第6章光放大器new

1、 1 2 N . . . . 光光纤纤 1 2 N 光光 解解 复复 用用 . . . O/EADME/O 光光 复复 用用 1 2 N . . . 1 2 N . . . . 光光纤纤 ins outs P P G , , ins outs P P dBG , , 10 log10)( 相 对 增 益 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 -4-2024 归一化失谐 G ( ) g( ) 02T A g 注入电流 输入 光信号 输出光信号 有源区 L z = 0 z = L z out in n SNR SNR F )( )( . 1 480 1 5201 5401 560 0 2

2、 4 6 8 10 吸 收 或 增 益 波长 1 500 /nm /(dB/m) 10-25m2 吸收 增益 截 面 2 4 6 1E 980 nm 泵浦光 放大后 的信号光 信号光 1 550 nm1 550 nm 0 能级 3 rE 1 530 nm 980 nm 2E 3E 0.80eV 1.27eV 2 2 E r 3 + -A l2O 3-G e O2-S iO2 F -S iO 2 G e O2-S iO2 Er 硅包层 径向分布 掺锗区 0.010.04 掺铒区 0 0.2 0.4 0.6 0.81.0 0 1 000 2 000 3 000 4 000 5 000 b/a pp

3、m-wt 铒 离 子 浓 度 m (36)直径 直径 m 125 浓度(1 1002 500)ppm a b 1530nm 980nm 980nm 泵浦光泵浦光 放大后放大后 的信号光的信号光 . . . 1E 2 E 3E 信号光信号光 1550nm 1550nm 0 能级能级 3 r E 0.80eV 1.27eV 铒离子能级图铒离子能级图 0 0 80 20 40 60 20406080 泵浦功率 输 出 信 号 功 率 转换效率 92.6% (mW) (mW) 0 0 40 10 20 30 5101520 泵浦功率 小 信 号 增 益 增益系数 (dB) (mW) 6.3dB/mW

4、. . . 1 4801 520 1 540 1 560 0 2 4 6 8 10 吸 收 或 增 益 波长 1 500 /nm /(dB/m) 10 -25 m 2 吸收 增益 截 面 2 4 6 1E 980 nm 泵浦光 放大后 的信号光 信号光 1 550 nm 1 550 nm 0 能级 3 r E 1 530 nm 980 nm 2 E 3 E 0.80eV 1.27eV 增益带宽（FWHM） 大于10nm 1.52 0 25 10 15 20 (dB) 1.541.56 波长( ) m 1.58 大 信 号 增 益 1.52 0 40 10 20 30 小 信 号 增 益 1.5

5、41.56 波长( ) m 1.58 (dB) 0 -10 10 30 20 40 增 益 0246810 20 15 10 5m L= (mW)泵浦功率 (dB) 增 益 0 10 30 20 0 -10 10 20 30 40 50 40 (m) (dB) 3mWP P= 2 4 5 6 1 7 8 9 铒光纤长度 0 -10 10 30 20 40 增 益 0246810 20 15 10 5m L= (mW)泵浦功率 (dB) 增 益 0 10 30 20 0 -10 10 20 30 40 50 40 (m) (dB) 3mWP P= 2 4 5 6 1 7 8 9 铒光纤长度 增

6、益 /dBm输入功率 /dB 0 10 20 15 -35 5 -30 -20 -15 -10 -50 5-25 工作点 增益 (dB) 0 10 20 15 5 -40 -10 -5 25 30 35 /dBm输入功率 -35 -30 -20 -15 -10 -50-25 输出功率 (dB) (dBm) 噪声指数 13m 9m 长 增益线性区 增益压缩区 A B 长 0 -10 10 30 20 40 增 益 0246810 20 15 10 5m L= (mW)泵浦功率 (dB) 增 益 0 10 30 20 0 -10 10 20 30 40 50 40 (m) (dB) 3mWP P=

7、 2 4 5 6 1 7 8 9 铒光纤长度 spspn n G G nF2 1 2 自发辐射系数 )( 12 2 NN N n sp spspn n G G nF2 1 2 噪 声 指 数 0 5 15 080206040100 10 (m) (dB) 2mWP P= 3 5 10 铒光纤长度 F n 放 大 器 增 益 0 20 30 10 (dB) 10mWP P= 2 3 5 080206040100 (m)铒光纤长度 40 -10 输输入入信信号号 泵泵浦浦 光光隔隔离离器器 光光隔隔离离器器 掺掺铒铒光光纤纤 输输出出信信号号 熔熔接接 波波分分复复用用器器 监视和 告警电路 泵浦

8、监视 和控制电路 泵浦LD PD探测器 泵浦LD 输入隔离器输入 WDM 输出耦合器 输出隔离器 输出WDM 掺铒 光纤 热 沉 光输入 5 V 0 V 5 V 电源 监视 激光器驱动输入 光输出 实用光纤放大器外形图及其构成方框图 15441569 典型的EDFA增益谱 固有的增益不平坦，增益差随级联 放大而积累增大 各信道的信噪比差别增大 各信道的接收灵敏度不同 增益谱的形状随信号功率而变，在有信道 上、下的动态情况下，失衡情况更加严重 1.271.291.31 信号波长 m 1.33 信号波长 m 50100150200250300 0 40 10 20 30 小 信 号 增 益 (dB

9、) 0 -10 050100 150 200 250 300 驱动电流 发射泵浦功率 ( )1.30 (mA) (mW) 0 10 20 30 小 信 号 增 益 (dB) -10 1.35 21nm -45dB m 入射信号功率 注注入入电电流流 输输入入 光光信信号号 输输出出光光信信号号 有有源源区区 L z = 0 z = L z z 注注入入电电流流 输输入入 光光信信号号 输输出出光光信信号号 有有源源区区 L z = z = L z z 反反射射面面R 反反射射面面R 0 频率频率 增益增益 g G FPA R =0.03 R =0.32 R =0 0 G FPA max G F

10、PA min 0 +2 0 -2 0 行波放大器行波放大器 ( ) 2 s s 2 1 1 RG GR max FPA )( G u减小端面反射反馈，就可以制出行波半导体光放大器。 减小反射率的一个简单方法是在界面上镀以抗反射膜 （增透膜）。然而，对于作为行波放大器的SOA，反射 率必须相当小 3 10 u当满足 时，人们习惯把半导体光放大器 作为行波（TW）放大器来描述其特性。 17. 0 21s RRG 增透膜透明区 有源区 光输入 光输出 有源区 光输入光输出 增透膜透明区 有源区 光输入 光输出 有源区 光输入光输出 )exp( int LgGTWA 光场限 制因子 信 号 增 益 波

11、长 0 10 20 30 1.44 1.46 1.48 1.50 1.52 1.54 (dB) m (TE)横电模 ( ) 频率 增益g G FPA 0 0 G TWA v v vFPA vTWA 可可调调谐谐光光栅栅 滤滤波波器器 增增益益区区 D DB BR R 调调谐谐 半半导导体体 光光放放大大 探探测测 E EA A 调调制制 抗抗反反射射膜膜 高高 反反 射射 膜膜 后后镜镜面面 前前镜镜面面 I I h 斯托克斯波 反斯托克斯波 WDM耦合器 同向泵浦 反向泵浦 振动态 基态 p s 传输光纤 信号光 泵浦光 滤波器 信号光 p s s 耦合器 WDM 喇 曼 增 益 波长 05

12、10 15 20 25 0 1 2 3 4 5 6 1443 1470 1500 1530 1560 1590 1620 7 8 200mW 泵浦功率 泵浦光和信号光的频率差 泵浦 C (THz) （nm） 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 频率差 0 6 1218243036 (THz) 喇 曼 增 益 系 数 m/W 10 13 1mp= sp R R g 13.2THz g v 泵浦功率 100mW (dB) 波段窗口 硅光纤拉曼增益系数频谱曲线 增益带宽（FWHM） 可以达到约8THz 喇喇 曼曼 增增 益益 波波长长 0510152025 0 1 2 3 4 5 6 1443 1470 1500 1530 1560 1590 1620 7 8 200mW 泵泵浦浦功功率率 泵泵浦浦光光和和信信号号光光的的频频率率差差 泵泵浦浦 C (THz) （nm） 泵泵浦浦功功率率 100mW (dB) 波波段段窗窗口口 放 大 器 增 益 或 放 大 倍 数 0.00.51.0 泵浦功率 100 102 101 GA 1.52.0 103 104 输入信号功率 (W) mW0.91 0.36 0.18 mW mW L= 1.3km 1017nm 1064nm p= s= 理论计算 多 波 长 泵 浦 1480 1520 1560 1600 1640 0 5 10 1