[工學(xué)]光纖通信劉增基版第七章(完整版)
【正文】 告警電路 泵浦監(jiān)視 和控制電路 泵浦 LD P D 探測(cè)器 泵浦 LD 輸入隔離器 輸入 WDM 輸出耦合器 輸出隔離器 輸出 WDM 摻鉺 光纖 熱 沉 光輸入 ＋ 5 V 0 V － 5 V 電源 監(jiān)視 激光器驅(qū)動(dòng)輸入 光輸出 圖 (b) 實(shí)用光纖放大器構(gòu)成方框圖 EDFA的工作特性 ? 光放大器的增益 ? 光放大器的噪聲 ? EDFA的多信道放大特性 ? EDFA的大功率化 一、光放大器的增益 ? 增益 G是描述光放大器對(duì)信號(hào)放大能力的參數(shù)。 Input signal 1530nm1570nm Amplified output signal Power laser (Pump) 980nm or 1480nm Fiber containing erbium dopant 信號(hào)光與波長(zhǎng)較其為短的光波 (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(jí)，并可通過(guò)能級(jí)間的受激發(fā)射轉(zhuǎn)移為信號(hào)光的能量。實(shí)際上，光放大器在結(jié)構(gòu)上是一個(gè) 沒(méi)有反饋或反饋較小的激光器。 ? 裝置復(fù)雜、耗能多、不能同時(shí)放大多個(gè)波長(zhǎng)信道，在WDM系統(tǒng)中復(fù)雜性和成本倍增。 本章主要介紹一些已經(jīng)實(shí)用化或者有重要應(yīng)用前景的新技術(shù) ， 如 光放大技術(shù) ， 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 ， 光時(shí)分復(fù)用技術(shù) ， 波長(zhǎng)變換技術(shù) 和 無(wú)源光網(wǎng)絡(luò) （ PON） 技術(shù) （ 第 8章 ） 等 等 。 ? 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(guò)受激輻射實(shí)現(xiàn)對(duì)入射光的放大。 ? 工作波長(zhǎng)為 1550nm的鉺 (Er)摻雜光纖放大器 (EDFA) ? 工作波長(zhǎng)為 1300nm的鐠 (Pr)摻雜光纖放大器 (PDFA) ? 工作波長(zhǎng)為 1400nm的銩 (Tm)摻雜光纖放大器 (TDFA) ? 目前， EDFA最為成熟，是光纖通信系統(tǒng)必備器件。 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。 3dB Pout,sat 當(dāng) PS,IN增大到一定值后，光放大器的增益 G開(kāi)始快速下降。 ? 自發(fā)復(fù)合導(dǎo)致寬譜背景噪聲。 3. 聲光濾波調(diào)節(jié)： 根據(jù)各信道功率，反饋控制放大器輸出端的多通道聲光帶阻濾波器，調(diào)節(jié)各信道輸出功率使之均衡， 動(dòng)態(tài)均衡 需要解復(fù)用、光電轉(zhuǎn)換、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，實(shí)用性受限。 ?根據(jù)光放大器端面反射率和工作偏置條件，將半導(dǎo)體光放大器分為： 法布里－珀羅放大器 (FP－ SOA) 行波放大器 (TW－ SOA) 多峰值、帶寬窄，不適合通信系統(tǒng)應(yīng)用，只可用于一些信號(hào)處理。 ? 90年代早期， EDFA取代它成為焦點(diǎn)， FRA受到冷遇。 ?峰值增益頻移：～ ?反向泵浦為主，也可同向泵浦 ?支撐技術(shù) : 14??nm的大功率泵浦激光器，目前已取得實(shí)用化 光纖拉曼放大器原理簡(jiǎn)介 (2) Properties of Raman Scattering in Fibers 特性： ? 在所有類(lèi)型光纖中都會(huì)發(fā)生 ? 峰值增益頻移 ~13 THz (60100nm) ? 增益具有偏振依賴(lài)性，當(dāng)泵浦光與信號(hào)光偏振方向平行時(shí) 增益最大，垂直時(shí)增益最小為零 ? 增益譜很寬 (125nm)但并不平坦 ?FRA以傳輸光纖作為放大介質(zhì)－ 分布式放大， 從而實(shí)現(xiàn)一種“無(wú)損耗”傳輸（可降低入纖光功率，避免非線性效應(yīng)） 光纖拉曼放大器－ 超低噪聲放大原理 脈 沖 幅 度 z 集中放大 Nonlinear Effects Noise High 分布放大 缺點(diǎn)：泵浦功率大(W),對(duì)光纖損害 . Raman Amplifiers 分布放大 分立放大 機(jī)制：拉曼增益與泵浦波長(zhǎng)相關(guān) 方法：多波長(zhǎng)泵浦 增益：各個(gè)泵浦波長(zhǎng)拉曼增益譜的加權(quán)和（以 dB為單位） 光纖拉曼放大器 － 寬帶放大原理 Ultraflat amplifier 光纖拉曼放大器的泵浦要求 ? 高能量輸出。 Raman放大的缺點(diǎn) （ 1）增益較低，需要與 EDFA配合使用； （ 2） 泵浦轉(zhuǎn)化效率低，需要瓦級(jí)高功率泵浦激光器 。（拉曼散射增益具有偏振依賴(lài)性） ? 泵浦波長(zhǎng)至關(guān)重要。 ? 特別是高功率二極管泵浦激光器的迅猛發(fā)展，又為 FRA的實(shí)現(xiàn)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 行波半導(dǎo)體光放大器 ? TW－ SOA與 FP－ SOA的區(qū)別在于端面的反射率大小， TW－ SOA具有極低的端面反射率，通常在 %以下。 LD Pump In Out 泵浦控制均衡放大器（電控） EDFA 增益鉗制技術(shù) (2) ? 在系統(tǒng)中附加一波長(zhǎng)信道， 根據(jù)其它信道的功率，改變附加波長(zhǎng)的功率，而實(shí)現(xiàn)增益鉗制。 寬譜光源 ASE噪聲 ? ? nsnsnso p tPD EEEEEEPi 2222 ???????信號(hào)光和 ASE噪聲一同輸入到光檢測(cè)器中進(jìn)行檢測(cè)，各種頻率分量相互拍頻： 因此，在 PD之后， ASE 帶來(lái)的噪聲包括：
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