光纖通信技術(shù)第六章-全文預(yù)覽
【正文】 子數(shù) 基態(tài)的粒子數(shù)基態(tài)的粒子數(shù)研究發(fā)現(xiàn)，接收機(jī)前接入光放大器后，新增加的研究發(fā)現(xiàn)，接收機(jī)前接入光放大器后，新增加的噪聲主要來自噪聲主要來自 ASE噪聲與信號(hào)本身的差拍噪聲。自發(fā)復(fù)合導(dǎo)致了與光信號(hào)一起放大的光子的寬譜背景。降。器的增益譜不平坦。象。信號(hào)增益一半時(shí)的輸出功率。成正比例。泵浦光又常用于遙泵方式。將信號(hào)光和泵浦光合路進(jìn)入摻鉺光纖中。級(jí)上，并在該能級(jí)和低能級(jí)間形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布。信號(hào)光沿光纖長度得到放大，泵浦光沿光纖長度不斷衰減。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(dòng)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(hào)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(jí)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(hào)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 )。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。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(hào)增益，以補(bǔ)償光信號(hào)在通路中的傳輸衰減，增大系統(tǒng)的無中繼傳輸距離。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。其機(jī)制與激光器完全相同。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。信號(hào)光，并可通過能級(jí)間的受激發(fā)射轉(zhuǎn)移為信號(hào)光的能量。 鉺離子簡化鉺離子簡化能級(jí)示意圖能級(jí)示意圖吸收泵浦光吸收泵浦光快速非輻快速非輻射躍遷射躍遷光放大光放大受激輻射受激輻射產(chǎn)生噪聲產(chǎn)生噪聲自發(fā)輻射自發(fā)輻射 受激吸收受激吸收基態(tài)基態(tài)能帶能帶泵浦泵浦能帶能帶980nm 1480nm亞穩(wěn)態(tài)能帶亞穩(wěn)態(tài)能帶1550nm摻鉺光纖放大器的基本結(jié)構(gòu)摻鉺光纖：摻鉺光纖： 當(dāng)一定的泵浦光注入到摻鉺光纖中時(shí)，當(dāng)一定的泵浦光注入到摻鉺光纖中時(shí)， Er3+從低能級(jí)被激發(fā)到從低能級(jí)被激發(fā)到高能級(jí)上，由于在高能級(jí)上的壽命很短，很快以非輻射躍遷形式到較低能高能級(jí)上，由于在高能級(jí)上的壽命很短，很快以非輻射躍遷形式到較低能級(jí)上，并在該能級(jí)和低能級(jí)間形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布。波分復(fù)用耦合器：波分復(fù)用耦合器： 將信號(hào)光和泵浦光合路進(jìn)入摻鉺光纖中。三種泵浦方式的 EDFALD2WDM2EDFAPCAPCin outLD1WDM1LDWDMEDFAPC APCin outLDWDMEDFAPCAPCin out同向泵浦同向泵浦 (前向泵浦前向泵浦 )型：好的噪聲性能型：好的噪聲性能反向泵浦反向泵浦 (后向泵浦后向泵浦 )型型：輸出信號(hào)功率高：輸出信號(hào)功率高雙向泵浦型：輸出信雙向泵浦型：輸出信號(hào)功率比單泵浦源高號(hào)功率比單泵浦源高3dB，且放大特性與，且放大特性與信號(hào)傳輸方向無關(guān)信號(hào)傳輸方向無關(guān)Multistage EDFA由于光纖對由于光纖對 1480nm 的光損耗較小，所以的光損耗較小，所以1480nm 泵浦光又常用于遙泵方式。輸出信號(hào)光功率輸出信號(hào)光功率輸入信號(hào)光功率輸入信號(hào)光功率小信號(hào)增益小信號(hào)增益 G＝＝ 30dB時(shí)，增益對輸入光功率的典型時(shí)，增益對輸入光功率的典型依存關(guān)系依存關(guān)系輸入光功率較小時(shí)，輸入光功率較小時(shí)， G是一常數(shù)，即輸出光功率是一常數(shù)，即輸出光功率 PS,OUT與輸入光功率與輸入光功率 PS,IN成正比例。G0 飽和輸出功率：飽和輸出功率： 放大器增益降至小放大器增益降至小信號(hào)增益一半時(shí)的輸出功率。增益飽和現(xiàn)象。光放大器的增益譜不平坦。小信號(hào)增益隨泵浦功率而變的曲線小信號(hào)增益小信號(hào)增益隨放大器長隨放大器長度而變的曲度而變的曲線線當(dāng)泵浦功率一定時(shí)，放大器在某一最佳長度時(shí)獲得最大增益，如果當(dāng)泵浦功率一定時(shí)，放大器在某一最佳長度時(shí)獲得最大增益，如果放大器長度超過此值，由于泵浦的消耗，最佳點(diǎn)后的摻鉺光纖不能放大器長度超過此值，由于泵浦的消耗，最佳點(diǎn)后的摻鉺光纖不能受到足夠泵浦，而且要吸收已放大的信號(hào)能量，導(dǎo)致增益很快下受到足夠泵浦，而且要吸收已放大的信號(hào)能量，導(dǎo)致增益很快下降。二、放大器的噪聲n 所有光放大器在放大過程中都會(huì)把自發(fā)輻射（或散射）疊加到信號(hào)光上，導(dǎo)致被放大信號(hào)的信噪比（ SNR）下降，其降低程度通常 用噪聲指數(shù) Fn來表示，其定義為：n 主要噪聲源： 放大的自發(fā)輻射噪聲（ ASE） ，它源于放大器介質(zhì)中電子空穴對的自發(fā)復(fù)合。 寬
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