光纖通信第7章光放大器-在線瀏覽
2025-06-24 23:25本頁(yè)面
【正文】 信發(fā)展史上的重要里程碑。n 光放大器出現(xiàn)之前，光纖通信的中繼器采用光－電－光 (OEO)變換方式。n 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。其機(jī)制與激光器完全相同。光放大器的類型n 利用稀土摻雜的光纖放大器（ EDFA、PDFA）n 利用半導(dǎo)體制作的半導(dǎo)體光放大器（ SOA）n 利用光纖非線性效應(yīng)制作的非線性光纖放大器（ FRA、 FBA）幾種光放大器的比較放大器類 型原理 激勵(lì)方式工作 長(zhǎng)度噪聲特性與 光纖 耦合與 光偏振關(guān)系穩(wěn)定性摻 稀土光纖 放大器粒子數(shù)反轉(zhuǎn)光 數(shù)米到數(shù)十米好 容易 無(wú) 好半 導(dǎo) 體光放大器粒子數(shù)反轉(zhuǎn)電 100?m~1mm差 很 難 大 差光 纖 (喇曼 )放大器光學(xué)非線 性 (喇曼 )效 應(yīng)光 數(shù)千米 好 容易 大 好光放大器的應(yīng)用線路放大線路放大 (Inline)：： 周周期性補(bǔ)償各段光纖損耗期性補(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。摻鉺光纖放大器給光纖通信領(lǐng)域帶來(lái)的革命n EDFA解決了系統(tǒng)容量提高的最大的限制 ——光損耗n 補(bǔ)償了光纖本身的損耗，使長(zhǎng)距離傳輸成為可能n 大大增加了功率預(yù)算的冗余，系統(tǒng)中引入各種新型光器件成為可能n 支持了最有效的增加光通信容量的方式 WDMn 推動(dòng)了全光網(wǎng)絡(luò)的研究開(kāi)發(fā)熱潮為什么要用摻鉺光纖放大器n 工作頻帶正處于光纖損耗最低處 (15251565nm)；n 頻帶寬，可以對(duì)多路信號(hào)同時(shí)放大 波分復(fù)用；n 對(duì)數(shù)據(jù)率 /格式透明，系統(tǒng)升級(jí)成本低；n 增益高 (40dB)、 輸出功率大 (~30dBm) 、 噪聲低(4~5dB)；n 全光纖結(jié)構(gòu)，與光纖系統(tǒng)兼容；n 增益與信號(hào)偏振態(tài)無(wú)關(guān)，故穩(wěn)定性好；n 所需的泵浦功率低 (數(shù)十毫瓦 )。Input signal1530nm1570nmAmplified output signalPower laser (Pump)980nm or 1480nm Fiber containing erbium dopant信號(hào)光與波長(zhǎng)較其為短的光波信號(hào)光與波長(zhǎng)較其為短的光波 (泵浦光泵浦光 )同沿光纖傳輸，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)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。信號(hào)光沿光纖長(zhǎng)度得到放大，泵浦光沿光纖長(zhǎng)度不斷衰減。EDFA中的 Er3+能級(jí)結(jié)構(gòu)n 泵浦波長(zhǎng)可以是 5 650、 800、 980、 1480nmn 波長(zhǎng)短于 980nm 的泵浦效率低，因而通常采用 980和1480nm 泵浦 。在該能級(jí)和低能級(jí)間形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布。：為信號(hào)放大提供足夠的能量，使物質(zhì)達(dá)到粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。將信號(hào)光和泵浦光合路進(jìn)入摻鉺光纖中。使光傳輸具有單向性，放大器不受發(fā)射光影響，保證穩(wěn)定工作。Remote Pumping監(jiān)視和告警電路泵浦監(jiān)視和控制電路泵浦 LDPD 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 V0 V－ 5 V電源監(jiān)視激光器驅(qū)動(dòng)輸入光輸出圖 (b)圖 (b) 實(shí)用光纖放大器外形圖及其構(gòu)成方框圖EDFA的工作特性n 光放大器的增益n 放大器的噪聲n EDFA的多信道放大特性n EDFA的大功率化一、光放大器的增益n 增益 G是描述光放大器對(duì)信號(hào)放大能力的參數(shù)。輸出信號(hào)光功率輸出信號(hào)光功率輸入信號(hào)光功率輸入信號(hào)光功率小信號(hào)增益小信號(hào)增益 G＝＝ 30dB時(shí)，增益對(duì)輸入光功率的典型時(shí)，增益對(duì)輸入光功率的典型依存關(guān)系依存關(guān)系輸入光功率較小時(shí)，輸入光功率較小時(shí)， G是一常數(shù)，即輸出光功率是一常數(shù)，即輸出光功率 PS,OUT與輸入光功率與輸入光功率 PS,IN成正比例。 G0光放大器的小信號(hào)增益。G0 飽和輸出功率：飽和輸出功率： 放大器增益降至小放大器增益降至小信號(hào)增益一半時(shí)的輸出功率。3dBPout,sat當(dāng)當(dāng) PS,IN增大到一定值后，增大到一定值后，光放大器的增益光放大器的增益 G開(kāi)始下降開(kāi)始下降。增益飽和現(xiàn)象。光放大的關(guān)系。
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