【正文】 , λ 和 Δλ 分別為中心波長和相應(yīng)的波段寬度， c為真空中光速 )為 17700 GHz； 波長為 μm( ～ μm) 的窗口， 相應(yīng)的帶寬為 12500 GHz。如果信道頻率間隔為 10 GHz， 在理想情況下， 一根光纖可以容納 3000個信道。 圖 中心波長在 和 的硅光纖低損耗傳輸窗口 (插圖表示 傳輸窗口的多信道復(fù)用 ) 80001 . 02 . 03 . 04 . 01000 1200 1400 1600 1800載波頻率信道間隔1 ~ 1 0 G H z波長 / n m衰減 / (dB 1. WDM 光波分復(fù)用 (WDM： Wavelength Division Multiplexing)技術(shù)是在一根光纖中同時傳輸多個波長光信號的一項技術(shù) 。 在光纖通信系統(tǒng)中除了大家熟知的時分復(fù)用 (TDM)技術(shù)外 ， 還出現(xiàn)了其他的復(fù)用技術(shù) ， 例如光時分復(fù)用 (OTDM)、 光波分復(fù)用 (WDM)、 光頻分復(fù)用 (OFDM)以及副載波復(fù)用 (SCM)技術(shù) 。 發(fā)展迅速的各種新型業(yè)務(wù) (特別是高速數(shù)據(jù)和視頻業(yè)務(wù) )對通信網(wǎng)的帶寬 (或容量 )提出了更高的要求 。這樣既能獲得較大的增益，又能保證得到較高的光信噪比。另外由于拉曼放大器的增益較低，從經(jīng)濟性的角度考慮，它不適合單獨做功率放大器。 除此之外拉曼放大器還具備另外一個非常突出的優(yōu)點就是能同其他光放大器（比如 EDFA）進行有機結(jié)合，通過有機的混合使用可以構(gòu)成寬帶寬、低噪聲、增益平坦、高輸出功率、響應(yīng)時間短的混合放大系統(tǒng)。 為此，必須要提出一種既要滿足超寬帶寬要求，又能滿足超低噪聲要求的新型光放大器。 EDFA的出現(xiàn)確實極大的促進了現(xiàn)代光通信系統(tǒng)的發(fā)展。所謂拉曼放大實際上是放大器的一個非諧振過程，其放大增益相應(yīng)僅僅依賴于泵浦波長。由于這種放大器是在光行進過程中對光進行放大的，故被稱為行波式光放大器。但半導(dǎo)體光放大器容易集成，適宜同光集成和光電集成電路結(jié)合使用。它們工作原理都是基于激光半導(dǎo)體介質(zhì)固有的受激輻射光放大機制，所不同的在于 SOA去掉了構(gòu)成激光振蕩的諧振腔，并且 SOA使用電流直接激勵驅(qū)動的。 圖 (a) 中繼放大器； (b) 前置放大器和后置放大器 LD PD中繼放大器( a )LD PD后置放大器( b )前置放大器光纖半導(dǎo)體光放大器 現(xiàn)代光放大器中最早出現(xiàn)的使半導(dǎo)體光放大器（ SOA）。 （ 2）前置放大器（ PA）。 EDFA的應(yīng)用， 歸納起來可以分為三種形式， 如圖。 1550 nm EDFA在各種光纖通信系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用，并取得了良好效果。 如果加上 1310 nm摻鐠光纖放大器 (PDFA)， 頻帶可以增加一倍 。 用于多信道傳輸時 ， 隔離度大 ， 無串?dāng)_ ， 適用于波分復(fù)用系統(tǒng) 。 增益特性與光偏振狀態(tài)無關(guān) 。 (2) 增益高 ， 約為 30～ 40 dB。 表 EDFA有許多優(yōu)點 ， 并已得到廣泛應(yīng)用 。 摻鉺光纖越長 ， 飽和度越深 。 在泵浦光功率一定的條件下 ， 當(dāng)輸入信號光功率較小時 ， 放大器增益不隨輸入信號光功率而變化 ， 基本上保持不變 。熔拉雙錐光纖耦合器型和干涉濾波型波分復(fù)用器最適用。波長為 980 nm的泵浦光轉(zhuǎn)換效率更高，達 10 dB/mW，而且噪聲較低，是未來發(fā)展的方向。 （ 1）對泵浦光源的基本要求是大功率和長壽命。光功率為 10~100mW，工作波長為 μm 。 （ 3）摻珥光纖：長約 10~100m， Er 3+濃度約為 25mg/kg。 圖 (a)為光纖放大器構(gòu)成原理圖 ， 主要構(gòu)成部件及功能為： （ 1）光隔離器：防止反射光影響光放大器的工作穩(wěn)定性。 當(dāng)泵浦光功率為 60 mW時 ， 吸收效率 ［ (信號輸入光功率 信號輸出光功率 )/泵浦光功率 ］ 為 88%。 波長在 μm 附近時 ，吸收和增益最大 。 從摻鉺光纖放大器的工作原理可以看出，光放大是由于泵浦光的能量轉(zhuǎn)換為信號光的結(jié)果。 （ 2）但是激發(fā)態(tài)是不穩(wěn)定的， Er3+很快返回到能級 2（無輻射躍遷）。 如圖 ， 在摻鉺光纖 (EDF)中 ， 鉺離子 (Er3+)有三個能級： 其中能級 1代表基態(tài) ， 能量最低；能級 2是亞穩(wěn)態(tài) ， 處于中間能級；能級 3代表激發(fā)態(tài) ， 能量最高 。 光纖放大器實際上是把工作物質(zhì)制作成光纖形狀的固體激光器 ， 所以也稱為光纖激光器 。 種類： (1)半導(dǎo)體光放大器（ SOA） 半導(dǎo)體光放大器的優(yōu)點是小型化，容易與其他半導(dǎo)體器件集成； 缺點是性能與光偏振方向有關(guān)，器件與光纖的耦合損耗大。 （ 4）短短幾年時間， EDFA迅速走向?qū)嵱没?，由于光纖放大器的問世， 在 1990年到 1992年不到兩年的時間里光纖系統(tǒng)的容量增加了整整一個數(shù)量級 ，而在此之前為達到相同的增長卻花費了整整 8年時間。 （ 3） 1987年，英國南安普敦大學(xué)和美國 ATamp。 光放大器的發(fā)展歷史： （ 1） 1980年以后，首先出現(xiàn)了利用半導(dǎo)體技術(shù)的半導(dǎo)體光放大器 SOA（ Semiconductor Optical Amplifier）的法布里 —— 泊羅型半導(dǎo)體激光放大器，并開始對行波式半導(dǎo)體激光放大器進行研究。 （ 7）波長變換技術(shù)。 （ 6）光時分復(fù)用技術(shù)。 （ 5）相干光通信。 （ 4）光孤子通信。 （ 3）光交換技術(shù)。 （ 2）光波分復(fù)用技術(shù)。 已經(jīng)實用化或者有重要應(yīng)用前景的新技術(shù)： （ 1）光放大技術(shù)。 光纖放大器 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) 光時分復(fù)用技術(shù) 波長變換技術(shù) 第 7 章 光纖通信新技術(shù) 返回主目錄 第 7章 光纖通信新技術(shù) 光纖通信發(fā)展的目標(biāo)是提高通信能力和通信質(zhì)量 ， 降低價格 ， 滿足社會需要 。 進入 20世紀 90年代以后 ， 光纖通信成為一個發(fā)展迅速 、 技術(shù)更新快 、 新技術(shù)不斷涌現(xiàn)的領(lǐng)域 。代替光 電 光再生中繼器。擴大網(wǎng)絡(luò)通信的容量。突破電子線路的極限速率 20Gb/s，是實現(xiàn)全光通信的關(guān)鍵技術(shù)。改善色散的影響，實現(xiàn)超長距離傳輸。提高靈敏度，增加傳輸距離。提高傳輸速率，擴大傳輸容量。擴大 WDM網(wǎng)絡(luò)的靈活性和可擴容性。 （ 2）另一方面，隨著光纖技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了利用光纖非線性效應(yīng)的光纖拉曼放大器。T Bell實驗室報道了離子態(tài)的稀土元素鉺在光纖中可以提供 波長處的光增益，這標(biāo)志著摻鉺光纖放大器（ EDFA）的研究取得突破性進展。這明確表明了光放大器的巨大作用，為光纖通信展現(xiàn)了無限廣闊的發(fā)展前景。 (2)光纖放大器 摻鉺光纖放大器（ EDFA） 分布光纖拉曼放大器（ DRA） —— 非線性光纖放大器 卓至飛高公司系列光纖放大器： RF1550XX I型 EDFA RF1550XX 野外型 EDFA EDFA SOA 纖 放 大 光纖放大器的性能與光偏振方向無關(guān) ， 器件與光纖的耦合損耗很小 ， 因而得到廣泛應(yīng)用 。 20世紀 80年代末期 ， 波長為 μm 的摻鉺 (Er)光纖放大器 (EDFA： Erbium Doped Fiber Amplifier)研制成功并投入實用 ， 把光纖通信技術(shù)水平推向一個新高度 ， 成為光纖通信發(fā)展史上一個重要的里程碑 。 （ 1）當(dāng)泵浦 (Pump, 抽運 )光的光子能量等于能級 3和能級 1的能量差時，鉺離子吸收泵浦光從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài) (1→3) 。 （ 3）如果輸入的信號光的光子能量等于能級 2和能級 1的能量差，則處于能級 2的 Er3+將躍遷到基態(tài) (2→1) ，產(chǎn)生受激輻射光，因而信號光得到放大。為提高放大器增益， 應(yīng)提高對泵浦光的吸收， 使基態(tài) Er3+盡可能躍遷到激發(fā)態(tài)，圖 (b)示出 EDFA增益和吸收頻譜。 圖 (a)示出輸出信號光功率和輸入泵浦光功率的關(guān)系 ， 由圖可見 ， 泵浦光功率轉(zhuǎn)換為信號光功率的效率很高 ， 達到%。 圖 （ b）是小信號條件下增益和泵浦光功率的關(guān)系，當(dāng) 泵浦光功率小于 6mW時，增益線性增加，增益系數(shù)為 。 （ 2）光耦合器（波分復(fù)用器）：把信號光和泵浦光混合起來。 （ 4）泵浦光源：形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布。 實用光纖放大器外形圖及其構(gòu)成方框圖 EDFA構(gòu)成器件的性能選擇： EDFA的增益取決于 Er 3+的濃度 、 光纖長度 和 直徑 以及 泵浦光功率 等多種因素，通常由實驗獲得最佳增益。波長為 1480 μm 的 InGaAsP多量子阱 (MQW)激光器， 輸出光功率高達 100 mW, 泵浦光轉(zhuǎn)換為信號光效率在 6 dB/mW以上。 （ 2）對波分復(fù)用器的基本要求是插入損耗小。 （ 3）對光隔離器的作用是它的基本要求是插入損耗小，反射損 圖 EDFA商品的特性曲線 ， 圖中顯示出增益 、 噪聲指數(shù)和輸出信號光功率與輸入信號光功率的關(guān)系 。 當(dāng)信號光功率增加到一定值 (一般為 20 dBm) 后 ， 增益開始隨信號光功率的增加而下降 ， 因此出現(xiàn)輸出信號光功率達到飽和的現(xiàn)象 。 － 1 0 . 0－ 40－ 5 . 00 . 05 . 01 0 . 01 5 . 02 0 . 0