2009光纤光学6-5

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1、§6.5光纤放大器与光纤激光器光纤放大器的发展如何加长传输距离–光-电-光中继–相干光通信，提高接收灵敏度–直接光放大光纤放大器的发展历程•1964年报道了掺杂光纤放大器的研究；•此后的25年间，缺乏很好的有源光纤、泵浦光源；•1989年英国南安普顿大学研制出掺铒光纤放大器，在较短的光纤内（15m），使信号放大1000倍（30dB）。2§6.5-1掺铒光纤放大器3光-电-光中继放大对每一波长要分别处理，不适WDM系统；由于电的参与，处理速度受到限制；但能对信号再放大、再定时和再整形。4全光放大光放大器是一种勿需光电转换即可对光信号进行直接放大的器件

2、5HowtomakeanOA半导体光放大器（SemiconductorOpticalAmplifier)光纤放大器EDFA:Erbium（铒）DopedFibreAmplifiers(1530nm～1610nm)PDFA:Praseodymium（镨）DopedFibreAmplifiers(1260～1360)TDFA：Thulium（铥）DopedFibreAmplifiers(1450～1490nm)SRFA:StimulatedRamanFibreAmplifiersPFA:PlasticFibreAmplifier671550EDFA增益

3、窗口30nm~60nm光放大器增益光纤衰减除去OH峰外>300nm低损耗窗口波长nm8501310PDFASOASRADevelopmentofOAEDFA增益窗口30nm~60nmPDFASOASRA8工作原理泵浦光实现掺铒光纤的粒子数反转，外界的信号光对反转粒子数形成受激辐射，从而实现信号光的放大9有源光纤由掺有稀土杂质的增益介质所制成的光纤称为有源光纤。稀土元素(也称镧系元素),包括元素周期表中倒数第二行中从镧(La.原子序数为57)到镥(Lu.原子序数为71)的15个元素。目前较成熟的有源光纤中掺入的稀土离子有：铒(Er+3,发射中心波长为

4、1.53μm)钕(Nd+3,发射中心波长为0.92μm、1.06μm、1.4μm)镨(Pr+3,发射中心波长为1.3μm)。10泵浦光波长的选择：•514nm、532nm：氩离子气体激光作为泵浦激光，体积庞大；•667nm：可由半导体激光器产生，但在掺铒光纤激光器中多模传输，泵浦效率不高；•800nm：可由半导体激光器产生，但会产生激发态吸收，基态的粒子泵浦到激发态后，不是弛豫到亚稳态，而是在吸收泵浦光后，向更高的能级跃迁，消耗泵浦光功率。•980nm：铒离子相当于三能级系统完全的粒子数反转，噪声特性好，但泵浦效率不高；•1480nm：铒离子相当于

5、二能级系统完全的粒子数反转，泵浦效率高，但噪声特性也变差。11能级图980nm波长泵浦：铒离子相当于三能级系统，粒子数完全反转，噪声特性好，但量子效率不高；1480nm波长泵浦：铒离子相当于二能级系统粒子数反转不彻底，尽管量子效率较高，但噪声特性变差1213EDFAs14典型泵浦结构前向泵浦后向泵浦双向泵浦15重要计算公式速率方程放大器增益噪声指数：当泵浦充分，且时，噪声系数达到极限3dB16GainSaturation增益饱和17增益与泵浦光功率、掺铒光纤长度的关系•光放大器的增益随着泵浦光功率的增大，呈现增益饱和；•在给定的泵浦光功率下，有一最

6、佳掺铒光纤长度，实现最大的增益18非饱和增益与输出饱和功率•非饱和增益：注入小信号时，放大器产生的增益，此时放大器为线性放大器•输出饱和光功率：光放大器的增益下降3dB所对应的输出光功率。19EDFA的主要技术参数工作波长范围、输入功率范围、输出功率范围、饱和输出功率、噪声系数、偏振相关增益、小信号增益、增益平坦度、增益变化、增益斜度、输入光回损、输出光回损等。对EDFA模块的其它要求：-具有泵浦源自动关闭功能；寿命不小于30万小时；具有放大器自动增益均衡（控制）功能20高性能（低噪声）掺铒光纤放大器利用980nm和1480nm两不同泵浦波长的掺铒

7、光纤放大器级联,在高增益下实现近量子噪声极限21GainCharacteristicsofEDFAs22ResponseofCascadedEDFAs23掺铒光纤放大器增益平坦技术•采用宽带滤波器：长周期光纤光栅•共掺杂技术：铝或氟化物的掺铒光纤•采用不同光波长混合泵浦技术•采用增益锁定技术24LPGforFlatteningtheGain25增益钳制EDFA泵浦源功率控制饱和光控制技术光功率检测控制输入光功率检测输出光功率检测PinPout泵浦激光器EDFCouplerFilterCoupler26增益的自动控制27CladdingPumpsOu

8、tputpowersofupto10watts!28MultiStageEDFAs1)增大输出功率的同时使噪声水平较低2)