光纖通信技術(shù)第六章(已修改)
2025-01-08 13:49 本頁面
【正文】 光放大器光纖通信技術(shù)第六章王建萍王建萍 信息光電子研究所信息光電子研究所清華大學電子工程系清華大學電子工程系第六章 光放大器 光放大器概述 摻鉺光纖放大器 EDFA 半導體光放大器 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 裝置復雜、耗能多、不能同時放大多個波長信道，在WDM 系統(tǒng)中復雜性和成本倍增，可實現(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 原理實現(xiàn)入射光信號放大的一種器件。其機制與激光器完全相同。實際上，光放大器在結(jié)構(gòu)上是一個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 利用半導體制作的半導體光放大器（ 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：周期性補償各段光纖損耗期性補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：補償局域網(wǎng)的功率放大器：補償分配損耗，增大網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)分配損耗，增大網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)研究新熱點n 展寬帶寬： Cband 40nm, Lband 再加 40nm；n 均衡功能： 針對點對點系統(tǒng)的增益均衡，針對全光網(wǎng)的功率均衡；n 監(jiān)控管理功能： 在線放大器，全光網(wǎng)路由改變；n 動態(tài)響應(yīng)特性；n 其它波段的光纖放大器 ，如 Raman 放大器。第六章 光放大器 光放大器概述 摻鉺光纖放大器 EDFA 半導體光放大器 SOA 光纖拉曼放大器 FRA 摻鉺光纖放大器 EDFAn 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放大 波分復用；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)，在信號光誘導下實現(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14
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