光纤通信第二版(刘增基)复习课

1、1l 1，光纤通信系统的分类：数字光纤通信系统和模拟光纤光纤通信系统的分类：数字光纤通信系统和模拟光纤通信系统。通信系统。l 2，基本光纤通信系统的组成：光发射机、光纤线路、光基本光纤通信系统的组成：光发射机、光纤线路、光接收机。接收机。光发射机：把输入的电信号转换成为光信号，并用耦合技光发射机：把输入的电信号转换成为光信号，并用耦合技术把光信号最大限度地注入光纤线路。它的核心器件是术把光信号最大限度地注入光纤线路。它的核心器件是光源（光源（LD或或LED）。）。光纤线路：用于传输光信号。由光纤、光纤接头、光纤连光纤线路：用于传输光信号。由光纤、光纤接头、光纤连接器组成。接器组成。光接收机：把

2、从光纤线路输出产生畸变和衰减的微弱光信光接收机：把从光纤线路输出产生畸变和衰减的微弱光信号转换为电信号，并经放大和处理后恢复成发射前的电号转换为电信号，并经放大和处理后恢复成发射前的电信号。它的核心器件是光检测器（信号。它的核心器件是光检测器（PIN或或APD）。）。2l 3，光纤通信使用的频段范围：近红外光光纤通信使用的频段范围：近红外光(波长为波长为0.8-1.8um),频带宽度为频带宽度为200THz.主要使用主要使用850nm 1310nm 1550nm三个窗口三个窗口。 3l 1，光纤结构，临界传输角光纤结构，临界传输角纤芯、包层、涂敷层纤芯、包层、涂敷层.纤芯的折射率略高于包层的折

3、射率纤芯的折射率略高于包层的折射率. 涂涂敷层的折射率高于包层敷层的折射率高于包层.临界传输角：临界传输角：l 2，单模光纤、多模光纤、阶跃折射率和梯度折射率光纤单模光纤、多模光纤、阶跃折射率和梯度折射率光纤的比较的比较1)芯径芯径: 单模光纤在单模光纤在10um以下以下,多模光纤在几十多模光纤在几十um2)损耗损耗: 单模光纤单模光纤0.3dB左右左右 多模光纤多模光纤4dB左右左右3)色散色散: 多模光纤色散大多模光纤色散大,主要是模间色散起作用主要是模间色散起作用. 阶跃折射率阶跃折射率光纤的色散梯度折射率光纤比大单模光纤色散没有模间色光纤的色散梯度折射率光纤比大单模光纤色散没有模间色散

4、散,主要是模内色散和偏振模色散主要是模内色散和偏振模色散.色散较小色散较小. 44)带宽带宽: 单模光纤的带宽比多模光纤的带宽大单模光纤的带宽比多模光纤的带宽大.多模梯度折射率多模梯度折射率光纤的带宽比多模阶跃折射率光纤大光纤的带宽比多模阶跃折射率光纤大.l 3，阶跃光纤的相对折射指数差：，阶跃光纤的相对折射指数差：l 4，阶跃光纤的数值孔径的物理意义及公式，阶跃光纤的数值孔径的物理意义及公式光纤的数值孔径与纤芯与包层直径无关，只与两者的相对折光纤的数值孔径与纤芯与包层直径无关，只与两者的相对折射率差有关。若纤芯和包层的折射率差越大，射率差有关。若纤芯和包层的折射率差越大，NA值就越大，值就越

5、大，即光纤的集光能力就越强。即光纤的集光能力就越强。l 5，对称平板波导波模的传输条件（相位传播常数），对称平板波导波模的传输条件（相位传播常数）5l 6，光纤归一化频率：，光纤归一化频率：阶跃光纤中传光的电磁波模式总数：阶跃光纤中传光的电磁波模式总数：M=V/2渐变型光纤中传光的电磁波模式总数：渐变型光纤中传光的电磁波模式总数：M=V/4l 7，单模光纤传输模式，满足什么条件才是单模传输，单模光纤传输模式，满足什么条件才是单模传输l 8，光纤波导中有哪些损耗？产生的原因？，光纤波导中有哪些损耗？产生的原因？有以下三大类损耗有以下三大类损耗:1)吸收损耗吸收损耗本征吸收损耗本征吸收损耗杂质吸收

6、损耗杂质吸收损耗62) 散射损耗散射损耗瑞利散射损耗瑞利散射损耗非线性散射损耗非线性散射损耗波导效应散射损耗波导效应散射损耗3) 其他损耗其他损耗连接损耗连接损耗弯曲损耗弯曲损耗l 9，光纤波导中有哪些色散，产生的原因，光纤波导中有哪些色散，产生的原因，1) 模间色散：模间色散主要存于多模光纤中。模间色散：模间色散主要存于多模光纤中。2) 模内色散：材料色散、波导色散模内色散：材料色散、波导色散3) 偏振模色散偏振模色散7l 10，在光纤通信中的低损耗窗口：，在光纤通信中的低损耗窗口： 850nm 、1310nm、1 550nm三个窗口。三个窗口。l 11，光缆的结构：，光缆的结构：光缆一般由

7、缆芯、加强元件和护层三部分组成。光缆一般由缆芯、加强元件和护层三部分组成。光缆结构分类：层绞式、骨架式、中心管束光缆结构分类：层绞式、骨架式、中心管束8l 1，光源的种类有：，光源的种类有： LD、 LED 、固体激光器三种、固体激光器三种l 2，激光二极管，激光二极管LD和发光二极管和发光二极管(LED)的工作原理及区别、的工作原理及区别、特性曲线。特性曲线。 LED发射的是自发辐射光（非相干光）。大多采用双异质发射的是自发辐射光（非相干光）。大多采用双异质结结构，把有源层夹在结结构，把有源层夹在P型和型和N型限制层间，但没有光学谐振型限制层间，但没有光学谐振腔，故无阈值。腔，故无阈值。 L

8、ED分为正面发光型、边发光型和超辐射发光二极管，边分为正面发光型、边发光型和超辐射发光二极管，边发光型发光型LED的驱动电流较大，输出光功率小，但光束发射角的驱动电流较大，输出光功率小，但光束发射角小，与光纤的耦合效率高，故入纤光功率比面发光型小，与光纤的耦合效率高，故入纤光功率比面发光型LED高。高。 LD发射的是受激辐射光（相干光）。采用双异质结结构，发射的是受激辐射光（相干光）。采用双异质结结构，把有源层夹在把有源层夹在P型和型和N型限制层间，有光学谐振腔，是一个阈型限制层间，有光学谐振腔，是一个阈值器件。值器件。9 LD分为多纵模激光器和单纵模激光器。输出光功率比分为多纵模激光器和单纵

9、模激光器。输出光功率比LED大，并且发出的谱线窄，与光纤的耦合效率高，故适用于长距大，并且发出的谱线窄，与光纤的耦合效率高，故适用于长距离、大容量的光纤通信。离、大容量的光纤通信。0100200300400500051015正面发光侧面发光电流 I / mA发射功率P / mW LED和和LD的特性曲线的特性曲线10l 3，受激幅射、受激吸收、受激发射。，受激幅射、受激吸收、受激发射。自发辐射自发辐射 受激辐射受激辐射 受激吸收受激吸收l 4，发射激光的必要条件：，发射激光的必要条件： 粒子数反转分布粒子数反转分布 光反馈光反馈(光学谐振腔光学谐振腔) 激光振荡的阈值条件激光振荡的阈值条件l

10、5，光源材料与发射波长的关系：，光源材料与发射波长的关系：光源材料带隙的大小决定着光源发射光波的波长。光源材料带隙的大小决定着光源发射光波的波长。11l 6，光检测器的作用、适合通信用的光检测器，光通信对光，光检测器的作用、适合通信用的光检测器，光通信对光检测器的要求检测器的要求光检测器的作用是：光检测器的作用是：检测出入射在其上面的光功率，且将光功率转化相应的电流检测出入射在其上面的光功率，且将光功率转化相应的电流适合通信用的光检测器：适合通信用的光检测器：光电二极管光电二极管(主要有主要有 Pin光电二极管和雪崩光电二极管光电二极管和雪崩光电二极管)光通信对光检测器的要求：光通信对光检测器

11、的要求：对所用光源的波长范围内有较高的响应度或灵敏度；较小的噪对所用光源的波长范围内有较高的响应度或灵敏度；较小的噪声；响应速度快；对温度变化不敏感；与光纤尺寸匹配；工声；响应速度快；对温度变化不敏感；与光纤尺寸匹配；工作寿命长。作寿命长。12l 7、光检测器的产生光电流的原理：半导体光电效应、光检测器的产生光电流的原理：半导体光电效应光电效应光电效应l 8，影响光电响应速度的原因、提高响应速度采用的办法，影响光电响应速度的原因、提高响应速度采用的办法影响光电响应速度的原因：影响光电响应速度的原因：在耗尽层外的光生载流子在耗尽层外的光生载流子 扩散进入耗尽层的速度较慢，进入耗扩散进入耗尽层的速

12、度较慢，进入耗尽层后在内建电场的作用下作快速漂移运动，从而产生光生尽层后在内建电场的作用下作快速漂移运动，从而产生光生伏特效应。由于扩散速度较慢，影响了光生伏特效应的速度伏特效应。由于扩散速度较慢，影响了光生伏特效应的速度 ，导致导致PN结对光信号响应速度减慢。如果输入的光电号为光脉结对光信号响应速度减慢。如果输入的光电号为光脉冲，则输出的电流脉冲会产生较长的拖尾。冲，则输出的电流脉冲会产生较长的拖尾。同时由于扩散速度慢，使得光生载流子在耗尽层外被吸收，同时由于扩散速度慢，使得光生载流子在耗尽层外被吸收， 影影响了光电转换效率。响了光电转换效率。13提高响应速度采用的办法：提高响应速度采用的办

13、法：1)设法加宽耗尽层，使得照射光子尽可能被吸收，负偏压有设法加宽耗尽层，使得照射光子尽可能被吸收，负偏压有助于加宽耗尽层。由于负偏压产生的电场与内建电场方向一助于加宽耗尽层。由于负偏压产生的电场与内建电场方向一致，使得耗尽层电场增强，加强了漂移运动，致，使得耗尽层电场增强，加强了漂移运动，N区电子向正区电子向正极运动并被中和，极运动并被中和，P区的空穴向负电极运动并被中和，这样区的空穴向负电极运动并被中和，这样耗尽层被加宽。耗尽层被加宽。2)减少减少P区和区和N区的厚度来减少载流子的扩散时间，减少区的厚度来减少载流子的扩散时间，减少P区区和和N区被收的光能区被收的光能3)降低半导体的掺杂浓度

14、来加宽耗尽层。降低半导体的掺杂浓度来加宽耗尽层。（这种结构就是常用的（这种结构就是常用的PIN光电二极管）光电二极管）14l 9，反向偏压的优点，反向偏压的优点 可以加宽耗尽层、加快载流子的漂移速度，提高响应速度。可以加宽耗尽层、加快载流子的漂移速度，提高响应速度。l 10，PIN光电二极管的结构光电二极管的结构适当加大耗尽区的宽度。在适当加大耗尽区的宽度。在P型材料和型材料和N型材料之间加一层轻掺型材料之间加一层轻掺杂的杂的N型材料，称本征层型材料，称本征层I层。将两端的材料做成重掺杂的的层。将两端的材料做成重掺杂的的P+层和层和N+层。故称层。故称PIN光电二极管。光电二极管。 l 11，

15、量子效率，量子效率和响应度和响应度0pIqPh00pA P DIqggP h 15l 12，雪崩光电二极管（，雪崩光电二极管（APD）的工作原理）的工作原理 APD是通过在其结构中构造一个强电场区，当光入射到是通过在其结构中构造一个强电场区，当光入射到PN结后，光子被吸收产生电子结后，光子被吸收产生电子-空穴对，这些电子空穴对，这些电子-空穴对运空穴对运动进入强电场区后获得能量做高速运动，与原子晶格产生碰动进入强电场区后获得能量做高速运动，与原子晶格产生碰撞电离出新的电子撞电离出新的电子-空穴对，该过程反复多次后使载流子雪崩空穴对，该过程反复多次后使载流子雪崩式倍增。式倍增。 l 13， 光检

16、测器噪声源有哪些，光检测器噪声源有哪些，PIN的主要噪声和的主要噪声和APD的噪声的噪声光电二极管噪声包括信号电流和暗电流产生的散粒噪声和有负光电二极管噪声包括信号电流和暗电流产生的散粒噪声和有负载电阻和后继放大器输入阻抗产生的热噪声。载电阻和后继放大器输入阻抗产生的热噪声。散粒噪声包括量子噪声，暗电流噪声和表面漏电流噪声。散粒噪声包括量子噪声，暗电流噪声和表面漏电流噪声。均方散粒噪声电流：均方散粒噪声电流： i2sh=2e(IP+Id)B (对于对于PIN)均方热噪声电流均方热噪声电流:i2T= 4KTB/R16l 14，光检测器的波长响应范围，光检测器的波长响应范围 只有当光子能量只有当光

17、子能量h大于半导体材料禁带宽度大于半导体材料禁带宽度Eg才能产生光才能产生光电效应。电效应。上限载止波长为上限载止波长为l 15，光无源器件，光无源器件 连接器和接头、光耦合器、光隔离器和光环行器、光调制连接器和接头、光耦合器、光隔离器和光环行器、光调制器、光衰减器器、光衰减器17l 1，光发射机的基本组成，光发射机的基本组成1）光源）光源 将电信号转变成光信号将电信号转变成光信号2）调制电路）调制电路 光源驱动光源驱动3）控制电路）控制电路 温度控制温度控制 输出功率控制输出功率控制4）线路编码电路）线路编码电路 将双极性码编码成适合于光纤传输的线路将双极性码编码成适合于光纤传输的线路码型码

18、型l 2，调制特性，调制特性电光延迟、张驰振荡、码型效应、结发热效应、自脉动现象电光延迟、张驰振荡、码型效应、结发热效应、自脉动现象l 3，控制电路，控制电路数字调制电路数字调制电路 采用电流开关电路采用电流开关电路APC控制电路控制电路 利用反馈利用反馈电流使输出光功率电流使输出光功率18稳定的稳定的LD驱动电路驱动电路ATC电路电路 一般由致冷器、热敏电阻和控一般由致冷器、热敏电阻和控制电路组成。制电路组成。l 4，光发射机的性能指标：平均发射功率，光发射机的性能指标：平均发射功率PT、消光比、消光比l 5，光接收机的作用，光接收机的噪声，光接收机的作用，光接收机的噪声 光接收机的作用是把

19、经光纤传输后幅度被衰减，波形被光接收机的作用是把经光纤传输后幅度被衰减，波形被展宽的微弱光信号转换为电信号，并处理放大，恢复为原发展宽的微弱光信号转换为电信号，并处理放大，恢复为原发射的数字序列。射的数字序列。光接收机的噪声源光接收机的噪声源 光检测器引入的噪声光检测器引入的噪声 + 光接收机电路噪声光接收机电路噪声19光接收机的噪声源光接收机的噪声源 光检测器引入的噪声光检测器引入的噪声1 量子噪声量子噪声: i2q=2eIPB (PIN) i2q=2eIPBg2+x (APD)2 暗电流噪声暗电流噪声: i2d=2eIdB (PIN) i2d=2eIdBg2+x (APD)3 负载电阻产生

20、的热噪声负载电阻产生的热噪声:i2T= 4KTB/R 光接收机电路噪声光接收机电路噪声1 放大器输入电阻产生的热噪声放大器输入电阻产生的热噪声:i2T= 4KTB/R2 放大器中晶体管引入噪声放大器中晶体管引入噪声20l 6，光接收机的组成，光接收机的组成1）光检测器：将光信号转变成电信号）光检测器：将光信号转变成电信号,由由PIN和和APD完成完成.要求有高转换效率要求有高转换效率.2）前置放大器：应是低噪声放大器，场效应管、双极晶体）前置放大器：应是低噪声放大器，场效应管、双极晶体管，跨阻型前置放大器管，跨阻型前置放大器3）主放大器：提供足够的增益，）主放大器：提供足够的增益， 并通过它实

21、现自动增益并通过它实现自动增益控制控制(AGC)4）均衡滤波器：对经光纤传输、光）均衡滤波器：对经光纤传输、光/电转换和放大后已产电转换和放大后已产生畸变生畸变(失真失真)的电信号进行补偿的电信号进行补偿5）再生电路：包括判决电路和时钟提取电路）再生电路：包括判决电路和时钟提取电路6）AGC 控制主放大器的增益或控制主放大器的增益或APD 管的雪崩增益：使输管的雪崩增益：使输出信号在一定范围内不受输入信号的影响出信号在一定范围内不受输入信号的影响.21l 6，光接收机的组成，光接收机的组成7）译码器：在发射机端进行了线路编码）译码器：在发射机端进行了线路编码,因此需解码因此需解码,恢复恢复出原

22、数字序列出原数字序列l 7 数字接收机性能指标：接收灵敏度、动态范围数字接收机性能指标：接收灵敏度、动态范围灵敏度灵敏度动态范围动态范围 ：Dr=PMAX-PMIN （dB）l 8，影响光接收机灵敏度的因素，影响光接收机灵敏度的因素1）灵敏度与放大器噪声的关系）灵敏度与放大器噪声的关系灵敏度与放大器噪声成正比，放大器噪声越，灵敏度越差。灵敏度与放大器噪声成正比，放大器噪声越，灵敏度越差。2）接收机灵敏度与码速的关系）接收机灵敏度与码速的关系码速越高码速越高,最小接收光功率越大最小接收光功率越大,灵敏度下降灵敏度下降22l 8，影响光接收机灵敏度的因素，影响光接收机灵敏度的因素3）灵敏度与输入波

23、形的关系）灵敏度与输入波形的关系输入波形为单位脉冲波形时输入波形为单位脉冲波形时,灵敏度最高灵敏度最高4）消光比和暗电流对灵敏度的影响）消光比和暗电流对灵敏度的影响消光比使灵敏度下降消光比使灵敏度下降,消光比越大消光比越大,灵敏度越差灵敏度越差.暗电流使灵暗电流使灵敏度下降敏度下降l 9， 光纤传输采用了哪些线路码型光纤传输采用了哪些线路码型扰码扰码 mBnB码码 插入码插入码23l 1，构成通信网的基本要素是终端设备、传输链路、转，构成通信网的基本要素是终端设备、传输链路、转接交换设备及接入部分。接交换设备及接入部分。l 2，SDH传输网由传输网由SDH终接设备终接设备(或称或称SDH终端复

24、用器终端复用器TM)、分插复用设备、分插复用设备ADM、数字交叉连接设备、数字交叉连接设备DXC等网等网络单元以及连接它们的络单元以及连接它们的(光纤光纤)物理链路构成。物理链路构成。SDH标准标准速率等级：速率等级：STM-1155 520Mbit/sSTM-4622 080Mbit/sSTM-162 488 320Mbit/sSTM-649 953 280Mbit/s它们之间彼此都呈它们之间彼此都呈4的关系的关系24l 3，数字光纤通信系统的性能指标：，数字光纤通信系统的性能指标：误码率（平均误码率、严重误码秒、劣化分）、抖动（输入误码率（平均误码率、严重误码秒、劣化分）、抖动（输入抖动容

25、限、输出抖动容限、抖动转移）抖动容限、输出抖动容限、抖动转移） 可靠性。可靠性。l 4，光纤通信系统的中继距离受损耗限制时：，光纤通信系统的中继距离受损耗限制时：600.226 10bLf C2trcefsmPPML中继距离受中继距离受限制时限制时 对于对于多模光纤多模光纤:L=（1.211.78）1/fb1/对于对于单模光纤单模光纤:6010bLFC25 模拟光纤通信系统是光纤通信的一种重要形式，可以用模拟光纤通信系统是光纤通信的一种重要形式，可以用来传输射频（来传输射频（RF）信号，主要用于模拟电视信号的传输。）信号，主要用于模拟电视信号的传输。 本章主要介绍了最基本的模拟电视光纤传输系统

26、和副载本章主要介绍了最基本的模拟电视光纤传输系统和副载波复用（波复用（SCM）模拟电视光纤传输系统。近年来，为了适应）模拟电视光纤传输系统。近年来，为了适应无线通信发展的需要，正在研究通过光纤传输射频（无线通信发展的需要，正在研究通过光纤传输射频（ROF）的）的技术。技术。 模拟光纤传输系统目前使用的主要调制方式有：模拟基模拟光纤传输系统目前使用的主要调制方式有：模拟基带直接光强调制、模拟间接光强调制和频分复用光强调制。带直接光强调制、模拟间接光强调制和频分复用光强调制。 模拟间接光强调制又称为预调制直接光强调制。预调制模拟间接光强调制又称为预调制直接光强调制。预调制主要有频率调制（主要有频率

27、调制（FM）、脉冲频率调制（）、脉冲频率调制（PFM）和方波频率）和方波频率调制（调制（SWFM）。）。26 频分复用光强调制方式即为副载波复用（频分复用光强调制方式即为副载波复用（SCM）光）光强调制。强调制。SCM模拟电视光纤传输系统应用广、成本低，模拟电视光纤传输系统应用广、成本低，副载波的调制方式有调幅（副载波的调制方式有调幅（VSB-AM）、调频（）、调频（FM）两）两种。种。 模拟基带直接光强调制（模拟基带直接光强调制（D-IM）光纤传输系统由光）光纤传输系统由光发射机、光纤线路和光接收机（光检测器）组成。发射机、光纤线路和光接收机（光检测器）组成。 评价此系统传输质量的最重要特性

28、参数为信噪比评价此系统传输质量的最重要特性参数为信噪比（SNR）和信号失真（信号畸变）。）和信号失真（信号畸变）。 系统性能包括系统参数、光纤损耗对传输距离的限系统性能包括系统参数、光纤损耗对传输距离的限制、系统对光纤带宽的要求。制、系统对光纤带宽的要求。27 副载波复用光纤传输系统是将若干个模拟基带信号分副载波复用光纤传输系统是将若干个模拟基带信号分别调制到不同频率的射频载波上，然后合并为一个带宽信别调制到不同频率的射频载波上，然后合并为一个带宽信号，再将这个带宽信号对光源进行光强调制，实现电光转号，再将这个带宽信号对光源进行光强调制，实现电光转换。光信号经过光纤传输后，由光接收机实现光电转

29、换，换。光信号经过光纤传输后，由光接收机实现光电转换，经分离和解调后恢复出各路模拟基带信号。经分离和解调后恢复出各路模拟基带信号。 副载波复用光纤传输系统的主要特性参数为载噪比副载波复用光纤传输系统的主要特性参数为载噪比（CNR）和信号失真。）和信号失真。 其中，载噪比是把满负载、无调制的等幅载波置于传其中，载噪比是把满负载、无调制的等幅载波置于传输系统，在规定的带宽内特定频道的载波频率和噪声功率输系统，在规定的带宽内特定频道的载波频率和噪声功率的比值。的比值。28 信号失真的主要原因是作为载波信号源的半导体激光信号失真的主要原因是作为载波信号源的半导体激光器在电器在电/光转换时的非线性效应，

30、失真主要用组合二阶互调光转换时的非线性效应，失真主要用组合二阶互调（CSO）失真和组合三阶差拍（）失真和组合三阶差拍（CTB）失真这两个参数表）失真这两个参数表示。示。 光接收机和光发射机都有严格要求。光接收机和光发射机都有严格要求。29l 1，光放大器的工作原理、种类，光放大器的工作原理、种类光放大的原理：所有光放大器都是通过受激幅射过程来实光放大的原理：所有光放大器都是通过受激幅射过程来实现对入射的光功率进行放大的，产生受激幅射所需要的现对入射的光功率进行放大的，产生受激幅射所需要的离子数反转机制与半导体激光器中使用的完全相同。虽离子数反转机制与半导体激光器中使用的完全相同。虽然光放大器在

31、结构上与激光器相似，但是没有反馈机制。然光放大器在结构上与激光器相似，但是没有反馈机制。因此光放大器，可以放大信号，但不能产生相干的激光因此光放大器，可以放大信号，但不能产生相干的激光输出。输出。种类：种类：(1)半导体放大器（半导体放大器（2）光纤喇曼放大器（）光纤喇曼放大器（3）掺铒）掺铒光纤放大器（光纤放大器（EDFA）l 2，掺铒光纤放大器（，掺铒光纤放大器（EDFA）铒（铒（Er）是一种稀土元素。将它注入到纤芯中，即形成了）是一种稀土元素。将它注入到纤芯中，即形成了一种特殊光纤，它在泵浦光的作用下可直接对某一波长一种特殊光纤，它在泵浦光的作用下可直接对某一波长的光信号进行放大。的光信

32、号进行放大。30l 2，掺铒光纤放大器（，掺铒光纤放大器（EDFA）EDFA的工作原理：在掺铒光纤（的工作原理：在掺铒光纤（EDF）中，铒离子有三）中，铒离子有三个能级：基态个能级：基态E1、亚稳态、亚稳态E2和激发态和激发态E3。当泵浦光的。当泵浦光的光子能级等于光子能级等于E3和和E1的能量差时，铒离子吸收泵浦光的能量差时，铒离子吸收泵浦光的光能从基态跃迁到激发态，但激发态不稳定，电子很的光能从基态跃迁到激发态，但激发态不稳定，电子很快返回到快返回到E2，若输入的信号光的光子能量等于，若输入的信号光的光子能量等于E2和和E1之间能量差，则电子从之间能量差，则电子从E2跃迁到跃迁到E1，产生

33、受激辐射光，产生受激辐射光，故光信号被放大。故光信号被放大。 EDFA的结构：掺铒光纤放大器主要由掺铒光纤（的结构：掺铒光纤放大器主要由掺铒光纤（EDF）、）、泵浦光源、光耦合器、光隔离器以及光滤波器等组成泵浦光源、光耦合器、光隔离器以及光滤波器等组成31l 2，掺铒光纤放大器（，掺铒光纤放大器（EDFA）EDFA的主要优点有：的主要优点有：工作波长与光纤最小损耗窗口一致；泵浦功率低；工作波长与光纤最小损耗窗口一致；泵浦功率低；连接损耗低，耦合效率高。增益高且特性稳定、噪声连接损耗低，耦合效率高。增益高且特性稳定、噪声低、输出功率大。对各种类型、速率与格式的信号传低、输出功率大。对各种类型、速

34、率与格式的信号传输透明。输透明。EDFA的缺点有：的缺点有：波长固定，只能放大波长固定，只能放大1550nm左右的光波，可调节的波左右的光波，可调节的波长有限；增益带宽不平坦，在长有限；增益带宽不平坦，在WDM系统中需要采用系统中需要采用特殊的手段来进行增益谱补偿。特殊的手段来进行增益谱补偿。EDFA的应用的应用1)作前置放大器；作前置放大器；2)作功率放大器作功率放大器 ；3)作光中继器作光中继器32l 3，光纤通信中的复用技术：光波分复用、光频分复用、，光纤通信中的复用技术：光波分复用、光频分复用、光时分复用、光码分复用光时分复用、光码分复用l 4，WDM系统的基本类型系统的基本类型从传输方向分，可以分为双纤单向波分复用系统和单纤双从传输方向分，可以分为双纤单向波分复用系统和单纤双向波分复用系统；向波分复用