光放大器的种类和比较

光放大器

2004.10.26第八讲光放大器的种类和比较共37页，您现在浏览的是第1页!DWDM工作原理DWDM光纤传输系统OMUXODMUXOA光发送光发送光发送λ１λ２λΝλ１，λ２……λΝ光接收光接收光接收λ１λ２λΝ后置放大前置放大λ２λ２光放大器的种类和比较共37页，您现在浏览的是第2页!内容提要１、光放大器的形式（分类）２、EDFA的结构与部件３、EDFA的工作原理４、EDFA在光纤通信中的应用形式光放大器的种类和比较共37页，您现在浏览的是第3页!0.1序光放大器的出现，可视为光纤通信发展史上的重要的里程碑。在光纤放大器出现之前，光纤通信的中继器无一例外的采用光/电/光变换的方式，导致通信系统的复杂化，进而系统效率降低因此人们一直致力于全光型中继器的研制，出现了很多种光放大器。光放大器的种类和比较共37页，您现在浏览的是第4页!发展历程：80年代中、后期SOA的研究为主；90年代EDFA获得巨大成功，成为光纤通信系统必不可少的器件。Erbium-dopedfiberamplifier(EDFA)光放大器的种类和比较共37页，您现在浏览的是第5页!0.3几种类型放大器的比较光放大器的种类和比较共37页，您现在浏览的是第6页!1.1常规光纤放大器所谓常规光纤放大器：用传输光纤制作的放大器，这种光纤放大器是利用光纤的非线性光学效应产生增益机制从而对光信号放大。特点：传输线路和放大线路同为一体(都是光纤）不足：单位长度的增益系数很低，需要很高的泵浦功率，不利于在高速大容量光纤通信系统中使用。光放大器的种类和比较共37页，您现在浏览的是第7页!1.2半导体光放大器一、工作原理：

在电泵浦源的作用下，半导体材料发生粒子数反转，当遇到外来光子激励时，产生受激辐射，对光的能量进行放大。二、放大波段：1300nm-1600nm三、优点：1、覆盖1310nm和1550nm的窗口范围。2、充分利用激光器技术，工艺成熟，便于集成。四、缺点：1、与光纤耦合困难。2、对光的偏振特性敏感。3、噪声及串扰大。光放大器的种类和比较共37页，您现在浏览的是第8页!1.已经商用化的是EDFA，其大量用于通信系统；2.PDFA的放大波段在1300nm与G-652光纤的零点色散相吻合，在已建立的1.3um通信系统中有着巨大的应用市场；但因掺镨光纤的机械强度和与普通光纤熔接困难等因素，目前尚未获得广泛商业应用。3.工作在1.4um的掺铥光纤放大器（TDFA）为传输开辟了新的波长段资源，它和EDFA组合可以实现超宽带合波传输。光放大器的种类和比较共37页，您现在浏览的是第9页!1.3.2EDFAEDFA工作在波长1550nm，与光纤的低损耗波段一致，是最具吸引力的和最成熟的光纤放大器。EDFA优点：光放大器的种类和比较共37页，您现在浏览的是第10页!2EDFA的结构和部件一台实用的EDFA由光路和辅助电路组成。光路部分：掺铒光纤、泵浦光源、合波器、光隔离器、光滤波器等；辅助电路：电源、微处理自动控制和告警及保护电路光放大器的种类和比较共37页，您现在浏览的是第11页!2.2EDFA的三种结构方式１、同向泵浦方式合波器光隔离器光隔离器滤波器泵浦光源优点：噪声小缺点：输出光功率不大光放大器的种类和比较共37页，您现在浏览的是第12页!合波器光隔离器光滤波器泵浦光源3、双向泵浦方式泵浦光源EDFA的三种结构方式光隔离器光放大器的种类和比较共37页，您现在浏览的是第13页!4EDFA在光纤通信中的应用形式EDFA主要有三种应用方式：发射机末级光功率放大；线路（在线）放大器；接收机预放。光放大器的种类和比较共37页，您现在浏览的是第14页!4.2系统线路放大器直接接入光传输链路线路中，作为在线放大器，或光中继器取代光-电-光中继器，实现光-光放大。结构如图示这种线路放大器是全光通信系统和全光网络的关键器件，也是长距离和CATV光纤网的关键器件。光放大器的种类和比较共37页，您现在浏览的是第15页!EDFAFRASOA美国CIBCworrldmarket公司对2004年光放大器市场预测96亿美圆7.5亿美圆2亿美圆光放大器的种类和比较共37页，您现在浏览的是第16页!要点２、EDFA的结构与分类泵浦光源掺铒光纤光隔离器波分复用器光滤波器同向泵浦结构ＥＤＦＡ反向泵浦结构ＥＤＦＡ双向泵浦结构ＥＤＦＡ光放大器的种类和比较共37页，您现在浏览的是第17页!要点４、EDFA的性能指标功率增益输出饱和功率噪声系数光放大器的种类和比较共37页，您现在浏览的是第18页!作业１、光放大器的种类，画出各自的工作波段２、EDFA的结构及功能３、简述EDFA的工作原理，并从量子学的角度解释４、EDFA的几种应用形式光放大器的种类和比较共37页，您现在浏览的是第19页!利用光泵浦源对光纤进行激发，使光纤中产生非线性效应（拉曼散射），将泵浦光的能量向信号光转移，从而实现光的放大。

2.1拉曼放大器一、工作原理：拉曼散射：介质在强光功率下产生对入射光的非弹性散射，使得短波长光的能量向长波长转移。λ

λ

二、放大波段1270nm-1670nm光放大器的种类和比较共37页，您现在浏览的是第20页!放大整形判决再生O/EE/O0.1传统放大技术的缺陷缺点：1、设备复杂。2、稳定性可靠性不够。3、不利于波分复用。4、光电转换限制通信的容量。未来全光网络（AON）的发展趋势：光复用、光交换、光路由，所以必须在光传输上实现全光化。光放大器：直接在光域进行放大。光放大器的种类和比较共37页，您现在浏览的是第21页!0.2放大器的形式利用光纤非线性效应制作的常规光纤放大器，如：喇曼放大器；利用半导体制作的半导体放大器；利用稀土掺杂的光纤放大器光放大器的种类和比较共37页，您现在浏览的是第22页!0.4常用光放大器及其工作波段3、掺铒光纤放大器（EDFA）4、掺镨光纤放大器（PDFA）2、光纤拉曼放大器（FRA）1、半导体放大器（SOA）损耗1310nm

1550nm波长SOAFRAEDFAPDFA光放大器的种类和比较共37页，您现在浏览的是第23页!耦合器件激活物质耦合器件泵浦源光输入信号放大光信号常规光纤放大器原理图光放大器的种类和比较共37页，您现在浏览的是第24页!1.3稀土掺杂光纤放大器利用光纤中稀土掺杂物质引起的增益机制实现光放大。典型代表:工作波长为：1550nm的铒[Er]掺杂光纤放大器EDFA1300nm的镨[Pr]掺杂光纤放大器PDFA1400nm的铥[T]掺杂光纤放大器TDFA光放大器的种类和比较共37页，您现在浏览的是第25页!1.3.1掺铒光纤放大器原理图输入信号耦合器980/1550nmWDM泵浦光掺铒光纤输出信号光隔离器光放大器的种类和比较共37页，您现在浏览的是第26页!EDFA优点1.2.3.4.5.光放大器的种类和比较共37页，您现在浏览的是第27页!2.1EDFA的泵浦源和泵浦方式EDFA的另一核心是泵浦源，它为信号放大提供足够的能量，使物质达到粒子数反转分布的必要条件。泵浦源直接决定EDFA的性能，所以要求泵浦工作必须稳定可靠、寿命长；光放大器的种类和比较共37页，您现在浏览的是第28页!EDFA的三种结构方式２、反向泵浦方式合波器光隔离器光隔离器光滤波器泵浦光源优点：输出光功率大缺点：噪声大光放大器的种类和比较共37页，您现在浏览的是第29页!3EDFA工作原理在泵浦光的照射下，掺铒光纤处于粒子数反转的状态，接收到光子后产生受激辐射，实现了对光的放大。光放大器的种类和比较共37页，您现在浏览的是第30页!4.1发射机末级光功率放大器可直接接在激光二极管后，将信号放大到10dBm上，而不恶化信号。图示：光放大器的种类和比较共37页，您现在浏览的是第31页!4.3系统接收机预放如果用光滤波器，EDFA的低噪声将极大改善直接检测式接收机灵敏度，可改善约10dB，接近或超过相干光接收机的最好水平。光放大器的种类和比较共37页，您现在浏览的是第32页!要点１、光放大器的分类半导体放大器光纤放大器非线性光放大器EDFA光放大器的种类和比较共37页，您现在浏览的是第33页!要点３、EDFA的工作原理在泵浦光的照射下，掺铒光纤处于粒子数反转的状态，接收到光子后产生受激辐射，实现了对光的放大。光放大器的种类和比较共37页，您现在浏览的是第34页!要点５、EDFA在光纤通信中的应用前置放大器功率放大器中继器光放大器的种类和比较共37页，您现在浏览的是第35页!2.0EDFA的基本结构及功能合波器光滤波器泵浦光源ＥＤＦ（掺铒光纤）信号光光隔离器光隔离器放大的信号光将输入光信号和泵浦光混合在一起送给ＥＤＦ