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光纤放大器是干嘛用?2020高功率光纤放大器行业发展前景趋势
2020-6-15 13:51:00 互联网

光纤放大器尤其是 EDFA 的出现,解决了光纤通信网络中损耗对于信号传输距离的限制,使长距离光纤通信成为现实。光纤放大器(简写OFA)是指运用于光纤通信线路中,实现信号放大的一种新型全光放大器。根据它在光纤线路中的位置和作用,一般分为中继放大、前置放大和功率放大三种。同传统的半导体激光放大器(SOA)相比较,OFA不需要经过光电转换、电光转换和信号再生等复杂过程,可直接对信号进行全光放大,具有很好的“透明性”,特别适用于长途光通信的中继放大。可以说,OFA为实现全光通信奠定了一项技术基础。

光纤放大器分类

光纤放大器是可以将信号进行放大的一种新型全光放大器,根据它在光纤线路中的位置以及作用,一般可以分为中继放大、前置放大和功率放大三种。同传统的半导体激光放大器相比较,OFA不需要经过光电转换、电光转换和信号再生等复杂过程,可直接对信号进行全光放大,具有很好的“透明性”,特别适用于长途光通信的中继放大。

光纤放大器原理

光纤放大器技术就是在光纤的纤芯中掺入能产生激光的稀土元素,通过激光器提供的直流光激励,使通过的光信号得到放大。传统的光纤传输系统是采用光—电—光再生中继器,这种中继设备影响系统的稳定性和可靠性,为去掉上述转换过程,直接在光路上对信号进行放大传输,就要用一个全光传输型中继器来代替这种再生中继器。

由于超高速率、大容量、长距离光纤通信系统的发展,对作为光纤通信领域的关键器件――光纤放大器在功率、带宽和增益平坦方面提出了新的要求,因此,在未来的光纤通信网络中,光纤放大器的发展方向主要有以下几个方面。光纤放大器发展方向分析

(1)EDFA从C-Band向L-Band发展;

(2)宽频谱、大功率的光纤拉曼放大器;

(3)将局部平坦的EDFA和光纤拉曼放大器进行串联使用,获得超宽带的平坦增益放大器;

(4)发展应变补偿的无偏振、单片集成、光横向连接的半导体光放大器光开关;

(5)研发具有动态增益平坦技术的光纤放大器;

光纤放大器市场前景规模分析

光纤放大器的市场应用广泛,主要是应用于通讯行业,光纤放大器将输入讯号的功率放大,可以实现多途径的应用。我们经常使用到的电视、广播等都要使用到这样的设备,而且光纤放大器是通信系统中不能够缺少的重要部件,其重要性显而易见。

近年来,随着信息和通信技术的飞速发展,光纤放大器的研究和发展又进一步扩大了增益带宽,将光纤通信系统推向了高速率、大容量、长距离方向发展。由于光纤放大器的独特性能,在DWDM传输系统、光纤CATV和光纤接入网中有着广泛的应用。密集波分复用系统在光纤传输系统中已成为技术主流,作为DWDM系统核心器件之一的光纤放大器在其应用中将得到迅速发展,这主要是由于光纤放大器有足够的增益带宽,它和WDM技术相结合可迅速简便地扩大现有光缆系统的通信容量,延长中继距离。在光纤接入网中,尽管用户系统的距离较短,但用户网的分支太多,需要用光纤放大器来提高光信号的功率以补偿光分配器造成的光损耗和提高用户的数量,降低用户网的建设成本。在光纤CATV系统中,随着其规模的不断扩大,其链路的传输距离不断增长,光路的传输损耗也不断增加,将光纤放大器应用在光纤CATV系统中不但可提高光功率,补偿链路的损耗,增加光用户终端,而且简化了系统结构,降低了系统成本,加快了光纤CATV的发展。

随着光纤通信系统在上世纪80年代逐步投入商用,光纤的高带宽、低衰减等诸多优势使得光纤通信技术在全球范围内取得了飞速的发展。过去10年,在流量需求增长以及基础网络建设共同驱动下,光纤市场获得大发展,近10年间,全球光纤市场规模保持15%复合增长,我国保持25%复合增长,我国光纤光缆的需求占比也从20%提升至58%。进入2017年,受光棒产能制约,以及光纤需求提升,光纤光缆价格持续保持量价齐升的高景气。

中国光纤光缆产业从最初的简单进口应用,发展成为集研发、生产和应用等全产业链于一体的世界最大市场经历了40年。据不完全统计,截至2018年底,中国光纤年产能已经超过4亿芯公里,占世界总产能的60%;年自产光纤预制棒产能超过万吨,可满足年4亿芯公里光纤生产能力。在应用方面,中国三大运营商2018年采购光缆的光纤量不少于2亿芯公里,据统计占全球光纤使用量的50%以上。

高功率光纤放大器市场收入及竞争格局分析

与其他激光器相比,光纤激光器拥有结构简单、转换效率高、光束质量好、维护成本低、散热性能好等优点,光纤激光器已成为金属切割、焊接和标记等传统工业制造领域的主流光源,并广泛应用于医疗美容、航空航天和军事应用等领域。中国高功率光纤激光器收入从2017年的32.41亿元,增加至2019年的46.39亿元,保持快速增长态势。我国高功率光纤激光器产业发展情况而言,高功率光纤激光器行业数量以大型、中型企业占比较多,小型、初创企业数量相对较少。随着高功率光纤激光器产业化的推进,2019年与2018年相比,小型企业数量占比上升,中型企业规模化发展有所加强。

过去十年,IPG因其技术与先发优势,成为中国高功率光纤激光器市场上的一方霸主,即便到今天,他仍是中国市场上单家占比最大的企业。而后,以锐科激光为代表的国内企业开始崛起,2018年锐科激光成功上市主板,成为可与之抗衡的国内杰出代表。2019年,国家推出科创板,机制更加灵活,准入门槛进一步降低,杰普特、创鑫激光看准时机登陆;而其他一大批光纤激光企业虽未上市,也大有跃跃欲试,一争高低的气势。时至今日,中国高功率光纤激光器市场被三分天下:以IPG为首的国外厂商,以锐科激光、杰普特、创鑫激光为主的国内上市企业和以飞博激光、光恵激光、国志激光、联品激光、海富光子、热刺激光、湖南大科等为代表的非上市企业。

2020高功率光纤放大器行业现状及前景分析

光纤通信(Optical Fiber Communication)是以激光为载波,利用纯度极高的玻璃拉制成的光导纤维作为传输媒介进行的信息传输系统。自问世以来,给整个通信行业带来一场革命,并促使大容量、高速率、长距离的通信成为可能,在当代社会和经济发展中,担负着信息传输的重任,并已成为高速率长距离大容量通信网的主干道。光纤通信系统由于其具有损耗低、传输频带容量大、中继距离长、抗电磁干扰、不易串音、保密性好、稳定性好、重量轻、体积小、制造成本低廉等优点,自诞生后的四十年间,便已大规模运用到社会生活中。同时,随着数据流量的爆炸性增长,人们对于信息总量的需求越来越高,随之而来的对光纤通信系统的要求也越来越高,因此必须对现有的通信线路进行容量扩充,同时又最大可能的不增加建设及运营成本,波分复用(WDM)尤其是密集波分复用(DWDM)技术便应运而生。

由于 WDM 尤其是 DWDM 技术的广泛应用,一方面,促使光纤中传输功率急剧增加,这就对光纤通信系统中进行中继放大的光纤放大器提出高功率的要求;另一方面,由于通常的光纤放大器工作在饱和状态,其总的输出功率几乎不随输入信道数目的变化而改变。因此,当系统中复用信道数改变时,剩余信道的增益也随之改变,从而引发各信道功率的瞬态波动,当输出功率超过某一阈值时,导致光纤的非线性增加,严重影响整个通信系统的传输性能。因此研究具有增益控制功能的高功率光纤放大器是 DWDM 技术发展和普及所必要的条件。


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