【正文】 0nm1600nm 三、 優(yōu)點： 覆蓋 1310nm和 1550nm 的窗口范圍。 充分利用激光器技術，工藝成熟，便于集成。 四、缺點： 與光纖耦合困難。 對光的偏振特性敏感。 噪聲及串擾大。 第 7章 光纖通信新技術 利用光泵浦源對光纖進行激發(fā)，使光纖中產 生非線性效應（拉曼散射），將泵浦光的能量向信號光轉移，從而實現(xiàn)光的放大。 第三節(jié)、拉曼放大器 一、工作原理： 拉曼散射：介質在強光功率下產生對入射光 的非彈性散射，使得短波長光的 的能量向長波長轉移。 λ λ 二、放大波段 1270nm1670nm 三、 優(yōu)點 輸出光功率 大，工作穩(wěn)定 噪聲特性好，耦合容易 四、 缺點 光纖長度過大，于偏振態(tài)有關 第 7章 光纖通信新技術 三、結構圖與能帶圖 光波長耦合器 泵浦光 λ1 信號光 λ2 λ 1 λ 2 + 濾波器 放大信號光 λ 2 λ 1 λ 2 hν 1 hν 2 泵浦光 信號光 振動態(tài) 光聲子 第 7章 光纖通信新技術 一、什么是摻鉺光纖放大器 工作波長： １５３０ nm～１５６０ nm 第四節(jié) 、 摻鉺光纖放大器 ＥＤＦＡ是在石英光纖中摻入 Er元素，在泵浦光的激勵下， 對特定波長的信號光進行放大。 二、優(yōu)點 （ 1）工作波長與光纖的最小窗口和目前的波分窗口相對應。 （ 2）耦合效率高。 （ 3）增益與偏振態(tài)無關。 （ 5） 增益高、噪聲小，輸出功率大。 （ 4）所需的泵浦功率小。 三、 缺點 （ 1）放大波長范圍窄。 （ 2）增益帶寬不平坦。 第 7章 光纖通信新技術 四、工作原理 Ｅ１ Ｅ２ Ｅ３ 能量 基態(tài) 泵浦光 亞穩(wěn)態(tài) 激發(fā)態(tài) 受激吸收 無輻射躍遷 輸入光信號 受激輻射 輸出光放大信號 光聲子 在泵浦光源的激勵下，摻鉺光纖基級上的電子產生 受激吸收 被激發(fā)到到高的激發(fā) 能級上，繼而馬上下降到稍低的亞穩(wěn)態(tài)級，與基級形成 粒子數反轉分布 ， 當信號 光滿足 hν =Eg時，將產生 受激輻射 激發(fā)同頻同偏振方向的光子，從而對光產生放大。 第 7章 光纖通信新技術 五、ＥＤＦＡ的基本結構及功能 合波器 光濾波器 泵浦 光源 ＥＤＦ（摻鉺光纖） 信號光 光隔離器 光隔離器 放大的 信號光 將輸入光信號和泵浦光 混合在一起送給ＥＤＦ 輸出一個較短波長的激 光為ＥＤＦ提供激勵 防止反射光 影響光放大 器的工作穩(wěn) 定性。 提供能產生粒子數 反轉的工作物質， 放大光信號。 清除放大器的噪聲， 提高系統(tǒng)的信噪比 第 7章 光纖通信新技術 六、ＥＤＦＡ的三種結構方式 １、 同向泵浦方式 合波器 光隔離器 光隔離器 濾波器 泵浦光源 優(yōu)點：噪聲小 缺點： 輸出光功率不大 第 7章 光纖通信新技術 ２、反向泵浦方式 合波器 光隔離器 光隔離器 光濾波 器 泵浦光源 優(yōu)點：輸出光功率大 缺點：噪聲大 第 7章 光纖通信新技術 合波器 光隔離器 光隔離器 光濾波 器 泵浦光源 雙向泵浦方式 泵浦光源 第 7章 光纖通信新技術 （ 1）、功率增益 G=10Lg(Pout/Pin)(dB) 增益與泵浦源功率曲線 Ｐ Ｇ 增益與ＥＤＦ的長度曲線 Ｐ Ｇ 七、主要參數 粒子數反轉趨于飽和 放大的光被損耗抵消 要得到最大的增益必須選擇合適的泵浦光功率和摻鉺光纖長度 第 7章 光纖通信新技術 （２）輸出飽和功率和最大輸出功率 輸入功率（ dBm） 0 20 10 0 10 20 輸出功率 (dBm) 當輸出光功率達到一定值時， 增加 輸入信號功率， 輸出光功率不變，這個輸出光功率叫做 輸出飽和光 功率。 輸出飽和光功率 定義 3dB的飽和光功率為最大輸出光功率， 表明 EDFA正常工作的 最大輸出功率 。 最大輸出光功率 第 7章 光纖通信新技術 （３）、噪聲系數 Ｆ＝ Si / Ni So /No 放大器的噪聲主要來源于自發(fā)輻射。 噪聲系數： （ 4）、工作帶寬 最大增益下降 3dB 處 對應的光譜寬度定義為工作帶寬。 1530nm 1560nm 波長 增益 第 7章 光纖通信新技術 １、做前置放大器 Ｔ Ｒ 前置放大器 ＯＰＡ 八、 EDFA 在光纖通信中的應用 ２、做功率放大器 Ｔ Ｒ 光功率放大器 ＯＢＡ Ｔ Ｒ 光中繼放大器 ＯＬＡ ３、做中繼器 第 7章 光纖通信新技術 第五節(jié)、 摻鐠光纖放大器 一、 什么是摻鐠光纖。 在氟化物光纖中摻入 Pr離子，使之在泵浦光的激勵 下對特定波長的信號光進行放大。 二、 放大波段 1281nm1381nm 三、優(yōu)點 在 1310nm的窗口有平坦的增益， 便于對已敷設 。 四、 問題： 工作穩(wěn)定性阻礙其使用化進程。 第 7章 光纖通信新技術 第六節(jié)、放大器市場分析 EDFA FRA SOA 美國 CIBC worrld market公司對 2022年光放大器市場預測 96億美圓 2億美圓 第 7章 光纖通信新技術 要點 １、光放大器的分類 半導體放大器 光纖放大器 非線性光放大器 ＥＤＦＡ 第 7章 光纖通信新技術 要點 ２、ＥＦＤＡ的結構與分類 泵浦光源 摻鉺光纖 光隔離器 波分復用器 光濾波器 同向泵浦結構ＥＤＦＡ 反向泵浦結構ＥＤＦＡ 雙向泵浦結構ＥＤＦＡ 第 7章 光纖通信新技術 要點 ３、ＥＤＦＡ的工作原理 在泵浦光的照射下，摻鉺光纖處于粒子數反轉的狀態(tài)，接收到光子后產生受激輻射，實現(xiàn)了對光的放大。 第 7章 光纖通信新技術 要點 ４、ＥＤＦＡ的性能指標 功率增益 輸出飽和功率 噪聲系數 第 7章 光纖通信新技術 要點 ５、ＥＦＤＡ在光纖通信中的應用 前置放大器 功率放大器 中繼器 第 7章 光纖通信新技術 作業(yè) １、光放大器的種類，畫出各自的工作波段 ２、ＥＤＦＡ的結構及功能 ３、簡述ＥＤＦＡ的工作原理，并從量子學的角度解釋 ４、ＥＤＦＡ的幾種應用形式 第 7章 光纖通信新技術 光放大器 通用光放大器結構 第 7章 光纖通信新技術 Characteristics of Optical Amplifiers Signal Gain Pout: light power measured at output of amplifier Pin: measured at the input end Gs: single pass gain Positive feedback Note: the amplifier gain is not so large that selfsustaining oscillations will be excited SSFGGG?? 1???????ino utS PPG lo g10第 7章 光纖通信新技術 Characteristics of Optical Amplifiers Noise Figure – Noise process: spontaneous emission (random events and phases of emitted photons are also random) Pout = GPin + PN GPin: Amplified signal output PN: Amplified spontaneous emissions (ASE) Performance index: outinNSNSNF?????????????第 7章 光纖通信新技術 第 7章 光纖通信新技術 光放大器的種類 摻鉺光纖放大器 (Erbiumdoped Fiber Amplifier, EDFA) EDFA GSEDFA 摻碲的 EDFA(Telluridebased EDFA, C+L波帶 ) 喇曼光纖放大器 (Raman), Raman+EDFA 半導體光放大 (SOA) 摻銩光纖放大器 (TDFA,GSTDFA) 第 7章 光纖通信新技術 摻鉺光纖放大器（ EDFA） 輸入信號 耦合器 980/1550nm WDM 泵浦光 摻鉺光纖 輸出信號 光隔離器 第 7章 光纖通信新技術 DWDM系統(tǒng)對光放大的基本要求 光放大器應滿足 ITUT建議 、 。 EDFA的主要技術參數： 工作波長范圍 、 輸入功率范圍 、 輸出功率范圍 、 飽和輸出功率 、噪聲系數 、 偏振相關增益 、 小信號增益 、 增益平坦度 、 增益變化 、 增益斜度 、 輸入光回損 、 輸出光回損等 。 對 EDFA模塊的其它要求： 具有泵浦源自動關閉功能 。 壽命不小于 30萬小時 。 具有放大器自動增益均衡 （ 控制 ） 功能 。 第 7章 光纖通信新技術 980nm ??1?s ??10ms 1520?1560 nm 4I11/2 4I15/2 4I13/2 1480nm EDFA的能帶結構和光放大原理 第 7章 光纖通信新技術 泵浦源的選取 ? ， 因而是常用的兩個泵浦波長 。 這兩個波長的泵浦源都可用半導體激光器實現(xiàn) 。 ? 和 ， 。 增益大 ， 泵浦效率高 ， 噪聲小 （ 可低至 3dB） , 是目前光纖放大器的首選泵浦波長 。 第 7章 光纖通信新技術 同向泵浦 反向泵浦 雙向泵浦 隔離器 WDM EDF 隔離器 輸入信號 輸入信號 泵浦激光器 隔離器 WDM EDF 隔離器 泵浦激光器 輸入信號 輸入信號 隔離器 WDM EDF 隔離器 輸入信號 輸入信號 泵浦激光器 泵浦激光器 EDFA光放大器基本配置 第 7章 光纖通信新技術 泵浦方式比較 同向泵浦優(yōu)點：易于實現(xiàn)； 缺點：易飽和，噪聲大。 反向泵浦優(yōu)點：不易飽和；噪聲較低。 雙向泵浦優(yōu)點：優(yōu)點相結合，光均勻分布，增益 也較平穩(wěn)。 第 7章 光纖通信新技術 EDFA的特性 工作波長于光纖最小損耗窗口一致，在光纖通信中獲得很好的應用。 能量轉換效率高：激光工作物質集中在光纖芯子中的近軸部分，而信號光和泵浦光也是在光纖的近軸部分最強 ,使得光與物質的作用很充分。 增益高，噪聲低，輸出功率大。 增益特性穩(wěn)定： EDFA增益對溫度不敏感。 第 7章 光纖通信新技術 EDFA的不足 波長固定：鉺離子能級間的能級差決定了EDFA的工作波長是固定的，只能放大 波長的光波。 增益帶寬不平坦： EDFA的增益帶寬約 40nm，但增益帶寬不平坦。在 WDM光纖通信系統(tǒng)中需要采取特殊的手段來進行增益譜補償。 第 7章 光纖通信新技術 EDFA的典型譜曲線 第 7章 光纖通信新技術 EDFA光放大器增益平坦技術 本征型： 高含鋁摻 鉺光纖 (AlEDF) 濾波型： 長周期 光纖光柵 第 7章 光纖通信新技術 W DM泵浦源均衡器摻鉺光纖隔離器 隔離器E t al on 1 E t al on 2透鏡輸入 輸出透鏡 光纖EDFA動態(tài)增益均衡示例 EDFA光放大器增益鎖定技術 泵浦源功率控制