【正文】 0nm1600nm 三、 優(yōu)點(diǎn)： 覆蓋 1310nm和 1550nm 的窗口范圍。 充分利用激光器技術(shù)，工藝成熟，便于集成。 四、缺點(diǎn)： 與光纖耦合困難。 對(duì)光的偏振特性敏感。 噪聲及串?dāng)_大。 第 7章 光纖通信新技術(shù) 利用光泵浦源對(duì)光纖進(jìn)行激發(fā)，使光纖中產(chǎn) 生非線性效應(yīng)（拉曼散射），將泵浦光的能量向信號(hào)光轉(zhuǎn)移，從而實(shí)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(zhì)在強(qiáng)光功率下產(chǎn)生對(duì)入射光 的非彈性散射，使得短波長光的 的能量向長波長轉(zhuǎn)移。 λ λ 二、放大波段 1270nm1670nm 三、 優(yōu)點(diǎn) 輸出光功率 大，工作穩(wěn)定 噪聲特性好，耦合容易 四、 缺點(diǎn) 光纖長度過大，于偏振態(tài)有關(guān) 第 7章 光纖通信新技術(shù) 三、結(jié)構(gòu)圖與能帶圖 光波長耦合器 泵浦光 λ1 信號(hào)光 λ2 λ 1 λ 2 + 濾波器 放大信號(hào)光 λ 2 λ 1 λ 2 hν 1 hν 2 泵浦光 信號(hào)光 振動(dòng)態(tài) 光聲子 第 7章 光纖通信新技術(shù) 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(lì)下， 對(duì)特定波長的信號(hào)光進(jìn)行放大。 二、優(yōu)點(diǎn) （ 1）工作波長與光纖的最小窗口和目前的波分窗口相對(duì)應(yīng)。 （ 2）耦合效率高。 （ 3）增益與偏振態(tài)無關(guān)。 （ 5） 增益高、噪聲小，輸出功率大。 （ 4）所需的泵浦功率小。 三、 缺點(diǎn) （ 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(shù) 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(hào) 受激輻射 輸出光放大信號(hào) 光聲子 在泵浦光源的激勵(lì)下，摻鉺光纖基級(jí)上的電子產(chǎn)生 受激吸收 被激發(fā)到到高的激發(fā) 能級(jí)上，繼而馬上下降到稍低的亞穩(wěn)態(tài)級(jí)，與基級(jí)形成 粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布 ， 當(dāng)信號(hào) 光滿足 hν =Eg時(shí)，將產(chǎn)生 受激輻射 激發(fā)同頻同偏振方向的光子，從而對(duì)光產(chǎn)生放大。 第 7章 光纖通信新技術(shù) 五、ＥＤＦＡ的基本結(jié)構(gòu)及功能 合波器 光濾波器 泵浦 光源 ＥＤＦ（摻鉺光纖） 信號(hào)光 光隔離器 光隔離器 放大的 信號(hào)光 將輸入光信號(hào)和泵浦光 混合在一起送給ＥＤＦ 輸出一個(gè)較短波長的激 光為ＥＤＦ提供激勵(lì) 防止反射光 影響光放大 器的工作穩(wěn) 定性。 提供能產(chǎn)生粒子數(shù) 反轉(zhuǎn)的工作物質(zhì)， 放大光信號(hào)。 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(shù) 六、ＥＤＦＡ的三種結(jié)構(gòu)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(diǎn)：噪聲小 缺點(diǎn)： 輸出光功率不大 第 7章 光纖通信新技術(shù) 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(diǎn)：輸出光功率大 缺點(diǎn)：噪聲大 第 7章 光纖通信新技術(shù) 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(shù) （ 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(shù) 粒子數(shù)反轉(zhuǎn)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(shù) （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(dāng)輸出光功率達(dá)到一定值時(shí)， 增加 輸入信號(hào)功率， 輸出光功率不變，這個(gè)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(shù) （３）、噪聲系數(shù) 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(shù)： （ 4）、工作帶寬 最大增益下降 3dB 處 對(duì)應(yīng)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(shù) 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(yīng)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(shù) 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(lì) 下對(duì)特定波長的信號(hào)光進(jìn)行放大。 二、 放大波段 1281nm1381nm 三、優(yōu)點(diǎn) 在 1310nm的窗口有平坦的增益， 便于對(duì)已敷設(shè) 。 四、 問題： 工作穩(wěn)定性阻礙其使用化進(jìn)程。 第 7章 光纖通信新技術(shù) 第六節(jié)、放大器市場分析 EDFA FRA SOA 美國 CIBC worrld market公司對(duì) 2022年光放大器市場預(yù)測 96億美圓 2億美圓 第 7章 光纖通信新技術(shù) 要點(diǎn) １、光放大器的分類 半導(dǎo)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(shù) 要點(diǎn) ２、ＥＦＤＡ的結(jié)構(gòu)與分類 泵浦光源 摻鉺光纖 光隔離器 波分復(fù)用器 光濾波器 同向泵浦結(jié)構(gòu)ＥＤＦＡ 反向泵浦結(jié)構(gòu)ＥＤＦＡ 雙向泵浦結(jié)構(gòu)ＥＤＦＡ 第 7章 光纖通信新技術(shù) 要點(diǎn) ３、ＥＤＦＡ的工作原理 在泵浦光的照射下，摻鉺光纖處于粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的狀態(tài)，接收到光子后產(chǎn)生受激輻射，實(shí)現(xiàn)了對(duì)光的放大。 第 7章 光纖通信新技術(shù) 要點(diǎn) ４、ＥＤＦＡ的性能指標(biāo) 功率增益 輸出飽和功率 噪聲系數(shù) 第 7章 光纖通信新技術(shù) 要點(diǎn) ５、ＥＦＤＡ在光纖通信中的應(yīng)用 前置放大器 功率放大器 中繼器 第 7章 光纖通信新技術(shù) 作業(yè) １、光放大器的種類，畫出各自的工作波段 ２、ＥＤＦＡ的結(jié)構(gòu)及功能 ３、簡述ＥＤＦＡ的工作原理，并從量子學(xué)的角度解釋 ４、ＥＤＦＡ的幾種應(yīng)用形式 第 7章 光纖通信新技術(shù) 光放大器 通用光放大器結(jié)構(gòu) 第 7章 光纖通信新技術(shù) 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(shù) 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(shù) 第 7章 光纖通信新技術(shù) 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(dǎo)體光放大 (SOA) 摻銩光纖放大器 (TDFA,GSTDFA) 第 7章 光纖通信新技術(shù) 摻鉺光纖放大器（ EDFA） 輸入信號(hào) 耦合器 980/1550nm WDM 泵浦光 摻鉺光纖 輸出信號(hào) 光隔離器 第 7章 光纖通信新技術(shù) DWDM系統(tǒng)對(duì)光放大的基本要求 光放大器應(yīng)滿足 ITUT建議 、 。 EDFA的主要技術(shù)參數(shù)： 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(shù) 、 偏振相關(guān)增益 、 小信號(hào)增益 、 增益平坦度 、 增益變化 、 增益斜度 、 輸入光回?fù)p 、 輸出光回?fù)p等 。 對(duì) EDFA模塊的其它要求： 具有泵浦源自動(dòng)關(guān)閉功能 。 壽命不小于 30萬小時(shí) 。 具有放大器自動(dòng)增益均衡 （ 控制 ） 功能 。 第 7章 光纖通信新技術(shù) 980nm ??1?s ??10ms 1520?1560 nm 4I11/2 4I15/2 4I13/2 1480nm EDFA的能帶結(jié)構(gòu)和光放大原理 第 7章 光纖通信新技術(shù) 泵浦源的選取 ? ， 因而是常用的兩個(gè)泵浦波長 。 這兩個(gè)波長的泵浦源都可用半導(dǎo)體激光器實(shí)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(shù) 同向泵浦 反向泵浦 雙向泵浦 隔離器 WDM EDF 隔離器 輸入信號(hào) 輸入信號(hào) 泵浦激光器 隔離器 WDM EDF 隔離器 泵浦激光器 輸入信號(hào) 輸入信號(hào) 隔離器 WDM EDF 隔離器 輸入信號(hào) 輸入信號(hào) 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(shù) 泵浦方式比較 同向泵浦優(yōu)點(diǎn)：易于實(shí)現(xiàn)； 缺點(diǎn)：易飽和，噪聲大。 反向泵浦優(yōu)點(diǎn)：不易飽和；噪聲較低。 雙向泵浦優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)相結(jié)合，光均勻分布，增益 也較平穩(wěn)。 第 7章 光纖通信新技術(shù) 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(yīng)用。 能量轉(zhuǎn)換效率高：激光工作物質(zhì)集中在光纖芯子中的近軸部分，而信號(hào)光和泵浦光也是在光纖的近軸部分最強(qiáng) ,使得光與物質(zhì)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(duì)溫度不敏感。 第 7章 光纖通信新技術(shù) EDFA的不足 波長固定：鉺離子能級(jí)間的能級(jí)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(jìn)行增益譜補(bǔ)償。 第 7章 光纖通信新技術(shù) EDFA的典型譜曲線 第 7章 光纖通信新技術(shù) EDFA光放大器增益平坦技術(shù) 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(shù) 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(dòng)態(tài)增益均衡示例 EDFA光放大器增益鎖定技術(shù) 泵浦源功率控制