【正文】 在多信道通信系統(tǒng)中 ， 可在接收端注入一泵浦光 ， 與多信道光信號(hào)的傳播方向相反 ， 通過調(diào)節(jié)泵浦頻率就可選擇不同信道的信號(hào)進(jìn)行放大 。 （ 3） 高的飽和輸出 （ 約 20 dBm） 。 4. 氟化物 EDFA 氟化物摻鉺光纖放大器 (FEDFA)是以氟化物為主要材料 、 摻鉺光纖為主體而構(gòu)成的光纖放大器 。 在 1600 nm波長(zhǎng)時(shí) ， EDFA在碲化物中的受激發(fā)射面是氟化物和石英的兩倍 。 硅和氟 EDFA大約在超過 1627 nm波長(zhǎng)時(shí)不能放大光信號(hào) ， 而碲化物EDFA可以工作到 1634 nm， 這是碲化物 EDFA的固有優(yōu)點(diǎn) 。 輸入光信號(hào)會(huì)通過受激輻射過程激活這些電子 ， 使其躍遷到較低的能級(jí) ， 從而產(chǎn)生一個(gè)放大的光信號(hào) 。 TWA的功率輸出高 ， 對(duì)偏振的靈敏度低 ， 光帶寬寬 ， 因而它比 FPA使用得更廣 。 (7) 幾個(gè) SOA可以集成為一個(gè)陣列 。 通過的信號(hào)因半導(dǎo)體中載流子數(shù)反轉(zhuǎn)而得到放大 ， 而受阻的信號(hào)則因半導(dǎo)體沒有達(dá)到載流子反轉(zhuǎn)數(shù)而被吸收 。 第 6章 光放大器 圖 (a) 在線放大器； (b) 后置放大器； (c) 前置放大器； (d) 功率補(bǔ)償放大器 ( a )光 T X 光 R XG光 纖 鏈 路光 T X 光 R XG( b )( c )( d )光 T X光 R XG 光 R X光 R X光 T X 光 R XG第 6章 光放大器 (2) 后置放大器： 如圖 (b)所示 ， 即將光放大器接在光發(fā)送機(jī)后 ， 以提高光發(fā)送機(jī)的發(fā)送功率 ， 增加傳輸距離 。 光纖激光器的實(shí)質(zhì)是一個(gè)波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器 ， 它將泵浦光的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換為所需的波長(zhǎng)的光信號(hào) ， 因而不改變?cè)行盘?hào)的格式 ， 可適應(yīng)模擬與數(shù)字傳輸及混合傳輸 。 摻鉺光纖激光器的基本結(jié)構(gòu)包括由一對(duì)平面反射鏡構(gòu)成的諧振腔和 EDF摻鉺光纖 。 第 6章 光放大器 圖 單 / (a) 單波長(zhǎng)； (b) 多波長(zhǎng) 泵 浦 激 光隔 離 器光柵 光柵輸出摻 鉺 光 纖 ( ED F )泵 浦 激 光隔 離 器光柵 光柵輸出( a )光柵 光柵ED F ED F( b )第 6章 光放大器 光纖受激拉曼和受激布里淵激光器 光纖受激拉曼和受激布里淵激光器利用了光纖中的線性效應(yīng) ， 其最大的優(yōu)點(diǎn)是比稀土元素?fù)诫s光纖激光器具有更高的飽和功率和沒有泵浦源的限制 。 其中 ， 基于 SOA的 AOWC技術(shù)是最為成功的波長(zhǎng)變換技術(shù) ， 它主要利用 SOA中的交叉增益調(diào)制 (XGM)技術(shù) 、 交叉相位調(diào)制 (XPM)技術(shù)和四波混頻 (FWM)技術(shù) 。 第 6章 光放大器 半導(dǎo)體光放大器中的交叉相位調(diào)制 （ XPM） 技術(shù) 當(dāng)泵浦光入射到 SOA中時(shí) ， 載流子的變化將引起SOA兩方面的變化： 一是 SOA增益的變化； 二是 SOA折射率的變化 。 典型的干涉型結(jié)構(gòu)有馬赫 —曾德爾 (MachZehnder)型(MZ)， 如圖 。 用這種方式已實(shí)現(xiàn)具有 40 Gb/s、 nm和 10 Gb/s、 30 nm的高變換效率 (0 dB), 高SNR(16 dB), 上下變換范圍達(dá) 30 nm等良好性能的全光波長(zhǎng)變換 。 。 第 6章 光放大器 圖 SOAFWM型 AOWC ?p?sfj＝ 2?p－ ?s半 導(dǎo) 體 放 大 ( S O A )( 四 波 混 頻 ）第 6章 光放大器 這種變換方式的特點(diǎn)在于對(duì)調(diào)制方式和數(shù)據(jù)速率透明 ， 有幾個(gè) THz響應(yīng)帶寬 ， 超快速工作 ， 內(nèi)在啁啾小 ， 可實(shí)現(xiàn)多波長(zhǎng)同時(shí)轉(zhuǎn)換 ， 在 SOA增益帶寬內(nèi)可對(duì)輸入 、 輸出波長(zhǎng)連續(xù)調(diào)諧 ， 信道波長(zhǎng)切換方便 。 如果信號(hào)光功率使 CW（ 連續(xù)光 ） 光相位在 “ 0”和 “ π”之間變化 ， 也就實(shí)現(xiàn)了信號(hào)從 λs到 λc的變換 。 其主要缺點(diǎn)是 ， 對(duì)于上變換 ， 消光比變壞 ， 信號(hào)是倒相輸出的 ， TE模增益比 TM模增益高約 5～ 6 dB， 這會(huì)使波長(zhǎng)變換性能與輸出信號(hào)偏振態(tài)相關(guān) 。 而全光波長(zhǎng)變換技術(shù)能直接把輸入波長(zhǎng)的信息轉(zhuǎn)移到輸出波長(zhǎng)上 ， 不必經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換 ， 這就有利于避免電速度的 “ 瓶頸 ” 效應(yīng) 。 利用紫外光 （ UV） 光寫入技術(shù)可制作多種光纖光柵 ， 可使用不同的泵浦源 ， 實(shí)現(xiàn)多種特性的激光器 ， 如單波長(zhǎng)激光器 、 多波長(zhǎng)激光器 。 第 6章 光放大器 摻鉺光纖激光器 可用于制造光纖激光器的稀土元素有 Er3+、 Nd3+等 ， 其中 Er3+的放大帶在 1550 nm窗口 ， Nd3+的放大帶在8500 nm 和 1300 nm窗口 ， 它們構(gòu)成的激光器的結(jié)構(gòu)基本相同 。 第 6章 光放大器 光 纖 激 光 器 利用摻雜光纖 （ 如稀土元素的鉺 、 鐠等 ） 或光纖中的受激拉曼散射 SRA、 受激布里淵散射 SBA可制成各種光纖激光器來產(chǎn)生激光 。 (1) 在線放大器： 如圖 (a)所示 ， 即用在線放大器代替光電光混合中繼器 。 因?yàn)榘雽?dǎo)體在有泵浦時(shí)可以產(chǎn)生放大 ， 而在沒有泵浦時(shí)產(chǎn)生吸收 。 (5) 它們工作在 μm， μm和 μm波長(zhǎng)范圍 。 第 6章 光放大器 TWA的結(jié)構(gòu)與 FPA的基本相同 ， 但兩個(gè)端面上鍍的是增透膜 ， 習(xí)慣稱為防反射膜或涂層 AR。 因此 SOA只能放大光信號(hào) ， 但不能產(chǎn)生相干的光輸出 。 在 1530～ 1610 nm的波長(zhǎng)區(qū) ， 得到了 20 dB以上的增益 ， 增益平坦度達(dá) dB。 （ 4） 可靠性有待研究 。 如果進(jìn)一步提高鋁的摻雜濃度 ， 不管是對(duì)小信號(hào)功率 ， 還是對(duì)大信號(hào)功率都能提高在 1540 nm時(shí)的增益 ， 因而可減小增益差以達(dá)到平坦增益的目的 。 摻鐠光纖放大器 （ PDFA） 是在非石英光纖如氟化物光纖中摻入鐠來對(duì)光信號(hào)進(jìn)行放大的 ， 它與 EDFA相比具有如下特點(diǎn)： 第 6章 光放大器 （ 1） 工作在 μm波長(zhǎng) （ 1280～ 1340 nm） 。 例如在相干通信系統(tǒng)中 ， 可用 SBA有選擇性地放大光載波而不放大調(diào)制邊帶 ， 利用放大后的光載波作為本振光 ， 實(shí)現(xiàn)零差檢測(cè) 。 （ 2） 多通道的相干光通信 （ 第 6章介紹 ） ， 能有選擇性地放大光載波 ， 抑制調(diào)制產(chǎn)生的邊頻 ， 這樣放大后的光載波可以用作本振光 ， 實(shí)現(xiàn)零差檢測(cè) 。 為了實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離通信 ， 每經(jīng)幾十千米后需再注入泵浦功率 ， 構(gòu)成分布式級(jí)聯(lián)光纖拉曼放大 。 第 6章 光放大器 SRA的性能與應(yīng)用 光纖拉曼放大器有兩種類型的應(yīng)用 ， 一種稱為集中式 SRA， 另一種稱為分布式 SRA。 對(duì)非晶態(tài)石英光纖， 其分子振動(dòng)能級(jí)融合在一起， 形成了一條能帶， 因此可在較寬的頻差（ ωp－ ωas）范圍（ 40 THz）內(nèi)通過 SRS效應(yīng)實(shí)現(xiàn)信號(hào)的光放大。 頻率為 ωp和ωas的泵浦光和信號(hào)光通過 WDM合波器輸入至光纖 ， 當(dāng)這兩束光在光纖中一起傳輸時(shí) ， 泵浦光的能量通過SRS效應(yīng)轉(zhuǎn)移給信號(hào)光 ， 使信號(hào)光得到放大 。 第 6章 光放大器 受激拉曼散射 (SRS)過程可以看成是物質(zhì)分子對(duì)光子的散射過程， 或者說光（光子）與物質(zhì)（分子）的相互諧振作用過程。 第 6章 光放大器 2. EDFA的噪聲 EDFA的噪聲主要有四種： 信號(hào)光的散粒噪聲； 被放大的自發(fā)輻射 (ASE)； ASE光譜與信號(hào)光之間的差拍噪聲 (指的是信號(hào)和 ASE經(jīng)光檢測(cè)器輸出的光生電流表達(dá)式中的交叉項(xiàng) )； ASE光譜間的差拍噪聲 (指的是ASE的二次項(xiàng) )。 自發(fā)輻射因子即粒子數(shù)反轉(zhuǎn)因子 (nsp)可以定義為 122NNNnsp ??第 6章 光放大器 其中 ， N2和 N1分別是高低能級(jí)上的粒子數(shù) 。 泵浦功率小時(shí)輸出光功率增加很快 ， 隨著泵浦功率增加 ， 放大器增益出現(xiàn)飽和 ， 即泵浦功率增加很多 ， 而增益基本保持不變 ， 此時(shí)放大器的增益效率將隨著泵浦功率的增加而下降 。 （ 6） 與光纖的耦合損耗小 （ 1 dB） 。 第 6章 光放大器 (1) 同向泵浦是一種信號(hào)光與泵浦光以同一方向從摻鉺光纖的輸入端注入的結(jié)構(gòu) ， 也稱為前向泵浦 。 第 6章 光放大器 EDFA的組成結(jié)構(gòu) 圖 EDFA的基本組成， 包括： 泵浦激光、 波分復(fù)用 (WDM)耦合器、 光隔離器和摻鉺光纖（ EDF）。 第 6章 光放大器 環(huán)繞在纖芯外的折射率較低的玻璃包層則完善了波導(dǎo)結(jié)構(gòu)并提供了抗機(jī)械強(qiáng)度的特性 ， 保護(hù)層的加入則將光纖總直徑增大到 250 μm。 (5) 增益波動(dòng) : 是增益帶寬內(nèi)的增益變化范圍 （ 以 dB為單位 ） 。 人們經(jīng)過很大的努力 ， 終于研制成功了全光放大器 ， 它可同時(shí)對(duì)多個(gè)波長(zhǎng)進(jìn)行放大 。第 6章 光放大器 第 6章 光放大器