【正文】 泵浦設(shè)計(jì)， FRA能獲得平坦度較好的增益 第 7章 光纖通信新技術(shù) 應(yīng)用： FRA+EDFA 1。但實(shí)際上在非保偏光纖中由于模式混擾的原因表現(xiàn)為增益偏振無關(guān)。 第 7章 光纖通信新技術(shù) 典型的拉曼增益曲線 第 7章 光纖通信新技術(shù) 拉曼散射的特點(diǎn)： 1）在玻璃介質(zhì)中參與拉曼散射的是 光學(xué)聲子 （ optical phonons） 2) 在 所有類型的光纖中 都會(huì)發(fā)生，但拉曼增益稀疏的形狀和峰值由摻雜物質(zhì)的密度決定，純 GeO2光纖的峰值是熔融硅光纖的 8倍。研究發(fā)現(xiàn)，石英光纖具有很寬的受激拉曼散射（ SRS）增益譜，并在 13THz附近有一較寬的主峰。（ FRA的優(yōu)勢(shì)） 第 7章 光纖通信新技術(shù) 拉曼光纖放大器 原理 在許多非線性光學(xué)介質(zhì)中，高能量（波長(zhǎng)較短）的泵浦光散射，將一小部分入射功率轉(zhuǎn)移到另一頻率下移的光束，頻率下移量由介質(zhì)的振動(dòng)模式?jīng)Q定，此過程稱為拉曼效應(yīng)。（四波混頻影響） 3。（色散影響） 2。解決的辦法由三種： 1。在 WDM光纖通信系統(tǒng)中需要采取特殊的手段來進(jìn)行增益譜補(bǔ)償。 第 7章 光纖通信新技術(shù) EDFA的不足 波長(zhǎng)固定：鉺離子能級(jí)間的能級(jí)差決定了EDFA的工作波長(zhǎng)是固定的，只能放大 波長(zhǎng)的光波。 增益高，噪聲低，輸出功率大。 第 7章 光纖通信新技術(shù) EDFA的特性 工作波長(zhǎng)于光纖最小損耗窗口一致，在光纖通信中獲得很好的應(yīng)用。 反向泵浦優(yōu)點(diǎn)：不易飽和；噪聲較低。 增益大 ， 泵浦效率高 ， 噪聲小 （ 可低至 3dB） , 是目前光纖放大器的首選泵浦波長(zhǎng) 。 這兩個(gè)波長(zhǎng)的泵浦源都可用半導(dǎo)體激光器實(shí)現(xiàn) 。 具有放大器自動(dòng)增益均衡 （ 控制 ） 功能 。 對(duì) EDFA模塊的其它要求： 具有泵浦源自動(dòng)關(guān)閉功能 。 第 7章 光纖通信新技術(shù) 要點(diǎn) ４、ＥＤＦＡ的性能指標(biāo) 功率增益 輸出飽和功率 噪聲系數(shù) 第 7章 光纖通信新技術(shù) 要點(diǎn) ５、ＥＦＤＡ在光纖通信中的應(yīng)用 前置放大器 功率放大器 中繼器 第 7章 光纖通信新技術(shù) 作業(yè) １、光放大器的種類，畫出各自的工作波段 ２、ＥＤＦＡ的結(jié)構(gòu)及功能 ３、簡(jiǎn)述ＥＤＦＡ的工作原理，并從量子學(xué)的角度解釋 ４、ＥＤＦＡ的幾種應(yīng)用形式 第 7章 光纖通信新技術(shù) 光放大器 通用光放大器結(jié)構(gòu) 第 7章 光纖通信新技術(shù) Characteristics of Optical Amplifiers Signal Gain Pout: light power measured at output of amplifier Pin: measured at the input end Gs: single pass gain Positive feedback Note: the amplifier gain is not so large that selfsustaining oscillations will be excited SSFGGG?? 1???????ino utS PPG lo g10第 7章 光纖通信新技術(shù) Characteristics of Optical Amplifiers Noise Figure – Noise process: spontaneous emission (random events and phases of emitted photons are also random) Pout = GPin + PN GPin: Amplified signal output PN: Amplified spontaneous emissions (ASE) Performance index: outinNSNSNF?????????????第 7章 光纖通信新技術(shù) 第 7章 光纖通信新技術(shù) 光放大器的種類 摻鉺光纖放大器 (Erbiumdoped Fiber Amplifier, EDFA) EDFA GSEDFA 摻碲的 EDFA(Telluridebased EDFA, C+L波帶 ) 喇曼光纖放大器 (Raman), Raman+EDFA 半導(dǎo)體光放大 (SOA) 摻銩光纖放大器 (TDFA,GSTDFA) 第 7章 光纖通信新技術(shù) 摻鉺光纖放大器（ EDFA） 輸入信號(hào) 耦合器 980/1550nm WDM 泵浦光 摻鉺光纖 輸出信號(hào) 光隔離器 第 7章 光纖通信新技術(shù) DWDM系統(tǒng)對(duì)光放大的基本要求 光放大器應(yīng)滿足 ITUT建議 、 。 四、 問題： 工作穩(wěn)定性阻礙其使用化進(jìn)程。 在氟化物光纖中摻入 Pr離子，使之在泵浦光的激勵(lì) 下對(duì)特定波長(zhǎng)的信號(hào)光進(jìn)行放大。 噪聲系數(shù)： （ 4）、工作帶寬 最大增益下降 3dB 處 對(duì)應(yīng)的光譜寬度定義為工作帶寬。 輸出飽和光功率 定義 3dB的飽和光功率為最大輸出光功率， 表明 EDFA正常工作的 最大輸出功率 。 提供能產(chǎn)生粒子數(shù) 反轉(zhuǎn)的工作物質(zhì)， 放大光信號(hào)。 第 7章 光纖通信新技術(shù) 四、工作原理 Ｅ１ Ｅ２ Ｅ３ 能量 基態(tài) 泵浦光 亞穩(wěn)態(tài) 激發(fā)態(tài) 受激吸收 無輻射躍遷 輸入光信號(hào) 受激輻射 輸出光放大信號(hào) 光聲子 在泵浦光源的激勵(lì)下，摻鉺光纖基級(jí)上的電子產(chǎn)生 受激吸收 被激發(fā)到到高的激發(fā) 能級(jí)上，繼而馬上下降到稍低的亞穩(wěn)態(tài)級(jí)，與基級(jí)形成 粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布 ， 當(dāng)信號(hào) 光滿足 hν =Eg時(shí)，將產(chǎn)生 受激輻射 激發(fā)同頻同偏振方向的光子，從而對(duì)光產(chǎn)生放大。 三、 缺點(diǎn) （ 1）放大波長(zhǎng)范圍窄。 （ 5） 增益高、噪聲小，輸出功率大。 （ 2）耦合效率高。 λ λ 二、放大波段 1270nm1670nm 三、 優(yōu)點(diǎn) 輸出光功率 大，工作穩(wěn)定 噪聲特性好，耦合容易 四、 缺點(diǎn) 光纖長(zhǎng)度過大，于偏振態(tài)有關(guān) 第 7章 光纖通信新技術(shù) 三、結(jié)構(gòu)圖與能帶圖 光波長(zhǎng)耦合器 泵浦光 λ1 信號(hào)光 λ2 λ 1 λ 2 + 濾波器 放大信號(hào)光 λ 2 λ 1 λ 2 hν 1 hν 2 泵浦光 信號(hào)光 振動(dòng)態(tài) 光聲子 第 7章 光纖通信新技術(shù) 一、什么是摻鉺光纖放大器 工作波長(zhǎng)： １５３０ nm～１５６０ nm 第四節(jié) 、 摻鉺光纖放大器 ＥＤＦＡ是在石英光纖中摻入 Er元素，在泵浦光的激勵(lì)下， 對(duì)特定波長(zhǎng)的信號(hào)光進(jìn)行放大。 第 7章 光纖通信新技術(shù) 利用光泵浦源對(duì)光纖進(jìn)行激發(fā)，使光纖中產(chǎn) 生非線性效應(yīng)（拉曼散射），將泵浦光的能量向信號(hào)光轉(zhuǎn)移，從而實(shí)現(xiàn)光的放大。 對(duì)光的偏振特性敏感。 充分利用激光器技術(shù)，工藝成熟，便于集成。 第 7章 光纖通信新技術(shù) 二、常用光放大器及其工作波段 摻鉺光纖放大器（ EDFA） 摻鐠光纖放大器（ PDFA） 光纖拉曼放大器（ FRA） 半導(dǎo)體放大器（ SOA） 損耗 1310nm 1550nm 波長(zhǎng) SOA FRA EDFA PDFA 第 7章 光纖通信新技術(shù) 三、常用光放大器的結(jié)構(gòu)圖 耦合 器件 激活物質(zhì) 耦合 器件 泵浦源 光輸入 信號(hào) 放大光 信號(hào) 第 7章 光纖通信新技術(shù) 第二節(jié) 半導(dǎo)體光放大器 一、 工作原理： 在電泵浦源的作用下，半導(dǎo)體材料發(fā)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，當(dāng)遇到 外來光子激勵(lì)時(shí)，產(chǎn)生受激輻射，對(duì)光的能量進(jìn)行放大 。 未來全光網(wǎng)絡(luò)（ AON）的發(fā)展趨勢(shì)：光復(fù)用、光交換、光路由， 所以必須在光傳輸上實(shí)現(xiàn)全光化。 不利于波分復(fù)用。 MZ級(jí)聯(lián)實(shí)現(xiàn)多級(jí)濾波： λ 1 λ 8 λ 1 λ 3 λ 7 λ 5 λ 8 λ 6 λ 4 λ 2 λ 1 λ 3 λ 5 λ 7 λ 2 λ 4 λ 6 λ 8 λ 1 λ 3 λ 5 λ 7 λ 2 λ 4 λ 6 λ 8 第 7章 光纖通信新技術(shù) 三、常用光波分復(fù)用器 （ 1）棱鏡型波分復(fù)用器 可以完成分光和合光作用 λ 1 λ 2 第 7章 光纖通信新技術(shù) （二）衍射光柵型波分復(fù)用器 λ 2 λ 1 λ 3 λ 1 λ 2 λ 3 + + 第 7章 光纖通信新技術(shù) （三）陣列波導(dǎo)光柵型波分復(fù)用器（ AWG） 第 7章 光纖通信新技術(shù) （四）光纖熔錐型波分復(fù)用器 第 7章 光纖通信新技術(shù) 四、波分復(fù)用的主要參數(shù) （ 1）插入損耗 a = 10Lg(Pout/Pin)(dB) (2)串?dāng)_抑制度 Cij=10Lg(Pij/Pi)(dB) (3)回波損耗 RL=10LPr/Pj)(dB) (4)工作波長(zhǎng) 當(dāng)前 DWDM系統(tǒng)的工作波長(zhǎng)在 15301565nm 第 7章 光纖通信新技術(shù) 第 7章 光纖通信新技術(shù) 第一節(jié)、概述 一、傳統(tǒng)放大技術(shù)的缺陷 放大 整形 判決再生 O/E E/O 缺點(diǎn)： 設(shè)備復(fù)雜。 λ 1 λ 4 λ 2 λ 3 λ 1 λ 2 λ 3 λ 4 光濾波器與光波分復(fù)用器密切相關(guān)， 有時(shí)也用做波分復(fù)用器 第 7章 光纖通信新技術(shù) （二）波長(zhǎng)的復(fù)用和解復(fù)用中 λ 2 λ 3 λ 4 λ 1 λ 1 λ 4 λ 2 λ 3 合波作用 λ 1 λ 4 λ 2 λ 3 λ 2 λ 3 λ 4 λ 1 分波作用 第 7章 光纖通信新技術(shù) （三）在波長(zhǎng)路由中的應(yīng)用 λ 1 λ 2 λ 4 λ 3 λ 1 λ 3 λ 2 λ 4 第 7章 光纖通信新技術(shù) 二、 常用光濾波器的原理 （一）光纖布拉格光柵（ FBG） 原理： 基于光的干涉效應(yīng) 制造原理：在光纖的二氧化硅中加入具有光敏特性的鍺，用紫外 線照射使之折射濾呈現(xiàn)周期分布的光柵。 光發(fā)送機(jī) 光發(fā)送機(jī) 光接收機(jī) 光接收機(jī) 復(fù) 用 器 / 解 復(fù) 用 器 EDFA 復(fù) 用 器 / 解 復(fù) 用 器 光接收機(jī) 光接收機(jī) 光發(fā)送機(jī) 光發(fā)送機(jī) λ 1 λ n λ 1 λ n λ 1+n λ n+n λ 1+n λ n+n 第 7章 光纖通信新技術(shù) 第三節(jié)、 WDM系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn) 一、 WDM系統(tǒng)組成圖 光轉(zhuǎn)發(fā)器 光轉(zhuǎn)發(fā)器 合 波 器 BA 光監(jiān)控信 道發(fā)送器 LA 光監(jiān)控信道的接收與發(fā)送 光監(jiān)控信 道接收器 PA 分 波 器 光轉(zhuǎn)發(fā)器 光轉(zhuǎn)發(fā)器 網(wǎng) 管 第 7章 光纖通信新技術(shù) 二、 WDM設(shè)備的分類 集成式 WDM系統(tǒng) 光接口與其他設(shè)備必須一致，不能兼容其他設(shè)備。 光解復(fù)用器（分波器）：將一根光纖中傳來的多波長(zhǎng)信號(hào) 按波長(zhǎng)進(jìn)行分離。 PIC：將功能不同的若干光器件通過波導(dǎo)互聯(lián)和材料生長(zhǎng)技術(shù)， 優(yōu)化集成在一個(gè)芯片上。 第 7章 光纖通信新技術(shù) 第二節(jié)、波分復(fù)用原理 波分復(fù)用的理論依據(jù) 常用 窗口 1310nm附近：通信帶寬 17700GHz 1550nm附近 :通信帶寬 12500GHz 30THz的帶寬 信道間隔 10GHz 3000個(gè)信道 第 7章 光纖通信新技術(shù) 波分復(fù)用的分類 按信道間的間隔分： 寬波分復(fù)用（ WWDM）：信道間隔 ≧ 100nm(已淘汰 ) 粗波分復(fù)用（ CWDM）：信道間隔在 20nm10nm之間，復(fù)用窗口 1310/1550nm. (尚未發(fā)展起來 ) 密集波分復(fù)用（ DWDM） :信道間隔在 110nm，復(fù)用窗口在 1550nm.