《光放大器》课件

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1、第十章光放大器王立湖南文理学院电气工程系光放大器的重要性影响：光放大器最重要的意义在于促使波分复用技术(WDM)走向实用化、促进了光接入网的实用化历史：以1989年诞生的掺铒光纤放大器(ErbiumDopedFiberAmplifier,EDFA)代表的全光放大技术是光纤通信技术上的一次革命动机：解决电中继器设备复杂、维护难、成本高的问题DavidPayne光放大器的类型及其特点(1)半导体放大器：易与其他半导体器件集成，但性能与光偏振方向有关，器件与光纤的耦合损耗大。结构大体上与激光二极管(LaserDiode,LD)相同（2）光纤喇曼放大器（FAR）它是利用石英光纤的非线性效应而制成

2、。在合适波长的强光作用下，石英光纤会出现受激喇曼散射（SRS）效应，当光信号沿着这受激发的一段光纤中传输时，可以使其实现光放大。FRA具有频带宽、增益高、输出功率大、响应快等优点；其缺点是需要大功率的半导体激光器作泵浦源（约数瓦）。铒（Er）是一种稀土元素。将它注入到纤芯中，即形成了一种特殊光纤，它在泵浦光的作用下可直接对某一波长的光信号进行放大。EDFA的主要优点有：①工作波长处在1530～1560nm范围，与光纤最小损耗窗口一致；②对掺铒光纤进行激励的泵浦功率低，仅需几十毫瓦；③连接损耗低，耦合效率高。因为它是光纤型放大器，因此易于与光纤耦合连接，且连接损耗可低至0.1dB。④

3、增益高且特性稳定、噪声低、输出功率大。增益可达40dB，且在100℃内增益特性保持稳定，也与偏振无关。噪声系数可低至3～4dB，输出功率可达14～20dBm；⑤对各种类型、速率与格式的信号传输透明。（3）掺铒光纤放大器（EDFA）EDFA的缺点有：①波长固定，只能放大1550nm左右的光波，可调节的波长有限；②增益带宽不平坦，在WDM系统中需要采用特殊的手段来进行增益谱补偿。光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(2)受激辐射(1)能量注入掺铒光纤放大器工作原理结构功率转换效率及增益放大器噪声系统的应用掺铒光纤放大器的工作原理1.   掺铒光纤放大器（E

4、DFA）的基本结构掺铒光纤放大器主要由掺铒光纤（EDF）、泵浦光源、光耦合器、光隔离器以及光滤波器等组成。如图6.1所示。光隔离器光耦合器光隔离器光滤波器泵浦光源掺铒光纤输入光信号输出光信号图6.1掺铒光纤放大器结构示意图光隔离器是防止反射光影响光放大器稳定工作，保证光信号只能正向传输的器件。光滤波器的作用是滤除光放大器的噪声、降低噪声对系统的影响,提高系统的信噪比.光耦合器是将输入光信号和泵浦光源输出的光波混合起来的无源光器件，一般采用波分复用器。掺铒光纤是一段长度大约为10～100m的石英光纤，将稀土元素铒离子注入到纤芯中，浓度约为25㎎/㎏。泵浦光源为半导体激光器，输出的光功率为1

5、0～100mW，工作波长约为980nm或1480nm。按照泵浦光源的泵浦方式不同，EDFA又可有三种不同的结构方式:（1）同向泵浦结构在同向泵浦方案中，泵浦光与信号光从同一端注入掺铒光纤。其优点是构成简单，噪声指数较小;缺点是输出较低。（2）反向泵浦结构在反向泵浦方案中，泵浦光与信号光从不同的方向输入掺铒光纤，两者在掺铒光纤中反向传输。其优点是：当光信号放大到很强时，泵浦光也强，不易达到饱和，输出功率比同向泵浦高;缺点是噪声性能差，如6.2图所示。光隔离器光耦合器光隔离器光滤波器泵浦光源掺铒光纤输入光信号输出光信号图6.2反向泵浦式掺铒光纤放大器结构（3）双向泵浦结构在双向泵浦方案中，有

6、两个泵浦光源，其中一个泵浦光与信号光以同一方向注入掺铒光纤，另一个泵浦光从相反方向注入掺铒光纤。这种方式结合了同向泵浦和反向泵浦的优点，使泵浦光在光纤中均匀分布，从而使其增益在光纤中均匀分布，输出功率最大.如图6.3所示。光隔离器输入光信号掺铒光纤光耦合器光隔离器光滤波器泵浦光源输出光信号光耦合器泵浦光源图6.3双向泵浦式掺铒光纤放大器结构泵浦光功率Fn反向泵浦双向泵浦输出光功率同向泵浦输出光功率掺铒光纤长度双向泵浦反向泵浦同向泵浦Fn反向泵浦同向泵浦双向泵浦(a)转换效率的比较(b)噪声系数与放大器输出功率的关系(c)噪声系数与掺铒光纤长度之间的关系不同泵浦方式下输出功率及噪声特性比较

7、2.掺铒光纤放大器的工作原理掺铒光纤放大器的工作原理与半导体激光器的工作原理相同，它之所以能放大光信号，简单地说，是在泵浦源的作用下，在掺铒光纤中出现了粒子数反转分布，产生了受激辐射，从而使光信号得到放大。由于EDFA具有细长的纤形结构,使得有源区的能量密度很高,光和物质的作用区很长,这样可以降低对泵浦源功率的要求。掺铒光纤放大器的工作原理EDFA：EribiumDopedOptical-FiberAmplifier在掺铒光纤（ED