光纖通信第7章光放大器(完整版)
【正文】 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(zhǎng)傳輸距離延長(zhǎng)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(hào)的放大，放大器的特性主要由摻雜元素決定。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(zhǎng)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 工作波長(zhǎng)為 1550nm 的鉺 (Er)摻雜光纖放大器 (EDFA)n 工作波長(zhǎng)為 1300nm 的鐠 (Pr)摻雜光纖放大器 (PDFA)n 工作波長(zhǎng)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。 鉺鉺 離子簡(jiǎn)化離子簡(jiǎn)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+從低從低 能級(jí)被激發(fā)到高能能級(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級(jí)上，并級(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。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(duì)由于光纖對(duì) 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泵浦光又常用于遙泵方式 。信號(hào)增益一半時(shí)的輸出功率。對(duì)于給定的放大器長(zhǎng)度（對(duì)于給定的放大器長(zhǎng)度（ EDF長(zhǎng)度），增益隨泵浦長(zhǎng)度），增益隨泵浦功率在開始時(shí)按指數(shù)增加，當(dāng)泵浦功率超過一定值功率在開始時(shí)按指數(shù)增加，當(dāng)泵浦功率超過一定值時(shí)，增益增加變緩，并趨于一恒定值。?當(dāng)粒子數(shù)不完全反轉(zhuǎn)時(shí)當(dāng)粒子數(shù)不完全反轉(zhuǎn)時(shí)， nsp1；；激發(fā)態(tài)的粒子數(shù)激發(fā)態(tài)的粒子數(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。n EDFA對(duì)信道的插入、分出或無光故障等因素引起的輸入光功率的變化（較低速變化）能產(chǎn)生響應(yīng) 瞬態(tài)特性。3. 聲光濾波調(diào)節(jié)：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，之均衡， 動(dòng)態(tài)均衡動(dòng)態(tài)均衡 需要解復(fù)用、光電轉(zhuǎn)換、結(jié)構(gòu)需要解復(fù)用、光電轉(zhuǎn)換、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，實(shí)用性受限復(fù)雜，實(shí)用性受限增益平坦增益平坦 /均衡技術(shù)均衡技術(shù) (2)4. 預(yù)失真技術(shù)預(yù)失真技術(shù)不靈活，傳輸鏈路變換后，輸入功率也要隨之調(diào)整不靈活，傳輸鏈路變換后，輸入功率也要隨之調(diào)整增益平坦增益平坦 /均衡技術(shù)均衡技術(shù) (3)?EDFA對(duì)信道的插入、分出或信道無光故障等因素引起對(duì)信道的插入、分出或信道無光故障等因素引起的輸入光功率的變化（較低速變化）能產(chǎn)生響應(yīng)的輸入光功率的變化（較低速變化）能產(chǎn)生響應(yīng) 瞬態(tài)瞬態(tài)特性特性?瞬態(tài)特性使得剩余信道獲得過大的增益，并輸出過大瞬態(tài)特性使得剩余信道獲得過大的增益，并輸出過大的功率，而產(chǎn)生非線性，最終導(dǎo)致其傳輸性能的惡化的功率，而產(chǎn)生非線性，最終導(dǎo)致其傳輸性能的惡化 需進(jìn)行自動(dòng)增益控制需進(jìn)行自動(dòng)增益控制?對(duì)于級(jí)聯(lián)對(duì)于級(jí)聯(lián) EDFA系統(tǒng)，瞬態(tài)響應(yīng)時(shí)間可短至幾系統(tǒng)，瞬態(tài)響應(yīng)時(shí)間可短至幾 ~幾十幾十 ?s， 要求增益控制系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間相應(yīng)為幾要求增益控制系統(tǒng)的響
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