光纖通信第7章光放大器(已修改)
2025-05-19 23:25 本頁面
【正文】 光纖通信新技術(shù)光纖通信技術(shù)第七章 光放大器 光波分復(fù)用技術(shù) 光交換技術(shù) 光孤子通信 相干光通信技術(shù) 光時(shí)分復(fù)用技術(shù) 波長變換技術(shù) ?主要內(nèi)容 光放大器 光放大器概述 摻鉺光纖放大器 EDFA 半導(dǎo)體光放大器 SOA 光纖拉曼放大器 FRA 光放大器概述n 光 放大器的出現(xiàn)，可視為光纖通信發(fā)展史上的重要里程碑。n 光放大器出現(xiàn)之前，光纖通信的中繼器采用光－電－光 (OEO)變換方式。n 裝置復(fù)雜、耗能多、不能同時(shí)放大多個(gè)波長信道，在 WDM 系統(tǒng)中復(fù)雜性和成本倍增，可實(shí)現(xiàn)1R、 2R、 3R中繼n 光放大器（ OO）n 多波長放大、低成本，只能實(shí)現(xiàn) 1R中繼光放大器的原理n 光放大器的功能： 提供光信號增益，以補(bǔ)償光信號在通路中的傳輸衰減，增大系統(tǒng)的無中繼傳輸距離。n 在泵浦能量（電或光）的作用下，實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)（非線性光纖放大器除外），然后通過受激輻射實(shí)現(xiàn)對入射光的放大。n 光放大器是基于 受激輻射或受激散射 原理實(shí)現(xiàn)入射光信號放大的一種器件。其機(jī)制與激光器完全相同。實(shí)際上，光放大器在結(jié)構(gòu)上是一個(gè)沒有反饋或反饋較小的激光器。光放大器的類型n 利用稀土摻雜的光纖放大器（ EDFA、PDFA）n 利用半導(dǎo)體制作的半導(dǎo)體光放大器（ SOA）n 利用光纖非線性效應(yīng)制作的非線性光纖放大器（ FRA、 FBA）幾種光放大器的比較放大器類 型原理 激勵(lì)方式工作 長度噪聲特性與 光纖 耦合與 光偏振關(guān)系穩(wěn)定性摻 稀土光纖 放大器粒子數(shù)反轉(zhuǎn)光 數(shù)米到數(shù)十米好 容易 無 好半 導(dǎo) 體光放大器粒子數(shù)反轉(zhuǎn)電 100?m~1mm差 很 難 大 差光 纖 (喇曼 )放大器光學(xué)非線 性 (喇曼 )效 應(yīng)光 數(shù)千米 好 容易 大 好光放大器的應(yīng)用線路放大線路放大 (Inline)：： 周周期性補(bǔ)償各段光纖損耗期性補(bǔ)償各段光纖損耗功率放大功率放大 (Boost)：： 增加增加入纖功率入纖功率 ,延長傳輸距離延長傳輸距離前置預(yù)放大前置預(yù)放大 (PreAmplify):提高接收靈敏度提高接收靈敏度局域網(wǎng)的功率放大器：補(bǔ)償局域網(wǎng)的功率放大器：補(bǔ)償分配損耗，增大網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)分配損耗，增大網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù) 光放大器概述 摻鉺光纖放大器 EDFA 半導(dǎo)體光放大器 SOA 光纖拉曼放大器 FRA 光放大器 摻鉺光纖放大器(EDFA ErbiumDoped Fiber Amplifier)n 摻雜光纖放大器 利用摻入石英光纖的稀土離子作為增益介質(zhì)，在泵浦光的激發(fā)下實(shí)現(xiàn)光信號的放大，放大器的特性主要由摻雜元素決定。n 工作波長為 1550nm 的鉺 (Er)摻雜光纖放大器 (EDFA)n 工作波長為 1300nm 的鐠 (Pr)摻雜光纖放大器 (PDFA)n 工作波長為 1400nm 的銩 (Tm) 摻雜光纖放大器 (TDFA)n 目前， EDFA最為成熟，是光纖通信系統(tǒng)必備器件。摻鉺光纖放大器給光纖通信領(lǐng)域帶來的革命n EDFA解決了系統(tǒng)容量提高的最大的限制 ——光損耗n 補(bǔ)償了光纖本身的損耗，使長距離傳輸成為可能n 大大增加了功率預(yù)算的冗余，系統(tǒng)中引入各種新型光器件成為可能n 支持了最有效的增加光通信容量的方式 WDMn 推動了全光網(wǎng)絡(luò)的研究開發(fā)熱潮為什么要用摻鉺光纖放大器n 工作頻帶正處于光纖損耗最低處 (15251565nm)；n 頻帶寬，可以對多路信號同時(shí)放大 波分復(fù)用；n 對數(shù)據(jù)率 /格式透明，系統(tǒng)升級成本低；n 增益高 (40dB)、 輸出功率大 (~30dBm) 、 噪聲低(4~5dB)；n 全光纖結(jié)構(gòu)，與光纖系統(tǒng)兼容；n 增益與信號偏振態(tài)無關(guān)，故穩(wěn)定性好；n 所需的泵浦功率低 (數(shù)十毫瓦 )。EDFA的工作原理n EDFA采用摻鉺離子單模光纖為增益介質(zhì)，在泵浦光作用下產(chǎn)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，在信號光誘導(dǎo)下實(shí)現(xiàn)受激輻射放大。Input signal1530nm1570nmAmplified output signalPower laser (Pump)980nm or 1480nm Fiber containing erbium dopant信號光與波長較其為短的光波信號光與波長較其為短的光波 (泵浦光泵浦光 )同沿光纖傳輸，泵浦光同沿光纖傳輸，泵浦光的能量被光纖中的稀土元素離子吸收而使其躍遷至更高能級的能量被光纖中的稀土元素離子吸收而使其躍遷至更高能級，并可通過能級間的受激發(fā)射轉(zhuǎn)移為信號光的能量。信號光，并可通過能級間的受激發(fā)射轉(zhuǎn)移為信號光的能量。信號光沿光纖長度得到放大，泵浦光沿光纖長度不斷衰減。沿光纖長度得到放大，泵浦光沿光纖長度不斷衰減。EDFA中的 Er3+能級結(jié)構(gòu)n 泵浦波長可以是 5 650、 800、 980、 1480nmn 波長短于 980nm 的泵浦效率低，因而通常采用 980和1480nm 泵浦 。 鉺鉺 離子簡化離子
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