【正文】 纖放大器高 1 dB。 第 6章 光放大器 5. 寬帶碲化物 EDFA 碲化物光纖折射率高 ， 能提供的受激發(fā)射截面比氟化物和石英大 。 碲化物材料輻射壽命短 ， 不到氟化物光纖和石英光纖的 1/2， 它反射的受激發(fā)射截面也小 。 用這種光纖制作 EDFA， 其增益特性平坦 ， 可放大的頻帶特別寬 ， 而且與石英系光纖相比 ， 頻帶向長波長一側(cè)移動 。 如對 1500 nm波長區(qū)的寬帶信號放大 ， 最高帶寬已達(dá)到 80 nm， 是EDFA最佳數(shù)據(jù)的兩倍 。 （ 2） 放大波段向長波長移動 。 第 6章 光放大器 半導(dǎo)體光放大器 SOA 究開發(fā)光纖通信的初期就已著手研制 SOA了 ， 但受噪聲 、 偏振相關(guān)性 、 連接損耗 、 非線性失真等因素的影響 ， 其性能達(dá)不到實用化要求 。 SOA在波長變換器中的應(yīng)用現(xiàn)已引起廣泛重視 ， 并將逐步得到應(yīng)用 。 SOA與半導(dǎo)體激光器的結(jié)構(gòu)相似 ， 但它沒有反饋機制 ， 而反饋機制對產(chǎn)生相干的激光是很必要的 。 第 6章 光放大器 SOA的基本工作原理如圖 ， 其中激活介質(zhì)（ 有源區(qū) ） 吸收了外部泵浦提供的能量 ， 電子獲得了能量躍遷到較高的能級 ， 產(chǎn)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn) 。 第 6章 光放大器 圖 SOA的基本工作原理 有 源 層光 輸 入 信 號 光纖AR AR光纖放 大 的 光 輸 出 信 號AR ： 防 反 射 涂 層泵 浦 源電 流 注 入第 6章 光放大器 SOA有兩種主要結(jié)構(gòu) ， 即法布里 珀羅放大器（ FPA） 和非諧振的行波放大器 （ TWA） 。 為了提高反射率 ， 可在兩個端面上鍍多層介電薄膜 。 FPA的制作容易 ， 但要求注入電流和溫度的穩(wěn)定性較高 ， 光信號的輸出對放大器的溫度和入射光的頻率變化敏感 。 鍍防反射涂層的目的是為了減少 SOA與光纖之間的耦合損耗 ， 因此有源區(qū)不會發(fā)生內(nèi)反射 ， 但只要注入的電流在閾值以上 ， 在腔內(nèi)仍可獲得增益 ， 入射光信號只需通過一次 TWA就會得到放大 。 SOA最大的優(yōu)點是它使用 InGaAsP來制造 ， 因此體積小 、 緊湊 ， 可以與其他半導(dǎo)體和元件集成在一起 。 (2) 它們具有可靠的高增益 (20 dB)。 (4) 它們具有大的帶寬 。 (6) 它們是小型化的半導(dǎo)體器件 ， 易于和其他器件集成 。 但是 ， 由于非線性現(xiàn)象 (四波混頻 )， SOA的噪聲指數(shù)高 ， 串?dāng)_電平高 。 1. 光信號放大器 因為在世界范圍內(nèi)已鋪設(shè)了大量的常規(guī)單模光纖 ， 還有很多系統(tǒng)工作在 μm波段 ， 并需要周期性的在線放大器 ， 而工作波長為 μm的 EDFA目前尚未達(dá)到實用化的水平 ， 所以仍然需要 SOA。 第 6章 光放大器 3. 光開關(guān) 除了能提供增益外 ， 半導(dǎo)體放大器在光交換系統(tǒng)中可以作為高速開關(guān)元件使用 。 其運轉(zhuǎn)很簡單 ， 當(dāng)提供電流泵浦時信號通過 ， 而需要信號阻斷時將泵浦源斷開 。 值得注意的是 ， 只有半導(dǎo)體放大器才能夠完成高速交換 ， 在光纖放大器中由于載流子壽命太長而難以做到這一點 。 其具體的介紹參見 。 圖。 當(dāng)光纖色散和放大器自發(fā)輻射噪聲累積尚未使系統(tǒng)性能惡化到不能工作時 ， 這種代替是完全可行的 ， 特別是對多信道光波系統(tǒng)更有誘惑力 ， 可以節(jié)約大量的設(shè)備投資 。 這種放大器又稱為功率放大器 。 第 6章 光放大器 (4) 功率補償放大器： 如圖 (d)所示 , 即將光放大器用于補償局域網(wǎng)中的分配損耗 ， 以增大網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù) ， 還可以將光放大器用于光子交換系統(tǒng)等多種場合 ， 這種放大器亦稱為功率放大器 。 從四種放大器的性能看 ， 摻鉺光纖放大器(EDPA)最適合光波通信系統(tǒng) 。 光纖激光器具有如下優(yōu)點： （ 1） 進行光放大無需光電轉(zhuǎn)換 。 第 6章 光放大器 （ 2） 是容易實現(xiàn)低泵浦功率下連續(xù)波 （ CW） 輸出的激光器 。 (4） 與光纖光柵結(jié)合可制成窄線寬 、 可調(diào)諧的激光器 。 (6） 可以輸出超窄光脈沖 ， 如數(shù)十 、 數(shù)百飛秒 （ fs）寬度的脈沖 ， 這種脈沖可用作孤子通信的光源 。 下面主要以摻鉺光纖激光器為例介紹 。 第 6章 光放大器 EDF提供光放大 ， 諧振腔有選擇性地為輸出波長的激光提供反饋增益來克服腔內(nèi)的光損耗 。 圖 的結(jié)構(gòu) 。 第 6章 光放大器 圖 鉺光纖激光器的結(jié)構(gòu) 泵 浦 激 光鉺 光 纖 ED FW D M 耦 合 器泵 浦 激 光 W D M 耦 合 器偏 振 控 制 器光 濾 波 器輸 出 激 光耦 合 器第 6章 光放大器 光纖光柵激光器 光纖光柵激光器是光纖通信系統(tǒng)中一種很有前途的光源 ， 它的優(yōu)點主要有： (1) 半導(dǎo)體激光器的波長較難符合 ITUT建議的 WDM波長標(biāo)準(zhǔn) ， 且成本很高 ， 而稀土摻雜光纖光柵激光器利用光纖光柵能非常準(zhǔn)確地確定波長 ， 且成本低； (2) 用作增益的稀土摻雜光纖制作工藝比較成熟； (3) 有可能采用靈巧緊湊且效率高的泵浦源； (4) 光纖光柵激光器具有波導(dǎo)式光纖結(jié)構(gòu) ， 可以在光纖芯層產(chǎn)生較高的功率密度； 第 6章 光放大器 (5) 可以通過摻雜不同的稀土離子 ， 獲得寬帶的激光輸出 ， 且波長選擇可調(diào)諧； (6) 高頻調(diào)制下的頻率啁啾效應(yīng)小 ， 可抗電磁干擾 ， 溫度膨脹系數(shù)較半導(dǎo)體激光器小 。 圖 的結(jié)構(gòu) 。 目前這種技術(shù)還不成熟 ， 有許多問題需要解決 。 相應(yīng)的器件或裝置稱為波長變換器 。 這種變換形式會帶來性能畸變 , 低效 , 結(jié)構(gòu)不緊湊 ， 兼容性差等不適應(yīng)高速大容量光纖通信系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)要求的問題 。 第 6章 光放大器 圖 常規(guī)的波長變換器 輸 入 波 長 ?i光 檢 測 器放 大 器光 發(fā) 送 ( E / O )激 光 器 ?j輸 出 波 長 ?j第 6章 光放大器 目前 ， 人們已經(jīng)研制了各種各樣的全光波長變換技術(shù) ， 如基于半導(dǎo)體光放大器 (SOA)的全光波長變換(AOWC)技術(shù) 、 基于半導(dǎo)體激光器的 AOWC技術(shù)和基于其他波導(dǎo)介質(zhì) (如光纖 、 鈮酸鋰波導(dǎo) )的 AOWC技術(shù) 。 第 6章 光放大器 半導(dǎo)體光放大器 (SOA)中的交叉增益調(diào)制 (XGM)技術(shù) SOA中的 XGM技術(shù)的基本結(jié)構(gòu)及原理分別示于圖(a)和圖 (b)。 因而當(dāng)有調(diào)制信息 （ “ 1”或 “ 0”） 的泵浦波注入 SOA時 ， 泵浦信號將調(diào)制 SOA的載流子密度 ， 從而調(diào)制增益（ “ 無 ” 或 “ 有 ” ） 。 第 6章 光放大器 圖 SOAXGM (a) 基本結(jié)構(gòu)； (b) 原理 探 測 光 ?s泵 浦 光 ?pS O A偏流變 換 后輸出 ?s濾 波 器S O A 的 增 益變 換 輸 出輸 入 光 功 率( b )( a )第 6章 光放大器 SOAXGM方式的主要特點在于有寬的連續(xù)波長變換范圍 （ 約 50 nm） ， 高的變換效率 ， 結(jié)構(gòu)簡單 。 同時也存在一些技術(shù)可以改善這些不足 。 根據(jù) SOA中增益變化的原理 ， 人們制成了基于 SOA中 XGM型的全光波長變換器 。 如圖 ， SOA1和 SOA2被放置在 MZI干涉儀的兩個臂上 ， 造成兩臂的相位差不相同 。 適當(dāng)?shù)恼{(diào)整既可以使相位差為 “ 0”， 也可以為 “ π”， 前者輸出信號為“ 1”， 后者輸出為 “ 0”， 從而實現(xiàn)了對耦合進 SOA1的探測光的相位調(diào)制 。 第 6章 光放大器 圖 MZI型 SOAXPM型 AOWC CW 探 測 波 (?c)濾 波 器變 換 后 的 光 波 (?c)泵 浦 光 源 (?s)第 6章 光放大器 XPM方式在光路結(jié)構(gòu)上可分為干涉型和非干涉型。 圖 。 若 XPM采用整體集成的結(jié)構(gòu)， 則可實現(xiàn) 40 Gb／ s、 30 nm范圍無劣化全光波長變換。 圖 當(dāng)波長為 λs的信號探測波和波長為 λp的 CW泵浦波入射到 SOA時 ， 由于光場的三階非線性相互作用 ， 因此導(dǎo)致入射波在 SOA中混頻而產(chǎn)生光譜邊帶 ， 新生波的波長 λc＝ λp+Δλ＝ 2λpλs， 其中的 Δλ稱為泵浦波和信號波的失諧波長間隔 ， 新生波具有已調(diào)輸入信號波相同的頻譜 ， 保持了原信號的調(diào)制信息 。 存在的問題表現(xiàn)在變換效率和偏振依賴性方面 ， 但也有不少方法對其進行改善 。 第 6章 光放大器 習(xí) 題 五 1. 光放大器包括哪些種類 ? 簡述它們的原理和特點 。 4. 簡述 SBA與 SRA間的區(qū)別 。 8. 分別敘述光放大器在四種應(yīng)用場合時各自的要求是什么 ？ 9. 敘述 SOAXGM波長變換