《光放大器》PPT课件

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1、第五讲光放大器主要内容2021-8-212一、引言目前研制的光放大器分为:光纤放大器（OFA）和半导体光放大器（SOA）两大类。SOA早期因受噪声、偏振相关性等因素的影响，性能达不到实用要求，但SOA结构简单、适于批量生产、成本低、寿命长、功耗小，还能与其它部件一块集成以及使用波长范围可望覆盖EDFA和PDFA的应用窗口。因此，SOA是进一步研究的重要器件之一。2021-8-213l光纤放大器（OpticalFiberAmpler，简写OFA）是指运用于光纤通信线路中，实现信号放大的一种新型全光放大器。l根据它在光纤线路中的位置和作用，一般分为:中继放大、前置放大和功率放大三种。l同

2、传统的半导体激光放大器（SOA）相比较，OFA不需要经过光电-电光转换和信号再生等复杂过程，可直接对信号进行全光放大，具有很好的“透明性”，特别适用于长途光通信的中继放大。可以说，OFA为实现全光通信奠定了一项技术基础2021-8-214l传统再生中继器:光-电-光转换l全光放大器:光-光中继,实现光纤通信全光化2021-8-215l传统再生中继器:光-电-光转换l全光放大器:光-光中继,实现光纤通信全光化比较：再生器色散总清单通路调制比特率特定光放大器色散积累多通路调制比特率通透优点：减少信号多次变换的失真提高系统的可靠性和稳定性2021-8-216二、光纤放大器的分类根据放大机制

3、不同，OFA可分为两大类。1掺稀土OFA制作光纤时，采用特殊工艺，在光纤芯层沉积中掺入极小浓度的稀土元素，如铒、镨或铷等离子，可制作出相应的掺铒、掺镨或掺铷光纤。光纤中掺杂离子在受到泵浦光激励后跃迁到亚稳定的高激发态，在信号光诱导下，产生受激辐射，形成对信号光的相干放大。这种OFA实质上是一种特殊的激光器，它的工作腔是一段掺稀土粒子光纤，泵浦光源一般采用半导体激光器。2021-8-217当前光纤通信系统工作在两个低损耗窗口：1.55μm波段和1.31μm波段。选择不同的掺杂元素，可使放大器工作在不同窗口。（1）掺铒光纤放大器（EDFA）EDFA工作在1.55μm窗口，该窗口光纤损耗系

4、数低（仅0.2dB／km）。已商用的EDFA噪声低，增益曲线好，放大器带宽大，与波分复用（WDM）系统兼容，泵浦效率高，工作性能稳定，技术成熟，在现代长途高速光通信系统中备受青睐。目前，“掺铒光纤放大器（EDFA）+密集波分复用（WDM）+非零色散光纤（NZDF）+光子集成（PIC）”正成为国际上长途高速光纤通信线路的主要技术方向。2021-8-218（2）掺镨光纤放大器（PDFA）PDFA工作在1.31μm波段，已敷设的光纤90％都工作在这一窗口。PDFA对现有光通信线路的升级和扩容有重要的意义。目前已经研制出低噪声、高增益的PDFA，但是它的泵浦效率不高，工作性能不稳定，增益对温

5、度敏感，离实用还有一段距离。2021-8-2192非线性OFA非线性OFA是利用光纤的非线性效应实现对信号光放大的一种激光放大器。当光纤中光功率密度达到一定阈值时，将产生受激拉曼散射（SRS）或受激布里渊散射（SBS），形成对信号光的相干放大。非线性OFA可相应分为拉曼光纤放大器（SRA）和布里渊光纤放大器（BRA）。目前研制出的SRA尚未商用化。2021-8-2110三、掺铒光纤放大器—概况掺铒光纤放大器（EDFA）是80年代后期发展起来的新型光纤通信产品。它的研制成功，打破了光纤通信传输距离受光纤损耗的限制，使全光通信距离延长至几千公里，给光纤通信带来了革命性的变化，被誉为光纤通

6、信发展的一个“里程碑”。掺铒光纤放大器的工作光谱波段为1530nm至1560nm，与光纤通信的1550nm这个窗口完全匹配。掺铒光纤放大器可以对光信号进行直接光放大，具有增益高、输出功率大、噪声低、响应速度快。对信号的编码格式没有要求等优点，因此在光纤传输系统中有广泛的用途。2021-8-2111它可以用作光的功率放大器、中继放大器和前置放大器，可以用于数字的和模拟的光纤通信系统，CATV系统和光纤传输网络。由于掺铒光纤放大器的出现，使无中继的光纤传输距离大大延长，使密集波分复用成为可能，使复杂的光纤网络的构造成为可行，也使光弧子技术等先进光纤通信技术取得突破性进展。注：铒(Er)是

7、一种稀土元素(属于镧系元素),原子序数是68，原子量是167.3。EDFA在980nm泵浦时，是一个典型的三级能级系统，在1480nm泵浦时，是一个准二级能级系统。2021-8-2112三、掺铒光纤放大器—基本结构EDFA:ErbiumDopedFiberAmplifier基本结构：泵浦掺铒光纤输出信号输入信号波分复用器光隔离器光隔离器EDFA是由掺铒光纤、泵浦光源、波分复用器构成。2021-8-2113三、掺铒光纤放大器掺铒(Er3+)光纤中的电子能级铒