光纤技术专题报告

光纤技术专题光纤技术专题光纤激光器的发展现状光纤激光器的发展现状 激光器和光纤激光器的基本原理激光器和光纤激光器的基本原理 几种实用型光纤激光器几种实用型光纤激光器激光器的基本原理激光器的基本原理 激光器的基本原理是激光器的基本原理是光受激辐射的放大光受激辐射的放大 激光器的三个组成部激光器的三个组成部分：泵浦源，工作物分：泵浦源，工作物资，谐振腔资，谐振腔 短脉冲激光器的产生：短脉冲激光器的产生：锁模技术锁模技术非轴向模非轴向模轴向模轴向模光谐振腔的选模作用光谐振腔的选模作用光纤激光器的基本原理光纤激光器的基本原理 光纤激光器的基本结光纤激光器的基本结构光纤激光器中的工构光纤激光器中的工作物资是掺杂光纤，作物资是掺杂光纤，光纤环是谐振腔，一光纤环是谐振腔，一般采用半导体激光器般采用半导体激光器泵浦泵浦 光纤激光器的优点光纤激光器的优点 短脉冲光纤激光器：短脉冲光纤激光器：高速短脉冲光纤激光高速短脉冲光纤激光器，超短脉冲光纤激器，超短脉冲光纤激光器光器掺 铒 光掺 铒 光纤纤隔 离隔 离器器波分复用波分复用器器980nm980nm泵泵浦浦几种实用的光纤激光器几种实用的光纤激光器 宽带光纤光源宽带光纤光源 大功率双掺杂光纤激光器大功率双掺杂光纤激光器 窄线宽光纤激光器窄线宽光纤激光器 短脉冲光纤激光器短脉冲光纤激光器宽带光源宽带光源 光源的概念光源的概念 是英文是英文 的缩写。激光器在形成激射之前，的缩写。激光器在形成激射之前，自发辐射光出射，因此在整个增益区都有光自发辐射光出射，因此在整个增益区都有光发出。发出。光源的应用光源的应用 广泛应用于光无源器件和光通信器件的测广泛应用于光无源器件和光通信器件的测试中，如在光纤光栅、薄膜滤波器和光纤耦试中，如在光纤光栅、薄膜滤波器和光纤耦合器光无源器件中。采用合器光无源器件中。采用 光源与采用白光源光源与采用白光源和可调谐激光光源相比，可提高功效和可调谐激光光源相比，可提高功效10 倍以倍以上。上。宽带光源宽带光源 1 美国公司的宽带光源美国公司的宽带光源 波长：波长：15251610 功率：功率：5-14 增益平坦度：增益平坦度：5 输出稳定性（输出稳定性（15分钟）：分钟）：0.005-0.01 输出稳定性（输出稳定性（8小时）：小时）：0.02-0.05宽带光源宽带光源 2 深圳朗光的光源深圳朗光的光源 波长：波长：15251610 功率：功率：10 输出稳定性（输出稳定性（15分分钟）：钟）：0.02 输出稳定性（输出稳定性（8小时）：小时）：0.05大功率光纤激光器大功率光纤激光器 实现大功率输出实现大功率输出的主要技术的主要技术 采用包层泵浦采用包层泵浦技术，采用特种技术，采用特种光纤作为增益介光纤作为增益介质，同时采用特质，同时采用特种材料制造光纤种材料制造光纤 大功率光纤激光大功率光纤激光器的应用器的应用 激光加工，激激光加工，激光医疗和军事光医疗和军事大功率双掺杂光纤激光器大功率双掺杂光纤激光器 1 英国公司的大功率光英国公司的大功率光纤激光器纤激光器 高功率光纤激光模块高功率光纤激光模块-1550 输出最大可达输出最大可达 4W，波，波长长1.5 m 紧凑激光模块紧凑激光模块(210W)最大输出可达最大输出可达10W，波长波长1m大功率双掺杂光纤激光器大功率双掺杂光纤激光器 2 俄罗斯公司的大功率俄罗斯公司的大功率光纤激光器光纤激光器 100W 1.5 1060 1080 100 光纤激光器打标系统光纤激光器打标系统 大功率双包层光纤大功率双包层光纤激光器打标系统的激光器打标系统的光路图光路图 s ()()s ()()光纤激光器打标系统的应用光纤激光器打标系统的应用 1 激光雕刻，右图为激光雕刻，右图为激光雕刻的示意图激光雕刻的示意图 下图为激光雕刻的下图为激光雕刻的图形图形光纤激光器打标系统的应用光纤激光器打标系统的应用 2 光纤激光器可以用于光纤激光器可以用于材料的改性，右图为材料的改性，右图为示意图示意图 下图为材料改性的例下图为材料改性的例子子光纤激光器打标系统的应用光纤激光器打标系统的应用 3 大功率光纤激光大功率光纤激光器可以用于激光器可以用于激光切割和剥离。右切割和剥离。右图为示意图图为示意图 下图为剥离出来下图为剥离出来的图形的图形连续激光和脉冲激光打标的比较连续激光和脉冲激光打标的比较 下图左图为连续打标系统的效果，右图下图左图为连续打标系统的效果，右图为脉冲激光打标系统的效果。为脉冲激光打标系统的效果。光纤激光器和其它激光器比较光纤激光器和其它激光器比较和二氧化碳激光器比较和二氧化碳激光器比较可以有更高峰值功率脉冲可以有更高峰值功率脉冲激光，可以加工的材料激光，可以加工的材料种类更多种类更多使用方便，采用光纤传输使用方便，采用光纤传输可以有更大的扫描范围可以有更大的扫描范围能量转换效率高，光纤激能量转换效率高，光纤激光器的电光转换效率为光器的电光转换效率为25，而二氧化碳激光，而二氧化碳激光器只有器只有5光束质量好光束质量好和激光器比较和激光器比较光光转换效率高，光纤激光光转换效率高，光纤激光器的转换效率为光器的转换效率为70，只有只有20使用寿命长，使用寿命长，无需复杂的冷却系统。无需复杂的冷却系统。容易调节容易调节光纤传输，不怕污染，光光纤传输，不怕污染，光束质量好束质量好光纤激光器与固体激光器的比较光纤激光器与固体激光器的比较窄线宽光纤激光器窄线宽光纤激光器 实现窄线宽的相关技术实现窄线宽的相关技术 主要采用光纤光栅或主要采用光纤光栅或者光纤干涉仪等滤波器者光纤干涉仪等滤波器进行线宽压缩进行线宽压缩 窄线宽光纤激光器的应窄线宽光纤激光器的应用用 窄线宽光纤激光器的窄线宽光纤激光器的相关长度长，在相关光相关长度长，在相关光通信系统，光纤传感系通信系统，光纤传感系统，光学测量系统有很统，光学测量系统有很好的应用前景。好的应用前景。型窄线宽光纤激光器型窄线宽光纤激光器窄线宽光纤激光器窄线宽光纤激光器 1 公司的窄线宽光纤激光公司的窄线宽光纤激光器器 ()20高速短脉冲光源对于光时分复用系统，光学取样技术等有重要的意义，超短脉冲光纤激光器超短脉冲光纤激光器 1 美国公司飞秒光纤激光美国公司飞秒光纤激光器。器。0 波长范围：波长范围：1535-1560 可可调或范围内固定调或范围内固定 重复频率：重复频率：20M或或10-50M可调，可调，脉宽：脉宽：1001000可调或可调或范围内固定，平均输出范围内固定，平均输出功率：功率：50-100 超短脉冲光源可以用做超短脉冲光源可以用做大型激光系统的种子光大型激光系统的种子光源，同时在时间定标等源，同时在时间定标等领域有重要的应用领域有重要的应用超短脉冲光纤激光器超短脉冲光纤激光器 2 公司的飞秒光纤激光公司的飞秒光纤激光器器 50 100,000 超短脉冲光纤激光器超短脉冲光纤激光器 3 美国公司飞秒光纤激光美国公司飞秒光纤激光器（模块）器（模块）波长范围：波长范围：1530-1600 内固定内固定 重复频率：重复频率：35-60范围范围内固定内固定 脉宽：脉宽：100（典型）（典型）平均功率：平均功率：100 峰值功率：峰值功率：0.5-20 光纤通信行业的新亮点光纤通信行业的新亮点 一、光通信行业总趋势一、光通信行业总趋势 二、技术发展动向二、技术发展动向 三、关键器件三、关键器件 四、四、市场新亮点市场新亮点一、光通信行业总趋势一、光通信行业总趋势投资先热后冷引起的行业冬天投资先热后冷引起的行业冬天 自自2001年投资金额不断下降年投资金额不断下降011Q181亿亿012Q147亿亿013Q124亿亿014Q140亿亿021Q80 亿亿022Q92 亿亿023Q82 亿亿泡沫时期世界光器件市场销售变化泡沫时期世界光器件市场销售变化2003年上半年器件行业特点年上半年器件行业特点 系统公司全面退出，器件公司格局初定系统公司全面退出，器件公司格局初定 5月月12日公司签署最终协议以日公司签署最终协议以2003年年5月月9日每股日每股$1.12的收盘价，总共约的收盘价，总共约$63.5 的联的联合交易价收购和的光器件业务。合交易价收购和的光器件业务。市场通过转让、兼并、破产的一轮大洗市场通过转让、兼并、破产的一轮大洗礼，国际市场器件公司格局基本确礼，国际市场器件公司格局基本确定：、定：、.2003.4月收购，获月收购，获1300/1550产品技术产品技术 继继 后，后，2003.2.3日又宣布收购日又宣布收购 ，或，或 850、1310 2003.6.9收购收购，把，把 和长途和长途10 改造为改造为 光互连光互连 .2.局部兼并收购，调整产品布局局部兼并收购，调整产品布局 2003年年2月宣布在马来西亚开辟两家新的和生产厂，面月宣布在马来西亚开辟两家新的和生产厂，面积达积达550,000 平方英尺，平方英尺，40%的生产在亚太地区，的生产在亚太地区，40%在北美，在北美，20%在欧洲，在欧洲，2004年亚太将达到年亚太将达到50%；最近关闭英国的工厂，设备搬迁新加坡最近关闭英国的工厂，设备搬迁新加坡 2001年年11月在马来西亚建光模块生产基地，现规模达月在马来西亚建光模块生产基地，现规模达到到1200人，人，2002年在上海建成无源器件厂，年在上海建成无源器件厂，130人；人；也把它的无源器件厂建在中国，扩大它在中国的生产也把它的无源器件厂建在中国，扩大它在中国的生产规模；规模；中国大陆、台湾、东南亚是国际公司关注的焦点中国大陆、台湾、东南亚是国际公司关注的焦点3.地区分工，亚太成为低成本区地区分工，亚太成为低成本区 城域和接入产品特点城域和接入产品特点 网络密集，节点增多，器件量大，价格敏感网络密集，节点增多，器件量大，价格敏感 投资过剩，技术门槛低，库存量大，竞争者众投资过剩，技术门槛低，库存量大，竞争者众 高端产品市场未启动，低端产品价格大滑坡高端产品市场未启动，低端产品价格大滑坡 全光网络技术不成熟，无明显市场热点全光网络技术不成熟，无明显市场热点 销库存销库存 抢市场抢市场4.价格大战价格大战 增产难增收增产难增收 5.市场低迷市场低迷 亏损持续亏损持续 2003-3-31公公 司司销售额销售额净亏损净亏损销售额销售额净亏损净亏损JDSU$166 million$137 millionAGILENT$1.36 billion$112 million BOOKHAM$215 million$39.3 million$34.9million-$30.1millionFINISAR$42.1million-$40.2million$39.8 million$26.2 millionAVANEX$5.4 million$10.4 million$5.5 million-$6.6 millionINFINEONE 1.4 8 billionE 328 millionE1.47billionE116million VETISSE$40.2 million$25.1 millionOCP$9.6 million$1.7 million$9.5 million-$4.3 millionOPLINK$5.6 million$3.0 million$6.0million-$7.6 million$161-$61.6 2003-6-30Service NodeSNI(VB5)ONUFTTHFTTBFTTCFTTCabOpticalFiberATM-PONxDSLOLTONUNTNTPassiveOpticalSplitterFTTxQ3OperationSystemInternetLeased LineFrame/CellRelayTelephoneInteractiveVideoTwistedPairONTONT概念二、技术发展动向二、技术发展动向 1.发展简史发展简史 发展发展 (住宅窄带住宅窄带)&(宽带宽带)(80年代后期年代后期)商业应用商业应用(90年代初期年代初期).近来近来50用户用户 各种试验和应用各种试验和应用,包括包括:计划计划 (几个几个 100k住宅客户在住宅客户在 系统系统)在安特卫普在安特卫普(90年代初年代初)(荷兰荷兰)小商业区试验小商业区试验(90年代中期年代中期)(2 )电视广播系统电视广播系统(90中期中期)住宅窄带住宅窄带+(90年代中期年代中期)各种各种 系统系统,90年代中租用线年代中租用线 路路,接口接口 3,000+设备设备 (!),&进行的各种试验进行的各种试验&应用应用(1990年代年代)使用特殊系统的各种小乡镇使用特殊系统的各种小乡镇 应用应用(90年代年代)在在1995年由年由,和和 成立成立无源光网络（）无源光网络（）中度复杂性中度复杂性 结构结构 点对点结构点对点结构 工作简单工作简单 光纤用量多光纤用量多环形结构环形结构(,)工作复杂工作复杂原理是原理是 结构结构 实际情况见下张片实际情况见下张片COCustomersCOCO2.光接入的主要方案：点光接入的主要方案：点-点点，环状，环状，点对点接入点对点接入v 于于2001年初成立年初成立802.3工作组工作组v 以现有以现有802.3协议为基础实现在用户接入网传输以太网帧协议为基础实现在用户接入网传输以太网帧v 工作组定义了三个拓扑结构核物理层工作组定义了三个拓扑结构核物理层:v 通过现有铜线以通过现有铜线以10以上数据和以上数据和750米距离完成铜线连接米距离完成铜线连接v 使用一根光纤以使用一根光纤以1数据在数据在10内实现光纤连接内实现光纤连接v 使用一根光纤以使用一根光纤以1数据在数据在10内实现光纤连接内实现光纤连接v 光纤连接特点：光纤连接特点：v 采用采用802.3z1000技术标准技术标准v 单纤双向技术，单纤双向技术，2001年我公司向北美销售大量年我公司向北美销售大量 用到这种接入用到这种接入技术（）技术（）v 双方收发器对称，可充分利用其带宽双方收发器对称，可充分利用其带宽 多个客户在单一的多个客户在单一的 中心局终端中心局终端 有效使用光纤有效使用光纤 有效汇聚有效汇聚 单独按客户顺序服务单独按客户顺序服务 而非成群服务而非成群服务 维修可能影响业务维修可能影响业务 服务顺序预定日期通常服务顺序预定日期通常 无法顾及所有其它考虑无法顾及所有其它考虑 环状结构通常用于点对环状结构通常用于点对点系统点系统.环状结构接入环状结构接入TDMNetwork DataNetwork 现有客户现有客户10/100主要馈线路由器支 线 现有客户现有客户10/100 新增客户新增客户11s10/100,3311s11s无源光网络（）无源光网络（）传送传送,已制定已制定()标准标准G.983.1,工作组推荐纳入建议工作组推荐纳入建议G.983.2.的缺点：部件的高成本决定了的缺点：部件的高成本决定了 成本高；用固定时隙信元结构产生低工作效率成本高；用固定时隙信元结构产生低工作效率最初应用现有业务最初应用现有业务(1&E1)和和 TDMNetworkDataNetworkSmall BusinessDS1s/E1s10/100BaseTONT 小型业务小型业务 ，使用作为的主要传输方，使用作为的主要传输方 式，式，以千兆速率以千兆速率工作，标准正在制定（工作，标准正在制定（.）TDMNetwork1:4 .ONT.ONT.ONT.DataNetworkPSTNSmall BusinessDS1s/E1s10/100BaseTONT 对新楼和重建对新楼和重建,PON 可以比可以比HFC,VDSL,or high-speed ADSL 更便宜更便宜 住宅和小商业用户可用相同的基础结构服务住宅和小商业用户可用相同的基础结构服务 Voice&Data住宅语音和数据业务住宅语音和数据业务 结构图结构图(G.983,622 155 )TDMNetwork1:4 .ONT.ONT.ONT.Video Source(QPSK,64QAM,?)n:1 DataNetworkPSTNSmall BusinessDS1s10/100BaseTONTVoice,Data,&VideoVoice&Data 住宅语音、住宅语音、数据数据&电视服务电视服务的趋势的趋势远程、高速化远程、高速化 和和()相同相同,对宽带业务如有覆盖能力。对宽带业务如有覆盖能力。是是基于基于 的的 传输技术，作为部分内容，由传输技术，作为部分内容，由 90家的营运商工作组提出。作为家的营运商工作组提出。作为 规范规范 G.983x得到得到 认可，支持上下行线路认可，支持上下行线路622 速率速率 立足于立足于 ,使用使用 作为的主要传输方法作为的主要传输方法，以千以千兆速率工作，标准正在制定兆速率工作，标准正在制定(G.984,1.2 622 ）同同,对宽带业务有覆盖能力，成为对宽带业务有覆盖能力，成为 规范规范G.984x，支持，支持上下行线上下行线622 速率速率 使用更快的方式使用更快的方式(最新产品达到最新产品达到 2.5),以兼容的普通以兼容的普通帧协议（）打包业务，帧协议（）打包业务，成为的成为的 G.984x规范。规范。最新的三个最新的三个 标准：标准：G.984.1,G.984.2和和G.984.3 G.984.1是系统的一般特性标准，是系统的一般特性标准，如结构、速率、距如结构、速率、距离离、安全性、安全性 G.984.2指定速率高达指定速率高达2.5 至少是早先标准速率的两至少是早先标准速率的两倍倍 G.984.3 含盖了用含盖了用 有效携带有效携带,和和 的整个协议的整个协议 厂商：美国厂商：美国,公司公司 交换机和用户之间的距离至少交换机和用户之间的距离至少20 条件下，下条件下，下行速率高达行速率高达 2.5 ，上行速率高达，上行速率高达1.25 ；传输业务包括传输业务包括 和和,E1,以及以及T1 使用帧使用帧的一种的一种 普通帧协议普通帧协议()；（美国（美国 公司是代表公司是代表厂商厂商2002年年6月首次宣布产品月首次宣布产品）供应商供应商 .认为现在还不需要千兆速率认为现在还不需要千兆速率，,100,。三、关键器件三、关键器件v光分支器（）光分支器（）v单纤双向双端口组件和模块单纤双向双端口组件和模块v ()v单纤双向三端口组件和模块单纤双向三端口组件和模块v ()v突发式光模块突发式光模块v ()v视频卡（视频卡（）单纤双向双端口组件和模块单纤双向双端口组件和模块 特点：特点：1310/1550 双波长组件双波长组件/模块模块 1310/1310 单波长组件模块单波长组件模块 低成本规模化生产低成本规模化生产单纤双向三端口组件工作原理单纤双向三端口组件工作原理 1310/1490/1550 三波长三端口三波长三端口光纤光纤13101550接接 收收1550发发 射射1490接收接收1310三端口器件要求v关键技术要求关键技术要求v隔离度高串扰小隔离度高串扰小v模拟失真指标好模拟失真指标好v灵敏度高回损低灵敏度高回损低v器件指标器件指标:v隔离度高隔离度高 -47v灵敏度好灵敏度好 0.80v模拟失真小模拟失真小-70v工艺技术：性能稳定，可靠性高，一致工艺技术：性能稳定，可靠性高，一致性好性好突发式模块突发式模块 与的上行通信采用时分多址接入（）方式与的上行通信采用时分多址接入（）方式为一点对多点的突发通信为一点对多点的突发通信 各不同光网络单元（各不同光网络单元（）上行信号到达光线）上行信号到达光线路终端（路终端（）由于距离原因功率差别很大）由于距离原因功率差别很大 接收机必须及时跟踪输入信号功率控制放接收机必须及时跟踪输入信号功率控制放大增益大增益 发射机用于稳定光输出的也必须高速工作发射机用于稳定光输出的也必须高速工作四、四、光纤通信产业新亮点光纤通信产业新亮点机会6月19日美国最大的3家本地营运商公司,公司和公司发表了盼望已久的光纤到房屋（）的需求计划建议（）需求建议计划已经发到不公开的“12到24”家设备供应商手中中营运公司技术专业组以标准为基础，如国际电讯联盟()的G.983技术规范和的909标准市场状况市场状况 2002年年9月开始配置日立的月开始配置日立的 设备，已经配置设备，已经配置 60,000台以上，为台以上，为10万住宅和商业用户服务；另有万住宅和商业用户服务；另有10万用户可望今夏中期使用万用户可望今夏中期使用 北美地区前两年大力推行点对点方式北美地区前两年大力推行点对点方式 近来以近来以.和和 .为首，积极推行千兆宽带技术的应用；为首，积极推行千兆宽带技术的应用；推出推出 500 系统，使用系统，使用(G.983,622 155 )(G.984,1.2 622 )网络协议网络协议.等正开拓亚洲市场寻求机会等正开拓亚洲市场寻求机会(;).的市场预测的市场预测1.5速率到家的需求速率到家的需求2005年左右将达到高峰年左右将达到高峰，开，开始始6，延续至，延续至 2010年到年到2010年后年后 此时此时24 有需求，光纤分有需求，光纤分配到家成为必需配到家成为必需 20072008 在新建小区在新建小区和高需求区大量建和高需求区大量建 目前绝大多数人乐意拥目前绝大多数人乐意拥有速率为有速率为1.5 的，它能的，它能够使用良好的铜线够使用良好的铜线 目前全世界约三十多家目前全世界约三十多家公司发展光纤接入设备公司发展光纤接入设备美国市场美国市场&预测：预测：在在2003年从年从72,100 户增加到户增加到 315,000 户户,2004年最终会达年最终会达800,000和和 1.4 户之间户之间 2002年年8月份的月份的早期报告显示早期报告显示2002年的增长率年的增长率为为200%。日本市场日本市场 日本早在九十年代初期就制定了雄心勃勃的计划：日本早在九十年代初期就制定了雄心勃勃的计划：2010年使光纤进入全国家庭年使光纤进入全国家庭 2002年年9月开始配置日立的月开始配置日立的 设备，已经配置设备，已经配置 60,000台台以上，为以上，为10万住宅和商业用户服务；另有万住宅和商业用户服务；另有10万用户可万用户可望今夏中期使用望今夏中期使用 2003年年8月月19日也发表了它的日也发表了它的,“a a 1.”标志着日本最大的营运商正式启动光纤宽带接入标志着日本最大的营运商正式启动光纤宽带接入设备市场设备市场美国住宅宽带业务销售美国住宅宽带业务销售技术与业务问题技术与业务问题？a）产品范围问题产品范围问题:RBOC采用哪种采用哪种PON技术，技术，Alloptic公司的公司的EPON与与Quantum Bridge的的APON 还是还是B-PON?b)业务提供：业务提供：FTTP无论到路边，楼宇还是到住宅，无论到路边，楼宇还是到住宅，都支持正在大量出现的和发展中的应用，如交互式都支持正在大量出现的和发展中的应用，如交互式游戏、图片共享、游戏、图片共享、PC备份和远程办公，以及电视备份和远程办公，以及电视会议、室内监控和提供其它最新的点播和高清晰电会议、室内监控和提供其它最新的点播和高清晰电视服务，这些业务什么时候大量提供和普及视服务，这些业务什么时候大量提供和普及 c)目标成本：能否快速降到用户的接收价格目标目标成本：能否快速降到用户的接收价格目标成本？今年第一季度成本？今年第一季度PON每个端点（顾客）的价格每个端点（顾客）的价格范围在范围在$1,200$1,800（莱曼兄弟公司），（莱曼兄弟公司），RBOC希望希望RFP有助于把端点的价格降到有助于把端点的价格降到$700