大三下光纤通信13achapt6-1ofa

1、中继/再长途光纤传输系统中，需要每隔一定的距离就加一个再生中继器将劣化的信号进行恢复的机制。中继/再生的要求23R再中继/再长途光纤传输系统中，需要每隔一定的距离就加一个再生中继器将劣化的信号进行恢复的机制。中继/再生的要求23R再再生器的种类O/E/O再再生器的种类O/E/O再生全光放大3O/E/O型再生器再生过程优点3R再缺点价格昂贵/体积大/可靠性4光中继的优势优点缺光中继的优势优点缺点5OEO再生11OEO再生11 1116泵浦工作介与WDM技与WDM技术珠联璧合，奠定了更长距离更高容传7光放大器简介及其光放大器简介及其一般特8G光放大器分类光放大光纤放大半导体光放大（SOA，Semi

2、conductor lifier掺稀土光放大器分类光放大光纤放大半导体光放大（SOA，Semiconductor lifier掺稀土元素放大非线性效应放大谐振行波(DFA,Doped放大放大95.1.1.半导体激光放大器5.1.1.半导体激光放大器FPA：谐振式的法布里-珀罗放大TWA：非谐振式的行波放大半导体激光放大半导体激光放大图SOA的基本结基于LD形成图SOA的基本结FPA: 图SOA的基本结FPA: F-P式，端面反射系数TWA: 行波式，端面反射系数LD端面FPA工作特点在两端FPA工作特点在两端面间产生正反馈谐振放输入信号频率与FP腔间要求严格的匹当略低于阈值电流Ith时，放大区

3、的增益可达由于高度谐振性的要求，带宽较窄TWA工作特点TWA工作特点比FPA使用广图SOA增益与电流图SOA增益与电流的关曲线A:FPA(L=200mR=0.3,曲线B:TWA(L=500mR=810-4半导体激光放大器)半导体激光放大器)非线性光纤放大非线性光纤放大受激拉曼散射光纤放大器受激布里渊散射光纤放大器(SBA)受激拉曼散射光纤放大器1928科学家拉曼发现的由受激拉曼散射光纤放大器1928科学家拉曼发现的由受激辐射产生的散射现利用石英光纤的非线性效应而制在合适波长的强光作用下，石英光纤会出现受激喇曼散射(SRS)在许多非线性介质中，受激拉曼散射将一小部分入射功率由光束转移到另一频率下

4、移的光束，频率下移量由介质的振动模式决定，此过程称为受激拉曼效应。量子力学描述为入射光波的一个光子被一个分子散射成为另一个低频光子，同时分子完成振动态之间的跃迁，入射光作为泵浦光产生称为斯托克斯波的频移光。1480nm1580nm波移1480nm1580nm波移受激拉曼散射的特点受激拉曼散射的特点中的信号电受激拉曼散射的特受激拉曼散射的特点石英光纤的喇曼频移约为13.5THz(或EDFA中的14601480nm泵源正适合15501600nm信号的喇曼放但FRA要求的泵功率较高(大干喇曼放大器分喇曼放大器分可产生 40dB与 EDFA要用于 EDFA喇曼放大器分喇曼放大器分使用传输光纤作为增益介

5、质（一般为几十公里主要与 EDFA混合使在不同波长泵浦下的喇曼增在不同波长泵浦下的喇曼增谱形状几乎不变，而且之间以相，这样可以利用 谱，并可根据需要调整增益的范围，即通过多波长泵浦现宽带放大。已的采到120nm左右用7拉曼放大具有广拉曼放大具有广阔的光谱范围。拉曼放大FRA是唯一能在1260nm到1675nm的光谱上进放大的器件。拉曼放大器适合于任何类型的光纤，且成本较低。A可采用同向、反向或双向泵浦，增益带宽可达6THz。络中发挥重要作用分布式光放大分布式光放大噪声低，适合超长传输系频带宽：适合m波段也可以在5m波段工作工作波长和带宽由泵浦波长决定采用多波长泵浦可实现宽带光放大采用偏振复用泵

6、浦可消除偏振敏感增益平坦带宽已达到80 nm以上，整个增益带宽可达到120 nm缺点: 泵浦效率低、阈值高，反向泵浦喇曼反向泵浦喇曼放大反向泵浦喇曼放大器的一种结构，泵浦光来自包层泵浦的光纤激光器掺杂光纤放大器(X-Doped掺杂光纤放大器(X-Doped石英掺稀土元素（如饵Er 、铥Tm 、镨Pr 、铷等）掺铥光纤放大器掺镨光纤放大器掺杂光纤放大器掺铷由于掺杂光纤放大器掺铷由于工作波长为1060nm和1330nm，不掺铥工作波长在S波段（ 14601560nm），掺饵掺镨工作波长处于1300nm和1550nm，更适尤其是掺饵Er光纤放大器已经实用化波命波长范围间隔O起始波E延长波S短波波命波

7、长范围间隔O起始波E延长波S短波C传统波L长波U超长波掺铒光纤放大器(Erbium-Doped掺铒光纤放大器(Erbium-Doped 铒(Er)是一种稀土元素(属于镧系元素)，原子序数68，原子量为167.3。光放大利用了澜系元素的4f能掺Er3+光材粒子数反转分布的受激辐射产生的放机在石英光纤或氟在石英光纤或氟化物光纤中适量掺入三价的铒Er）金属元素，就形成EDFA的工作介质掺光纤EDFA光纤放大器的工作原EDFA光纤放大器的工作原EDFA光纤放大器的工作EDFA光纤放大器的工作原是自发辐射的光也会被放大，引入自发辐射噪声EDFA光纤放大器的工作原EDFA光纤放大器的工作原Er+3能吸收泵

8、浦光的能量，由基态4I 15/2跃迁至处于高能 用980nm波长的光泵浦时，Er+3从基态跃迁至泵浦态4I11/2 时间只有1us，电子迅速以非辐由于泵浦态上载流子方式由泵浦态豫驰至亚稳态4I13/2 ，在亚稳态上载流子有较，在源源不断的泵浦下, 亚稳态上的粒子数积累, 从的实现了粒子数反转分布EDFA光纤放大器的工作原当有1.55umEDFA光纤放大器的工作原当有1.55um信号光通过已被激活的掺饵光纤时，在信号的感应下，亚稳态上的粒子以受激辐射的方式跃迁到基态. 对 应于每一次跃迁, 都将产生一个与感应光子完全一样的光子,过程中不断放大. 在放从而实现了信号光在掺铒光纤过程中，亚稳态的粒子

9、也会以自发辐射的方式跃迁到基态自发辐射产生的光子也会被放大，这种放大的自发辐射lifiedSpontaneous)会消耗泵浦功率并引入噪声EDFA光纤放大器的EDFA光纤放大器的工作原当用1480nm波长的光泵浦时，Er+3从基态跃迁至该能的上部，然后粒子迅速以非辐射方式由泵浦态豫驰至亚稳态，在亚稳态上积累。EDFA的泵浦光波激发态吸收ESA是指粒子吸收泵浦光后已处于激发态，EDFA的泵浦光波激发态吸收ESA是指粒子吸收泵浦光后已处于激发态，但它又进一步吸收泵浦光向更的能级跃迁，从而降低泵浦效率泵浦波吸收强次最弱弱弱无无泵浦效5-EDFA基本工作原放大的自发发射噪（ASE）放大的自发发射噪15

10、50nm 1550nm 泵浦光输（1480nm980nm）泵浦光输EDFA 的典型谱曲-波EDFA基本工作原放大的自发发射噪（ASE）放大的自发发射噪1550nm 1550nm 泵浦光输（1480nm980nm）泵浦光输EDFA 的典型谱曲-波长（ASE）掺铒光纤泵掺铒光光纤放大原波分复用输入信输出信泵掺铒光光纤放大原波分复用输入信输出信EDFA光纤放大器的结EDFA光纤放大器的结EDFA光纤放大器的结EDFA光纤放大器的结掺饵石英光纤：芯径35 ，掺杂浓度(251000)10-泵浦光源:990或热沉光输05监激光器驱动输实用光纤放大器外形图及方框输输出耦合输光输探测泵PD掺光泵浦监和控制电监

11、视告警电电泵5输器输热沉光输05监激光器驱动输实用光纤放大器外形图及方框输输出耦合输光输探测泵PD掺光泵浦监和控制电监视告警电电泵5输器输实实EDFA光纤放大器的EDFA光纤放大器的工作波长范EDFA光纤放大器的自发发射（ASE）EDFA光放大器泵浦方前向泵器器EDFA光放大器泵浦方前向泵器器输入信输入信泵浦激光EDFA光放大器泵浦方后向泵器器EDFA光放大器泵浦方后向泵器器输入信输入信泵浦激光EDFA光放大器泵浦方器器双向泵输入EDFA光放大器泵浦方器器双向泵输入信输入信弛豫时间(relaxation time)即达到热动平衡所需的时间泵浦激光泵浦激光三种泵浦方式三种泵浦方式的放大器的比ED

12、FA的优增益输出功率泵浦效率损耗偏振不敏噪声能EDFA的优增益输出功率泵浦效率损耗偏振不敏噪声能放大不同速率和调制方式的信具有几十纳米的放大带EDFA的增益谱特W EDFA的增益谱特W P光子通量所起的受激跃迁几PA模式面图典型Al-Ge铒光纤的发射谱和吸收增益特根据上下能级增益特根据上下能级粒子数密度比N2/N1，决定最图Al-Ge铒光纤增益谱与粒子数反转的关功率增输出饱和功功率增输出饱和功增益特噪声系值，说明有最佳图计算的小信号增益与泵功率(a) 及放大器长度(b)的关功增益的大小与泵浦功率以及光纤长功增益的大小与泵浦功率以及光纤长度等有关放大器的功率增益随泵浦功率的增加而增加有饱和现象当

13、泵浦功率达到一定值时，放大器增益出现和，即泵浦功率再增加，而增益基本保持不变率增功率增益101g(输出光功率/输入光功率)dB。表示放大器的放大能力。功率增益与光纤长度功率增益与光纤长度之间的关开始时功率增益随掺饵光纤长度的增加而上升，当光纤长达到一定值后，增益反而逐渐下降当光纤为某一长度时，可获得最佳增益，这个光纤长度称最大增益的光纤长度在给定的掺铒光纤的情况下，应选择合适的泵浦功率和光长度, 以达到最大增益输出饱和功输出饱和功率是一个输出饱和功输出饱和功率是一个描述输入信号功率与输出信号功率间关系的参量从图中看出，在掺铒光纤放大中，输入信号功率和输出信号功率并不完全呈正比关系，是存在着饱和

14、的趋势掺饵光纤放大器的最大输出功率常用3dB饱和输出功率 噪声系掺铒光纤放大器噪声系掺铒光纤放大器的噪声主要来源有信号光的散弹噪声信号光波与放大器自发辐射光波间的差拍噪声被放大的自发辐射光的散弹噪声光放大器自发辐射的不同频率光波间差拍噪声噪声系数衡量掺铒光噪声系数衡量掺铒光纤放大器噪声特性可用噪声系数F来表示，它义为F(放大器的输入信噪比)/(放大器的输出信噪比据分析，掺铒光纤放大器噪声系数的极限为3dB, 对于 0.98m泵浦源的EDFA，掺铒光纤长度为30时，测得的噪声系数为3.2dB；采用1.48m泵浦源时，在掺铒光纤长度为60m时，测得 0.98 n泵浦的放大器的噪声系数要优于1.48 m泵浦的放器的噪声系数光放大器的特性指标总结输出光功1.功率光放大器的特性指标总结输出光功1.功率增益输入光功放大器的放大能与泵浦功率和光纤长度的参数有2.饱和输最大增益下降3dB时对应的输出功表示最大输出能3.噪声系表示噪声的大SNR指的是将输入光信号转变为输出电信号时的信噪比光放大器光放大器在系统中应用的四种形光纤功率放大传输距离可以增加10100光纤功率放大传输距离可以增加10100200250公里的海底无中继传输在LAN网