试、对外入网测试，厂验等与拉曼应用、测试、开发、维护相关的各个环节，同时对传输光纤的要求部分也适合作为对拉曼售前的指导。本规范对于波分产品使用的多波拉曼放大器全文适用。2 拉曼放大器原理2.1 受激拉曼散射概念在常规光纤传输系统中，由于光功率并不大，因此光纤主要呈现线性传输特性。然而随着光纤放大器的应用，光纤在一定条件下开始呈现出非线性特性

8、，并最终成为限制系统性能的因素之一。受激拉曼散射就是非线性效应中的一种。当一定强度的光入射到光纤中时会引起光纤材料的分子振动，进而调制入射光强，产生间隔恰好为分子振动频率的边带。低频边带称斯托克斯线，高频边带称反斯托克斯线，前者强度较高。这样，当两个恰好频率间隔为斯托克斯频率的光波同时入射到光纤时，低频波将获得光增益；高频波将衰减，其能量转移到低频段上，这就是受激拉曼散射（SRS）。由于受激拉曼散射SRS的门限值较大，在1550nm处约为27dBm，一般情况下不会发生。但对于WDM系统，随着传输距离的增长和复用的波数的增加，EDFA放大输出的光信号功率会接近27dBm，SRS产生的机率会增加。

9、2.2 受激拉曼散射的应用高强度电磁场中任何电介质对光的响应都会变成非线性，光纤也不例外。受激拉曼散射（SRS）是光纤中一个很重要的三阶非线性过程。它可以看作是介质中分子振动对入射光（泵浦光）的调制，从而对入射光产生散射作用。假设入射光的频率为l，介质的分子振动频率为v，则散射光的频率为：slvaslv这种现象叫SRS。在此过程中产生的频率为s的散射光叫斯托克斯光（Stokes），频率为as的散射光叫反斯托克斯光。对斯托克斯光可以用物理现象描述如下：一个入射的光子消失，产生一个频率下移（约13THz）的光子（即stokes波），剩余能量则被介质以分子振动的形式吸收，完成振动态之间的跃迁，使能量

10、和动量守恒。普通的拉曼散射需要很强的激光功率。但是在光纤波导中，光纤作为非线形介质，可将高强度的激光场与介质的相互作用限制在非常小的截面内，大大提高了入射光场的光功率密度，在低损耗光纤中，光场与介质的作用可以维持很长的距离，其间的能量耦合进行的很充分，使得在光纤中利用受激拉曼散射成为可能。光纤拉曼放大器是SRS的一个重要应用。由于石英光纤具有很宽的SRS增益谱，且在13THz附近有一较宽的主峰。如果一个弱信号和一个强的泵浦波在光纤中同时传输，并且它们的频率之差处在光纤的拉曼增益谱范围内，弱信号光即可得到放大，这种基于SRS机制的光放大器即称为光纤拉曼放大器。如图1所示即是拉曼放大器的增益谱示意

11、图。某一波长的泵浦光，在其频率下移约为13THz（在1550nm波段，波长上移约为100nm）的位置可以产生一个增益很宽的增益谱。图1 拉曼放大器增益谱示意图2.3 拉曼放大器的分类光纤拉曼放大器可分为两类：分立式拉曼放大器和分布式拉曼放大器。前者结构中用专门的增益放大光纤进行增益放大，泵浦功率要求很高，一般在几到十几瓦特，可产生40dB以上的高增益，象EDFA一样用来对信号光进行集中放大，因此主要用于EDFA无法放大的波段。对于后者，传输光纤即为增益介质，一般几十公里，泵源功率可降低到几百毫瓦，主要与EDFA混合使用，另外与光信号的传输速度相比，拉曼放大器的放大过程是非常缓慢的，用于DWDM

12、通信系统性能的提高，抑制非线性效应，提高信噪比。这种分布式拉曼放大技术由于其一系列优点得到了广泛关注，并已经在通信系统中得到了应用。我们的拉曼放大器就是分布式的,需要和EDFA配合使用。2.4 拉曼放大器的特点光纤拉曼放大器有三个突出的特点：第一，利用受激拉曼散射可制作超宽带光纤放大器，由于拉曼放大器的增益波长由其泵浦光波长决定，只要泵浦源的波长适当，理论上可得到任意波长的信号放大；实际上，拉曼放大器可以适用从1300nm到1700nm的整个频段。若拉曼放大器用不同的多个波长同时泵浦，还可以获得带宽达几十到100nm左右的超宽带放大波段。如图2所示即为三波长泵浦组成的宽带光纤拉曼放大器的增益谱

13、示意图。另外，在波长较短的波段，拉曼放大器的增益有随着波长增加而增大的现象。相反对于EDFA则从1560nm波长起，增益有随波长增加而减少的趋势。于是，采用分布式拉曼光纤放大与掺铒光纤放大相结合可得到超宽带平坦的增益曲线。例如将拉曼放大器与氟化物玻璃EDFFA两种光纤放大器的增益特性互补，可获得15301600nm的超宽带平坦增益特性。图2 多波长泵浦组成的宽带FRA增益谱示意图第二，在分布式拉曼光纤放大器中，其增益介质为传输光纤本身，使拉曼放大器可以对光信号进行在线放大，构成分布式放大，实现长距离的无中继传输和远程泵浦，尤其适用于海底光缆通信等不方便设立中继器的场合。而且因为放大是沿光纤分布

14、而不是集中作用，光纤中各处的信号光功率都比较小，从而可降低非线性效应尤其是四波混频效应的干扰，减轻信道间串扰的影响，这对于大容量超长距离WDM系统是十分适合的；第三，噪声指数低。当拉曼放大器与常规EDFA混合使用时可大大降低系统的噪声指数，增加传输跨距。3 分布式拉曼放大器对传输光纤的要求和测试光纤的质量检查分为光纤连接器端面质量检查和线路光纤质量的检查。3.1 光纤连接器端面质量检查要求使用光纤显微镜检查跳线光纤端面是否正常，清洁的光纤端面应该是一个灰色的圆面，有时可以看到圆心附近还有一个颜色稍浅的小圆，那是纤芯，如图1和图2所示：图3 清洁光纤连接器端面1图4 清洁光纤连接器端面2当看到有

15、黑色脏物附着在端面上时，如图3所示：图5 污染的光纤连接器端面需用光纤清洁纸擦拭，如果脏物仍然附着在端面上，可尝试用酒精（避免用酒精以外的其它清洗剂或折射率匹配液，因为它们可使光纤连接器内粘合剂溶解）清洗，这时如果仍然存在，表示光纤端面在该点已经损坏，如果恰好在纤心，表示该光纤头已经烧坏，需要更换跳线。如图4所示：图6 烧毁的光纤端面3.2 光纤线路质量测试方法线路光纤质量检查主要关注拉曼近端30公里内的光缆质量，一般用的仪器是光时域反射仪，也就是OTDR。首先测试整段光缆的损耗，推荐使用OTDR的自动测试功能，由仪表自动设置参数进行测试，不要手动设置参数，一般都能满足测试整段光缆的要求。测试

16、完整段光缆的损耗后，由于自动测试整段光缆的配置参数无法精确测试近端光缆的损耗，必须再手动测试拉曼的光缆近端损耗，OTDR仪表参数需要手动配置，方法如下： 首先应设置光纤的基本参数。折射率n和后向散射系数的设置，一般可以选用仪表默认参数。折射率参数与距离测量有关，后向散射系数则影响反射与回波损耗的测量结果。这两个参数通常由光纤生产厂家给出。如果没有准确的值，可选择仪表默认值，不会影响光纤质量的判断结果。OTDR有几个比较重要的其他参数影响测试结果，像测试波长、脉宽、测量范围、探测时间、等等。具体可以参看相关文档，对于光纤近端的测量，这些参数应做如下设置：（1）波长选择应和传输波长一致，通常选择1

17、550nm。注意有的OTDR有两个光纤接口，是两种不同的波长输出口，所以测试之前，应该保证光纤连接在正确的接口。（2）脉宽 对于拉曼放大器的应用，主要需要测试30km范围内的光纤情况，脉宽需要尽量选择小，但要保证30km处测试的曲线平滑无噪声。首先可以先选择最小的脉宽测试一下，看曲线在30km处是否光滑，若有噪声，选择稍微大一些的脉宽，反复检验直至30km处无噪声，则这时的脉宽是合适的。下面两张图是曲线末端有无噪声的对比图7 平滑无噪声OTDR曲线图8 粗糙有噪声OTDR曲线（3）测量范围最佳的测量范围选择的是被测试光缆的2倍长度以上，这样做是防止光纤远端对近端的测试产生影响；另外，有的OTD

18、R在选择了脉宽后可以选择的测量范围有一个最大值，这时应尽量选择这个最大值。（4） 探测时间这一项设置越长信噪比越好，但对于近端测试时间不必过长，30s足够，时间再长信噪比变化不大。 对于OTDR的其他参数可以按照缺省值设置。另外，在测试光纤之前，最好用一段5公里左右的过渡光纤（与线路光纤同种型号光纤）将OTDR输出口和光纤连接，否则无法测试近端ODF架的连接损耗；同时必须保持光纤端面的清洁，否则会对测试结果产生影响。OTDR结果的简单分析：正常情况下，OTDR测试的光线曲线主体(单盘或几盘光缆)斜率基本一致，若某一段斜率较大，则表明此段衰减较大；若曲线主体为不规则形状，斜率起伏较大，弯曲或呈弧

19、状，则表明光纤质量严重劣化，不符合通信要求。OTDR通常是用事件来描述光纤中的异常点，其中分为反射事件和非反射事件：反射事件是指活动连接器、机械接头和光纤中的断裂点都会引起损耗和反射，我们把这种反射幅度较大的事件称为反射事件。反射事件损耗的大小是由背向散射电平值的改变量来决定。反射值是由背向散射曲线上反射峰的幅度所决定。如图5的光纤末端断裂点菲涅耳反射。非反射事件是指光纤中的熔接头和微弯带来的损耗，它不会引起反射，在OTDR 测试曲线上以背向散射电平上附加一突然下降台阶的形式表现出来,因此曲线在纵轴上的改变即为该事件的损耗大小。如图5中的熔接点的损耗。图9 OTDR的测试结果分析3.3 拉曼放

20、大器对光纤线路质量要求1）建议线路光缆单点损耗事件附加损耗最好能满足：在拉曼近端020Km内尽量不要采用光纤连接器，010km内的单点附加损耗小于0.1dB（G652）或0.2dB（G655），1020km内的单点附加损耗小于0.2dB（G652）或0.4dB（G655），2030公里内的单点附加损耗小于0.4dB，3040公里内的单点附加损耗小于1dB，40公里以外的单点附加损耗小于2dB；同时单点回损不能小于40dB。如此点满足则其它无需考虑。（2）如果第1点不满足，我们可以通过计算泵浦功率的增加量是否超过泵浦余量来判断增益能否满足要求。其中，拉曼光放板在光纤线路质量良好的情况下，每组泵浦

21、功率至少有0.6dB的余量，即泵浦功率的增加量不能超过0.6dB。泵浦功率的增加量（dB）可以采用下面附件的计算表格自动计算获得：请参见附件：OptiX WDM 产品分布式光纤拉曼放大器专题-A(附件)在只有1个单点损耗的极端情况下i. 05km内为：单点最大损耗0.6dBii 510km内为：单点最大损耗0.7dB1015km内为：单点最大损耗1dB 1520km内为：单点最大损耗1.2dB 2025km内为：单点最大损耗1.7dB 25km以上为：单点最大损耗2dB如果有多个衰减点，应通过上面的计算表格计算泵浦增加量。上述要求主要针对采用光纤连接器的情况，单点衰耗测试超标必须采用双向测试确

22、认，即将分别在光纤两端用OTDR测试得到的该点损耗值进行算术平均后才是该点实际的损耗值。对于没条件进行双端测试的情况下，如果出现单点损耗超标并且非熔接的方式，要求改为熔接或更换接头连接器，若多次更换接头连接器后仍不满足要求，并且所有纤芯都是同样情况，可以认为是两段光纤参数不匹配造成的OTDR测试异常，不需要处理；如果出现单点损耗超标并且是熔接的方式，如果实在无法进行双向测试，并且在该位置处所有纤芯熔接损耗都异常偏大或出现增益（负损耗），可以认为是两段光纤参数不匹配造成的OTDR测试异常，不需要处理。（3）如果计算的泵浦功率的增加量低于泵浦余量，则可以不进行整改，否则建议客户整改线路。对于波分系

23、统，只要“实测系统衰减总量再加4dB”还没超过原设计规格，业务仍能满足要求正常开通，只是拉曼增益达不到要求（如系统设计规格为53dB，只要实测系统衰减总量不超过49dB业务就仍能满足要求正常开通）。对于SDH单波系统只要“实测系统衰减总量再加7dB”还没超过原设计规格，业务仍能满足要求正常开通，只是拉曼增益达不到要求（如系统设计规格为56dB，只要实测系统衰减总量不超过49dB业务就仍能满足要求正常开通），事实上这时不用拉曼而改用PA也完全能够满足要求。（4）对于波分系统，如果“实测系统衰减总量再加4dB”超过原设计规格，则业务不能满足要求，必须进行整改。对于SDH单波系统，如果“实测系统衰减

24、总量再加7dB”超过原设计规格，则业务不能满足要求，必须进行整改。4 波分反向拉曼工程开局调测方法反向拉曼工程开局主要需要调测的就是拉曼的开关增益，下面具体描述开关增益的测试和调整。反向拉曼放大器增益测试是指对开关增益的测试。开关增益（on-off gain）是指拉曼放大器开工即开（on）状态下与拉曼放大器关断即关（off）状态下，拉曼放大器输出端（对应单板的SYS口）测到的信号光功率之差。由于需要测试的是信号光的增益，所以必须从光谱仪上获得对应的信号功率以刨除噪声光对增益测试准确性的影响。具体的测试步骤如下。 步骤1、调整泵浦功率以达到要求的增益水平1、连接好光纤后，在不打开泵浦激光器的情况

25、下，用光谱分析仪监测拉曼放大器的SYS口，测试单波信号光功率；2、设置泵浦光功率到建议值，要求两组泵浦都需要设置；3、打开两组泵浦激光器，再读出光谱分析仪此时的单波信号光功率；4、比较打开泵浦激光器和未打开泵浦激光器的单波信号光功率，计算出开关增益；5、如开关增益小于10dB，可以适度提高两组泵浦输出光功率，每次两组泵浦同时调整0.1dB，直至信道最低开关增益10dB；注意设置的泵浦功率下不能产生泵浦工作电流越限告警（工作电流越限告警说明泵浦功率设置过高需要降低），如果已经产生泵浦工作电流越限告警而增益还不能达到10dB，需要关闭激光器后检查光纤或换纤；步骤1调测说明:反向拉曼放大器要求所有信

26、道的开关增益大于10dB。由于反向拉曼放大器的增益介质为传输光纤，其增益大小取决于传输光纤的类型、长度及损耗情况。若要达到相同的增益水平，不同类型光纤对应的泵浦功率不同。下面是针对不同标准光纤给出的建议泵浦功率值，P1代表1427波长拉曼泵浦，P2代表1457波长拉曼泵浦。建议系统调测时拉曼泵浦初始功率设置为下表中的建议泵浦功率值。不同标准光纤建议拉曼泵浦功率值光纤类型(按标准划分)P1(泵浦组1的功率)P2(泵浦组2的功率)G.652/ G.65524.0dBm24.0dBmG.65323.0dBm22.5dBm相同标准的不同厂家的光纤，由于芯径大小有差异会导致增益水平的差异。如果增益不满足

27、要求（小于10dB），可以在建议的泵浦功率基础上保持两组泵浦功率配比不变（即P1和P2之间的差值不变）对泵浦功率加以调整提高。如果增益大于10dB，可以保持表1中泵浦建议功率不变，一般增益越大系统性能越好。步骤2、调节泵浦功率配比以保证满波增益谱形1、在调节了开关增益满足10dB后，比较各波的增益平坦度是否在3dB的范围内，如在此范围内，一般不需要调节增益平坦度；2、如果各波的增益平坦度超过3dB或者波长集中在一段波长，不能准确判断增益谱形是否平坦，则需要用ASE谱形来进行判断；3、关闭发端信号光后，泵浦设置不变，打开泵浦激光器，在SYS口用光谱仪检测所得即为ASE谱形；4、比较ASE谱形的1

28、535nm和1560nm波长的两个波峰，观察1535nm波峰的光功率比1560nm的光功率是否高1.2dB左右（0.71.7dB），如在这个范围内，则不需要调整；5、如1535nm波峰的光功率比1560nm的光功率高不在1.2dB左右（0.71.7dB），则需要调整泵浦激光器组1的泵浦光功率来改变1535nm的光功率，调整泵浦激光器组2的泵浦光功率来改变1560nm的光功率，使光功率差满足要求；6、如1535nm波峰的光功率比1560nm的光功率高超过1.7dB,则降低泵浦激光器组1的泵浦光功率0.1dB，增高泵浦激光器组2的泵浦光功率0.1dB，直至光功率差满足要求；7、如1535nm波峰的

29、光功率比1560nm的光功率高不超过0.7dB,则增高泵浦激光器组1的泵浦光功率0.1dB，降低泵浦激光器组2的泵浦光功率0.1dB，直至光功率差满足要求；步骤2调测说明：一般情况下，按照表1的泵浦功率配比都能保持一定的增益平坦度，对于单跨系统一般都能满足系统要求，多数情况可以不再调节增益谱形。单跨特殊情况下如增益平坦度明显偏差，或者对于多跨应用，在调整开关增益达到10dB以上后，还需要进一步调整增益谱形的平坦度。如果在实际系统应用中，没有覆盖整个C波段的40波光源或波长均匀分布在C波段的光源，出现信号光波数较少且波长分布比较集中的情况，则可以通过测试ASE谱形来判断满波的增益谱形情况。ASE

30、谱形即指在保持泵浦功率不变的条件下，关闭发端信号光后在SYS口得到的输出光功率谱形。满波增益谱形和ASE谱形之间的差异如下图所示。图10 拉曼放大器增益谱形和拉曼ASE谱形比较可以看出，增益谱形和ASE谱形中都分别有两个峰值，分别在1535nm和1560nm波长附近。增益谱形的峰峰值差值（见图中的1）和ASE谱形峰峰值差值（见图中的2）之间相差约0.7dB（即：210.7dB）。所以，可以根据ASE谱形来判断增益谱形是否满足要求。如果不满足要求，可以通过调整泵浦的功率配比来获得需要的增益谱形。增益谱和ASE谱中的两个峰值的高低，可通过调节对应的泵浦激光器组来实现。其中，1535nm附近的峰值可

31、以通过调节的泵浦激光器组1的功率来实现，1560nm附近的峰值可以通过调节泵浦激光器组2的功率来实现。例如：如果想调整增益谱形峰峰平，可以在步骤1中得到的泵浦功率基础上调整泵浦的功率配比使ASE谱形的长波长峰值比短波长峰值低约0.7dB时，即可得到峰峰平的增益谱形。一般情况下，短波长信号光在传输中的损耗会比长波长信号光大01dB左右，所以可以调整增益谱形使短波长增益比长波长增益高01dB左右。即可通过调节泵浦功率配比，使ASE谱形的短波长峰值（1535nm附近）比长波长峰值（1560nm附近）高0.71.7dB。具体的调整可根据系统具体情况来决定。 步骤3、重新调整泵浦功率以满足增益要求1、调整增益平坦度后，需要重新测试开关增益；2、如果开关增益不能满足所有信道都大于10dB的要求，需要设置泵浦激光器组1、激光器组2的泵浦光功率都增加，每