光纤通信第6章光放大器ppt课件.ppt

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1、第六章光放大器概述光纤通信系统的传输距离受光纤损耗或色散限制。因此，传统的长途光纤传输系统，需要每隔一定的距离，就增加一个再生中继器，以便保证信号的质量。光放大器出现之前，光纤通信的中继器采用光－电－光(O-E-O)变换方式。光放大器（O-O）WDM系统光－电－光(O-E-O)变换方式通信设备复杂，系统的稳定性和可靠性不高，传输容量受到一定的限制。这种再生中继器的基本功能是进行光-电-光转换，并在光信号转变为电信号时进行再生、整形和定时处理，恢复信号形状和幅度，然后再转换回光信号，沿光纤线路继续传输。光放大器(O

2、-O)多年来，人们一直在探索能否去掉上述光-电-光转换过程，直接在光路上对信号进行放大，然后再传输，即用一个全光传输中继器代替目前的这种光-电-光再生中继器。经过多年的努力，科学家们已经发明了几种光放大器，其中掺铒光纤放大器（EDFA）、分布光纤喇曼放大器（DRA）和半导体光放大器（SOA）技术已经成熟，众多公司已有商品出售。光放大器的出现，可视为光纤通信发展史上的重要里程碑。光放大器的类型利用稀土掺杂的光纤放大器（EDFA、PDFA）利用半导体制作的半导体光放大器（SOA）利用光纤非线性效应制作的非线性光纤放大

3、器（FRA、FBA）6.1一般概念1.光放大器的放大倍数（增益）增益G是描述光放大器对信号放大能力的参数。定义为：G与光放大器的泵浦功率、掺杂光纤的参数和输入光信号有很复杂的关系。输入光功率较小时，G是一常数，即输出光功率PS,OUT与输入光功率PS,IN成正比例，此时增益G0为光放大器的小信号增益。G0饱和输出功率：放大器增益降至小信号增益一半时的输出功率。3dBPout,sat当PS,IN增大到一定值后，光放大器的增益G开始下降。增益饱和现象。饱和区域6.1一般概念2.增益饱和6.1一般概念3.放大器带宽6.

4、1一般概念4.放大器噪声所有光放大器在放大过程中都会把自发辐射（或散射）叠加到信号光上，导致被放大信号的信噪比（SNR）下降，其降低程度通常用噪声指数Fn来表示，其定义为：主要噪声源：放大的自发辐射噪声（ASEAmplifiedSpontaneousEmission）。它源于放大器介质中电子空穴对的自发复合。自发复合导致了与光信号一起放大的光子的宽谱背景。光放大器的应用线路放大(In-line)：周期性补偿各段光纤损耗功率放大(Boost)：增加入纤功率,延长传输距离前置预放大(Pre-Amplify):提高接收

5、灵敏度局域网的功率放大器：补偿分配损耗，增大网络节点数6.2半导体光放大器SOA对于半导体光放大器(SOA,SemiconductorOpticalAmplifiers)的研究，早在1962年发明半导体激光器不久就已开始了。然而，只有在上世纪80年代，在认识到它将在光波系统中具有广泛应用前景的驱使下，才对SOA进行了广泛的研究和开发。6.2半导体光放大器半导体光放大器的机理与激光器的相同，即通过受激发射放大入射光信号。光放大器只是一个没有反馈的激光器，其核心是当放大器被光或电泵浦时，使粒子数反转获得光增益。R1R

6、2I半导体光放大器示意图根据光放大器端面反射率和偏置条件，SOA可分为：----行波放大器(TW，TravelingWave－SOA)----法布里－珀罗放大器(FP－SOA)F-P谐振腔反射率R越大，SOA的增益越大。但是，当R超过一定值后，光放大器将变为激光器。不同反射率时的F-PSOA的增益频谱曲线多峰值、带宽窄，不适合通信系统应用，只可用于一些信号处理。减小端面反射反馈，就可以制出行波半导体光放大器。减小反射率的一个简单方法是在界面上镀以抗反射膜（增透膜）。然而，对于作为行波放大器的SOA，反射率必须相当

7、小当满足时，人们习惯把半导体光放大器作为行波（TW）放大器来描述其特性。TW-SOA的特性1.增益光场限制因子2.增益带宽增益带宽宽（约为70nm），有能力放大超窄光脉冲。TW-SOA的特性3.缺点SOA对极化态非常敏感（增益偏振相关性）。不同极化模式，具有不同的增益G，横电模（TE）和横磁模（TM）极化增益差可能达到5~8dB起因：由于半导体有源层的横截面呈扁长方形，对横向（长方形的宽边方向）和竖向（长方形的窄边方向）的光场约束不同，光场在竖向的衍射泄漏强于横向，因而竖向的光增益弱于横向。因此光信号的偏振方向取

8、横向时的增益大，取竖向时的增益小。解决方法：采用宽、厚可比拟的有源层设计；相同结构SOA互相垂直并接输入光信号往返两次通过同一SOA，但反向通过前，采用法拉第旋转器使返回光旋转900相同结构SOA互相垂直串接SOA的应用多信道放大中存在问题噪声大信道串扰(交叉增益调制XGM、四波混频FWM)增益饱和引起信号畸变其他应用：光波长转换（XGM,XPM,FWM）光开关：直接调制