【正文】 。 為什么在 SBA中信號與泵浦光必定反向傳輸 ? 第 6章 光放大器 5. 一個(gè)長 250 μm的半導(dǎo)體激光器用做 FP放大器 ， 有源區(qū)折射率為 4， 則放大器通帶帶寬是多少 ？ 6. EDFA在光纖通信系統(tǒng)中的應(yīng)用形式有哪些 ？ 7. EDFA的主要性能指標(biāo)有哪些 ? 說明其含義 。 EDFA有哪些優(yōu)點(diǎn) ? 2. EDFA的泵浦方式有哪些 ? 各有什么優(yōu)缺點(diǎn) ？ 3. 一個(gè) EDFA功率放大器 ， 波長為 1542 nm的輸入信號功率為 2 dBm， 得到的輸出功率為 Pout=27 dBm， 求放大器的增益 。 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)多波長同時(shí)轉(zhuǎn)換 ， 在 SOA增益帶寬內(nèi)可對輸入 、 輸出波長連續(xù)調(diào)諧 ， 信道波長切換方便 。 第 6章 光放大器 圖 非干涉型 SOAXPM型 AOWC 探 測 光 ?c泵 浦 光 ?sS O A環(huán) 型 器 光 纖 光 柵濾 波 器變 換 后 輸 出 ?c第 6章 光放大器 半導(dǎo)體光放大器中的四波混頻 (FWM)技術(shù) SOA不僅具有線性放大功能 ， 而且還具有若干重要的非線性效應(yīng) ， FWM過程就是其中之一 。 與 XGM方式相比， XPM方式變換效率高， 消光比性能改善。 典型的干涉型結(jié)構(gòu)有馬赫 —曾德爾 (MachZehnder)型(MZ)， 如圖 。 如果信號光功率使 CW（ 連續(xù)光 ） 光相位在 “ 0”和 “ π”之間變化 ， 也就實(shí)現(xiàn)了信號從 λs到 λc的變換 。 第 6章 光放大器 波長為 λc的探測波 (CW)和波長為 λs的信號光 (或稱泵浦光 )從不同的方向耦合到干涉儀的兩波導(dǎo)臂上 ， 信號光“ 0”、 “ 1”的變化 ， 將引起折射率隨之變化 ， 探測光通過兩臂后相位差也發(fā)生變化 。 根據(jù)泵浦光造成的 SOA中折射率變化的原理 ， 人們制成了基于SOA中交叉相位調(diào)制 (XPM)的全光波長變換器 。 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 。 其主要缺點(diǎn)是 ， 對于上變換 ， 消光比變壞 ， 信號是倒相輸出的 ， TE模增益比 TM模增益高約 5～ 6 dB， 這會使波長變換性能與輸出信號偏振態(tài)相關(guān) 。 同時(shí) ， 注入的 CW探測波的強(qiáng)度變化也受增益變化影響而按泵浦信號的調(diào)制規(guī)律變化 ， 用帶通濾波器取出變換后的 λs信號 ， 即可實(shí)現(xiàn)從λp到 λs的 AOWC。 CW探測波 (λc)和泵浦波 (λs)經(jīng)耦合器注入 SOA， SOA對入射光功率存在增益飽和特性： 當(dāng)信號光強(qiáng)度增加時(shí) ， SOA的增益變小； 第 6章 光放大器 當(dāng)信號光強(qiáng)度減弱時(shí) ， SOA的增益變大 。 其中 ， 基于 SOA的 AOWC技術(shù)是最為成功的波長變換技術(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) 。 而全光波長變換技術(shù)能直接把輸入波長的信息轉(zhuǎn)移到輸出波長上 ， 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) 。 常規(guī)的波長變換技術(shù)是指光 —電 —光的轉(zhuǎn)換形式 ， 如圖 。 第 6章 光放大器 光波長變換器 光波長變換技術(shù)是指把輸入波長上載運(yùn)的信息轉(zhuǎn)移到新的輸出波長上的技術(shù) 。 第 6章 光放大器 圖 單 / (a) 單波長； (b) 多波長 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 。 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 ， 如單波長激光器 、 多波長激光器 。 圖中 ， 光隔離器和濾波器保證光的單向傳輸 ， 兩束泵浦激光通過 WDM耦合器對鉺光纖泵浦 。 實(shí)際的激光器的構(gòu)成要復(fù)雜一些 ， 平面反射鏡構(gòu)成的腔用得也不如環(huán)形腔多 。 摻鉺光纖激光器的基本結(jié)構(gòu)包括由一對平面反射鏡構(gòu)成的諧振腔和 EDF摻鉺光纖 。 第 6章 光放大器 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 （ 5） 由于其輸出波長由摻雜決定 ， 因而可選用價(jià)格低廉的泵浦激光器 ， 只需其波長與稀土元素吸收譜相對應(yīng) 。 （ 3） 其本身的圓柱幾何尺寸與光纖易耦合 ， 輸出光功率很容易耦合到光纖中去 。 光纖激光器的實(shí)質(zhì)是一個(gè)波長轉(zhuǎn)換器 ， 它將泵浦光的波長轉(zhuǎn)換為所需的波長的光信號 ， 因而不改變原有信號的格式 ， 可適應(yīng)模擬與數(shù)字傳輸及混合傳輸 。 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 。 在光波系統(tǒng)中 ， 不同的應(yīng)用對光放大器有不同的要求 。 (3) 前置放大器： 如圖 (c)所示 , 即將光放大器接在光接收機(jī)前 ， 以提高接收功率和信噪比 ， 增加通信距離 。 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 。 (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 。 第 6章 光放大器 光放大器的應(yīng)用 光放大器在不同的光纖通信系統(tǒng)中均有應(yīng)用。 第 6章 光放大器 4. 全光波長變換器 AOWC SOA的一個(gè)主要應(yīng)用是利用 SOA中發(fā)生的交叉增益調(diào)制 、 交叉相位調(diào)制和四波混頻效應(yīng)來實(shí)現(xiàn)波長轉(zhuǎn)換 。 通過的信號因半導(dǎo)體中載流子數(shù)反轉(zhuǎn)而得到放大 ， 而受阻的信號則因半導(dǎo)體沒有達(dá)到載流子反轉(zhuǎn)數(shù)而被吸收 。 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 。 第 6章 光放大器 2. 光電集成器件 半導(dǎo)體放大器可與光纖放大器相抗衡的優(yōu)點(diǎn)是體積小 、 成本低以及可集成性 , 即可以集成在含有很多其它光電子器件 (例如激光器和檢測器 )的基片上 。 第 6章 光放大器 SOA的性能與應(yīng)用 SOA的應(yīng)用主要集中在以下幾個(gè)方面 。 (7) 幾個(gè) SOA可以集成為一個(gè)陣列 。 (5) 它們工作在 μm， μm和 μm波長范圍 。 (3) 它們的輸出飽和功率范圍是 5～ 10 dBm。 SOA的主要特性是： 第 6章 光放大器 (1) 它們與偏振有關(guān) ， 因此需要保偏光纖 。 TWA的功率輸出高 ， 對偏振的靈敏度低 ， 光帶寬寬 ， 因而它比 FPA使用得更廣 。 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。 當(dāng)光信號進(jìn)入腔內(nèi)后 ， 它在兩個(gè)端面來回反射并得到放大 ， 直至以較高的功率發(fā)射出去 。 在 FPA中 ， 形成 PN結(jié)有源區(qū)的晶體的兩個(gè)解理面作為法布里 珀羅腔的部分反射鏡 ， 其自然反射率達(dá)到 32%。 輸入光信號會通過受激輻射過程激活這些電子 ，