光放大器--精品ppt课件

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1、第十一章光放大器11.1光放大器的基本应用和类型11.2半导体光放大器11.3掺铒光纤放大器11.4传输光纤放大器11.5系统应用11.6波长变换器11.1光放大器的基本应用和类型11.1.1光放大器在现代光纤通信系统中的应用光纤通信中用光纤来传输光信号。光纤的中继距离受限于光纤的损耗和色散。就损耗而言，目前光纤损耗典型值在1.31μm波段为0.35dB/km左右，在1.55μm波段为0.25dB/km左右。以1989年诞生的掺铒光纤放大器(ErbiumDopedFiberAmplifier，EDFA)代

2、表的光放大器技术可以说是光纤通信技术上的一次革命。光放大器在光纤通信系统目前最重要的应用就是促使了波分复用技术(WavelengthDivisionMultiplexing，WDM)走向实用化。光放大器还将促进光孤子通信技术的实用化。光孤子通信是利用光纤的非线性来补偿光纤的色散作用的一种新型通信方式。三种主要应用在线光放大：用于不需要光再生只需要简单放大的场合前置光放大：用于抑制接收机中热噪声造成的信噪比下降功率放大：增加发送功率，从而增加光纤中继距离、补偿插入损耗和功率分配损耗Fig.11.1:Appl

3、icationsofopticalamplifiers11.1.3光放大器的分类光放大器按原理不同大体上有三种类型。(1)半导体激光放大器。其结构大体上与激光二极管(LaserDiode，LD)相同。(2)掺杂光纤放大器，就是利用稀土金属离子作为激光工作物质的一种放大器。(3)传输光纤放大器，其中有受激喇曼散射(StimulatedRamanScattering，SRS)光纤放大器、受激布里渊散射(StimulatedBrilliouinScattering，SBS)光纤放大器和利用四波混频效应(FWM)

4、的光放大器等。放大器的工作原理光放大器与激光器的唯一区别就是光放大器没有正反馈机制外加电(光)泵浦SOA电泵浦EDFA光泵浦11.2半导体光放大器(SOA)在解理面来回反射并得到放大直到较高的强度在发射出去容易制作，但光信号增益对放大器温度及入射光频率变化都很敏感入射光信号仅经过一次放大即被输出带宽宽、饱和功率高以及偏振灵明度低，因此使用更为广泛11.1.4光纤放大器的重要指标1.光放大器的增益(1)增益G与增益系数g放大器的增益定义为式中：Ps,out，Ps,in分别为放大器输出端与输入端的信号功率。有

5、源区单程增益其中为零信号增益式中：Pamp,sat为放大器的饱和功率。g0为没有输入信号时单位长度的非饱和介质增益放大器增益对输入功率的依存关系光功率过大使增益反而下降这是因为输入信号超过饱和功率时，有源区中激活的载流子数目被大量消耗。由于没有足够的激活载流子来产生受激辐射，因此在输入功率过大时，再增加输入信号也无法让输出信号增大(2)增益饱和与饱和输出功率由于信号放大过程消耗了高能级上粒子，因而使增益系数减小，当放大器增益减小为峰值的一半时，所对应的输出功率就叫饱和输出功率，这是放大器的一个重要的参数，

6、饱和功率用Pamp,sat表示。(3)放大器的带宽人们希望放大器的增益在很宽的频带内与波长无关。这样在应用这些放大器的系统中，便可放宽单信道传输波长的容限，也可在不降低系统性能的情况下，极大地增加WDM系统的信道数目。2.放大器噪声放大器本身产生噪声，放大器噪声使信号的信噪比(Signal-to-NoiseRatio，SNR)下降，造成对传输距离的限制，是光放大器的另一重要指标。(1)光纤放大器的噪声来源光纤放大器的噪声主要来自它的放大自发辐射(AmplifiedSpontaneousEmission，A

7、SE)。(2)噪声系数由于放大器中产生自发辐射噪声，使得放大后的信噪比下降。它定义为输入信噪比与输出信噪比之比。(SNR)in和(SNR)out分别代表输入与输出的信噪比。它们都是在接收机端将光信号转换成光电流后的功率来计算的。11.3掺铒光纤放大器掺铒光纤放大器是将掺铒光纤在泵浦源的作用下而形成的光纤放大器。对这种掺杂光纤放大器影响较大的工作可追溯到1963年对玻璃激光器的研究。11.3.1掺铒光纤放大器的工作原理第四章已经介绍过激光器的工作原理：经泵浦源的作用，工作物质粒子由低能级跃迁到高能级(一般通

8、过另一辅助能级)，在一定泵浦强度下，得到了粒子数反转分布而具有光放大作用。当工作频带范围内的信号光输入时便得到放大。这也就是掺铒光纤放大器的基本工作原理。只是EDFA(及其他掺杂光纤放大器)细长的纤形结构使得有源区能量密度很高，光与物质的作用区很长，有利于降低对泵浦源功率的要求。泵浦效率Wp可以用来衡量泵浦的有效性，其表达式如下：Wp=放大器增益(dB)/泵浦功率(mW)泵浦能带快速非辐射衰变亚稳态能带掺铒光纤放大机制原理：把