光纤通信技术光放大器ppt课件.ppt

光放大器光放大器光纤通讯技术第六章光纤通讯技术第六章王建萍王建萍 jpwangtsinghua.edu信息光电子研讨所信息光电子研讨所清华大学电子工程系清华大学电子工程系第六章第六章 光放大器光放大器6.1 光放大器概述光放大器概述 6.2 掺铒光纤放大器掺铒光纤放大器EDFA6.3 半导体光放大器半导体光放大器SOA6.4 光纤拉曼放大器光纤拉曼放大器FRA6.1 光放大器概述光放大器概述n n光放大器的出现，可视为光纤通讯开展史上的重光放大器的出现，可视为光纤通讯开展史上的重光放大器的出现，可视为光纤通讯开展史上的重光放大器的出现，可视为光纤通讯开展史上的重要里程碑要里程碑要里程碑要里程碑n n光放大器出现之前，光纤通讯的中继器采用光－光放大器出现之前，光纤通讯的中继器采用光－光放大器出现之前，光纤通讯的中继器采用光－光放大器出现之前，光纤通讯的中继器采用光－电－光电－光电－光电－光(O-E-O)(O-E-O)变换方式变换方式变换方式变换方式n n安装复杂、耗能多、不能同时放大多个波长信道，安装复杂、耗能多、不能同时放大多个波长信道，安装复杂、耗能多、不能同时放大多个波长信道，安装复杂、耗能多、不能同时放大多个波长信道，在在在在WDMWDM系统中复杂性和本钱倍增，可实现系统中复杂性和本钱倍增，可实现系统中复杂性和本钱倍增，可实现系统中复杂性和本钱倍增，可实现1R1R、、、、2R2R、、、、3R3R中继中继中继中继n n光放大器〔光放大器〔光放大器〔光放大器〔O-OO-O〕〕〕〕n n多波长放大、低本钱，只能实现多波长放大、低本钱，只能实现多波长放大、低本钱，只能实现多波长放大、低本钱，只能实现1R1R中继中继中继中继光放大器的原理光放大器的原理n n光放大器的功能：提供光信号增益，以补偿光光放大器的功能：提供光信号增益，以补偿光光放大器的功能：提供光信号增益，以补偿光光放大器的功能：提供光信号增益，以补偿光信号在通路中的传输衰减，增大系统的无中继信号在通路中的传输衰减，增大系统的无中继信号在通路中的传输衰减，增大系统的无中继信号在通路中的传输衰减，增大系统的无中继传输间隔。

传输间隔传输间隔传输间隔n n在泵浦能量〔电或光〕的作用下，实现粒子数在泵浦能量〔电或光〕的作用下，实现粒子数在泵浦能量〔电或光〕的作用下，实现粒子数在泵浦能量〔电或光〕的作用下，实现粒子数反转〔非线性光纤放大器除外〕，然后经过受反转〔非线性光纤放大器除外〕，然后经过受反转〔非线性光纤放大器除外〕，然后经过受反转〔非线性光纤放大器除外〕，然后经过受激辐射实现对入射光的放大激辐射实现对入射光的放大激辐射实现对入射光的放大激辐射实现对入射光的放大n n光放大器是基于受激辐射或受激散射原理实现光放大器是基于受激辐射或受激散射原理实现光放大器是基于受激辐射或受激散射原理实现光放大器是基于受激辐射或受激散射原理实现入射光信号放大的一种器件其机制与激光器入射光信号放大的一种器件其机制与激光器入射光信号放大的一种器件其机制与激光器入射光信号放大的一种器件其机制与激光器完全一样实践上，光放大器在构造上是一个完全一样实践上，光放大器在构造上是一个完全一样实践上，光放大器在构造上是一个完全一样实践上，光放大器在构造上是一个没有反响或反响较小的激光器没有反响或反响较小的激光器没有反响或反响较小的激光器没有反响或反响较小的激光器。

光放大器的类型光放大器的类型n n利用稀土掺杂的光纤放大器〔利用稀土掺杂的光纤放大器〔EDFA、、PDFA〕〕n n利用半导体制造的半导体光放大器〔利用半导体制造的半导体光放大器〔SOA〕〕n n利用光纤非线性效应制造的非线性光纤放大利用光纤非线性效应制造的非线性光纤放大器〔器〔FRA、、FBA〕〕几种光放大器的比较几种光放大器的比较放大器放大器放大器放大器类型类型类型类型原理原理原理原理激励激励激励激励方式方式方式方式工作长工作长工作长工作长度度度度噪声噪声噪声噪声特性特性特性特性与光与光与光与光纤耦纤耦纤耦纤耦合合合合与光与光与光与光偏振偏振偏振偏振关系关系关系关系稳稳稳稳定定定定性性性性掺稀土光掺稀土光掺稀土光掺稀土光纤放大器纤放大器纤放大器纤放大器粒子数反粒子数反粒子数反粒子数反转转转转光光光光数米到数米到数米到数米到数十米数十米数十米数十米好好好好容易容易容易容易无无无无好好好好半导体光半导体光半导体光半导体光放大器放大器放大器放大器粒子数反粒子数反粒子数反粒子数反转转转转电电电电100100   m~1mm~1mmm差差差差很难很难很难很难大大大大差差差差光纤光纤光纤光纤( (喇喇喇喇曼曼曼曼) )放大放大放大放大器器器器光学非线光学非线光学非线光学非线性性性性( (喇曼喇曼喇曼喇曼) )效应效应效应效应光光光光数千米数千米数千米数千米好好好好容易容易容易容易大大大大好好好好光放大器的运用光放大器的运用线路放大线路放大线路放大线路放大(In-line)(In-line)：周：周：周：周期性补偿各段光纤损耗期性补偿各段光纤损耗期性补偿各段光纤损耗期性补偿各段光纤损耗功率放大功率放大功率放大功率放大(Boost)(Boost)：增参与：增参与：增参与：增参与纤功率纤功率纤功率纤功率, ,延伸传输间隔延伸传输间隔延伸传输间隔延伸传输间隔前置预放大前置预放大前置预放大前置预放大(Pre-Amplify):(Pre-Amplify):提高接纳灵敏度提高接纳灵敏度提高接纳灵敏度提高接纳灵敏度局域网的功率放大器：补偿局域网的功率放大器：补偿局域网的功率放大器：补偿局域网的功率放大器：补偿分配损耗，增大网络节点数分配损耗，增大网络节点数分配损耗，增大网络节点数分配损耗，增大网络节点数研讨新热点研讨新热点n n展宽带宽：展宽带宽：展宽带宽：展宽带宽：C-band 40nm, L-band C-band 40nm, L-band 再加再加再加再加40nm40nm；；；；n n平衡功能：针对点对点系统的增益平衡，针对全平衡功能：针对点对点系统的增益平衡，针对全平衡功能：针对点对点系统的增益平衡，针对全平衡功能：针对点对点系统的增益平衡，针对全光网的功率平衡；光网的功率平衡；光网的功率平衡；光网的功率平衡；n n监控管理功能：放大器，全光网路由改动；监控管理功能：放大器，全光网路由改动；监控管理功能：放大器，全光网路由改动；监控管理功能：放大器，全光网路由改动；n n动态呼应特性；动态呼应特性；动态呼应特性；动态呼应特性；n n其它波段的光纤放大器，如其它波段的光纤放大器，如其它波段的光纤放大器，如其它波段的光纤放大器，如RamanRaman放大器。

放大器第六章第六章 光放大器光放大器6.1 光放大器概述光放大器概述 6.2 掺铒光纤放大器掺铒光纤放大器EDFA6.3 半导体光放大器半导体光放大器SOA6.4 光纤拉曼放大器光纤拉曼放大器FRA6.2 掺铒光纤放大器掺铒光纤放大器EDFAn n掺杂光纤放大器利用掺入石英光纤的稀土离子作掺杂光纤放大器利用掺入石英光纤的稀土离子作掺杂光纤放大器利用掺入石英光纤的稀土离子作掺杂光纤放大器利用掺入石英光纤的稀土离子作为增益介质，在泵浦光的激发下实现光信号的放为增益介质，在泵浦光的激发下实现光信号的放为增益介质，在泵浦光的激发下实现光信号的放为增益介质，在泵浦光的激发下实现光信号的放大，放大器的特性主要由掺杂元素决议大，放大器的特性主要由掺杂元素决议大，放大器的特性主要由掺杂元素决议大，放大器的特性主要由掺杂元素决议n n任务波长为任务波长为任务波长为任务波长为1550nm1550nm的铒的铒的铒的铒(Er)(Er)掺杂光纤放大器掺杂光纤放大器掺杂光纤放大器掺杂光纤放大器(EDFA)(EDFA)n n任务波长为任务波长为任务波长为任务波长为1300nm1300nm的镨的镨的镨的镨(Pr)(Pr)掺杂光纤放大器掺杂光纤放大器掺杂光纤放大器掺杂光纤放大器(PDFA)(PDFA)n n任务波长为任务波长为任务波长为任务波长为1400nm1400nm的铥的铥的铥的铥(Tm)(Tm)掺杂光纤放大器掺杂光纤放大器掺杂光纤放大器掺杂光纤放大器(TDFA)(TDFA)n n目前，目前，目前，目前，EDFAEDFA最为成熟，是光纤通讯系统必备器件。

最为成熟，是光纤通讯系统必备器件最为成熟，是光纤通讯系统必备器件最为成熟，是光纤通讯系统必备器件掺铒光纤放大器给光纤通讯领域带来的革命掺铒光纤放大器给光纤通讯领域带来的革命n nEDFAEDFA处理了系统容量提高的最大的限制处理了系统容量提高的最大的限制处理了系统容量提高的最大的限制处理了系统容量提高的最大的限制————光光光光损耗损耗损耗损耗n n补偿了光纤本身的损耗，使长间隔传输成为能够补偿了光纤本身的损耗，使长间隔传输成为能够补偿了光纤本身的损耗，使长间隔传输成为能够补偿了光纤本身的损耗，使长间隔传输成为能够n n大大添加了功率预算的冗余，系统中引入各种新大大添加了功率预算的冗余，系统中引入各种新大大添加了功率预算的冗余，系统中引入各种新大大添加了功率预算的冗余，系统中引入各种新型光器件成为能够型光器件成为能够型光器件成为能够型光器件成为能够n n支持了最有效的添加光通讯容量的方式支持了最有效的添加光通讯容量的方式支持了最有效的添加光通讯容量的方式支持了最有效的添加光通讯容量的方式-WDM-WDMn n推进了全光网络的研讨开发热潮推进了全光网络的研讨开发热潮推进了全光网络的研讨开发热潮推进了全光网络的研讨开发热潮为什么要用掺铒光纤放大器为什么要用掺铒光纤放大器n n任务频带正处于光纤损耗最低处任务频带正处于光纤损耗最低处任务频带正处于光纤损耗最低处任务频带正处于光纤损耗最低处(1525-1565nm)(1525-1565nm)；；；；n n频带宽，可以对多路信号同时放大频带宽，可以对多路信号同时放大频带宽，可以对多路信号同时放大频带宽，可以对多路信号同时放大- -波分复用；波分复用；波分复用；波分复用；n n对数据率对数据率对数据率对数据率/ /格式透明，系统晋级本钱低；格式透明，系统晋级本钱低；格式透明，系统晋级本钱低；格式透明，系统晋级本钱低；n n增益高增益高增益高增益高(>40dB)(>40dB)、输出功率大、输出功率大、输出功率大、输出功率大(~30dBm)(~30dBm)、噪声低、噪声低、噪声低、噪声低(4~5dB)(4~5dB)；；；；n n全光纤构造，与光纤系统兼容；全光纤构造，与光纤系统兼容；全光纤构造，与光纤系统兼容；全光纤构造，与光纤系统兼容；n n增益与信号偏振态无关，故稳定性好；增益与信号偏振态无关，故稳定性好；增益与信号偏振态无关，故稳定性好；增益与信号偏振态无关，故稳定性好；n n所需的泵浦功率低所需的泵浦功率低所需的泵浦功率低所需的泵浦功率低( (数十毫瓦数十毫瓦数十毫瓦数十毫瓦) )。

EDFA的任务原理的任务原理n nEDFAEDFA采用掺铒离子单模光纤为增益介质，在泵浦光作用采用掺铒离子单模光纤为增益介质，在泵浦光作用采用掺铒离子单模光纤为增益介质，在泵浦光作用采用掺铒离子单模光纤为增益介质，在泵浦光作用下产生粒子数反转，在信号光诱导下实现受激辐射放大下产生粒子数反转，在信号光诱导下实现受激辐射放大下产生粒子数反转，在信号光诱导下实现受激辐射放大下产生粒子数反转，在信号光诱导下实现受激辐射放大Input signalInput signal1530nm-1570nm1530nm-1570nmAmplified Amplified output signaloutput signalPower laser Power laser (Pump)(Pump)980nm or 980nm or 1480nm1480nmFiber containing Fiber containing erbium dopanterbium dopant信号光与波长较其为短的光波信号光与波长较其为短的光波信号光与波长较其为短的光波信号光与波长较其为短的光波( (泵浦光泵浦光泵浦光泵浦光) )同沿光纤传输，泵浦同沿光纤传输，泵浦同沿光纤传输，泵浦同沿光纤传输，泵浦光的能量被光纤中的稀土元素离子吸收而使其跃迁至更高能光的能量被光纤中的稀土元素离子吸收而使其跃迁至更高能光的能量被光纤中的稀土元素离子吸收而使其跃迁至更高能光的能量被光纤中的稀土元素离子吸收而使其跃迁至更高能级，并可经过能级间的受激发射转移为信号光的能量。

信号级，并可经过能级间的受激发射转移为信号光的能量信号级，并可经过能级间的受激发射转移为信号光的能量信号级，并可经过能级间的受激发射转移为信号光的能量信号光沿光纤长度得到放大，泵浦光沿光纤长度不断衰减光沿光纤长度得到放大，泵浦光沿光纤长度不断衰减光沿光纤长度得到放大，泵浦光沿光纤长度不断衰减光沿光纤长度得到放大，泵浦光沿光纤长度不断衰减EDFA中的中的Er3+能级构造能级构造n n泵浦波长可以是泵浦波长可以是泵浦波长可以是泵浦波长可以是520520、、、、650650、、、、800800、、、、980980、、、、1480nm1480nmn n波长短于波长短于波长短于波长短于980nm980nm的泵浦效率低，因此通常采用的泵浦效率低，因此通常采用的泵浦效率低，因此通常采用的泵浦效率低，因此通常采用980980和和和和1480nm1480nm泵浦铒离子简化铒离子简化铒离子简化铒离子简化能级表示图能级表示图能级表示图能级表示图吸收泵浦光吸收泵浦光吸收泵浦光吸收泵浦光快速非辐快速非辐快速非辐快速非辐射跃迁射跃迁射跃迁射跃迁光放大光放大光放大光放大受激辐射受激辐射受激辐射受激辐射产生噪声产生噪声产生噪声产生噪声自发辐射自发辐射自发辐射自发辐射受激吸收受激吸收受激吸收受激吸收基态基态基态基态能带能带能带能带泵浦泵浦泵浦泵浦能带能带能带能带980nm980nm1480nm1480nm亚稳态能带亚稳态能带亚稳态能带亚稳态能带1550nm1550nm掺铒光纤放大器的根本构造掺铒光纤放大器的根本构造掺铒光纤：当一定的泵浦光注入到掺铒光纤中时，掺铒光纤：当一定的泵浦光注入到掺铒光纤中时，掺铒光纤：当一定的泵浦光注入到掺铒光纤中时，掺铒光纤：当一定的泵浦光注入到掺铒光纤中时，Er3+Er3+从低能级被激发到从低能级被激发到从低能级被激发到从低能级被激发到高能级上，由于在高能级上的寿命很短，很快以非辐射跃迁方式到较低能高能级上，由于在高能级上的寿命很短，很快以非辐射跃迁方式到较低能高能级上，由于在高能级上的寿命很短，很快以非辐射跃迁方式到较低能高能级上，由于在高能级上的寿命很短，很快以非辐射跃迁方式到较低能级上，并在该能级和低能级间构成粒子数反转分布。

级上，并在该能级和低能级间构成粒子数反转分布级上，并在该能级和低能级间构成粒子数反转分布级上，并在该能级和低能级间构成粒子数反转分布半导体泵浦二极管：为信号放大提供足够的能量，使物质到达粒子数反转半导体泵浦二极管：为信号放大提供足够的能量，使物质到达粒子数反转半导体泵浦二极管：为信号放大提供足够的能量，使物质到达粒子数反转半导体泵浦二极管：为信号放大提供足够的能量，使物质到达粒子数反转波分复用耦合器：将信号光和泵浦光合路进入掺铒光纤中波分复用耦合器：将信号光和泵浦光合路进入掺铒光纤中波分复用耦合器：将信号光和泵浦光合路进入掺铒光纤中波分复用耦合器：将信号光和泵浦光合路进入掺铒光纤中光隔离器：使光传输具有单向性，放大器不受发射光影响，保证稳定任务光隔离器：使光传输具有单向性，放大器不受发射光影响，保证稳定任务光隔离器：使光传输具有单向性，放大器不受发射光影响，保证稳定任务光隔离器：使光传输具有单向性，放大器不受发射光影响，保证稳定任务三种泵浦方式的三种泵浦方式的EDFALD2LD2WDM2WDM2EDFEDFAPCAPCAPCAPCininoutoutLD1LD1WDM1WDM1LDLDWDMWDMEDFEDFAPCAPCAPCAPCin in outoutLDLDWDMWDMEDFEDFAPCAPCAPCAPCin in outout同向泵浦同向泵浦同向泵浦同向泵浦( (前向泵浦前向泵浦前向泵浦前向泵浦) )型：好的噪声性能型：好的噪声性能型：好的噪声性能型：好的噪声性能反向泵浦反向泵浦反向泵浦反向泵浦( (后向泵浦后向泵浦后向泵浦后向泵浦) )型：输出信号功率高型：输出信号功率高型：输出信号功率高型：输出信号功率高双向泵浦型：输出信双向泵浦型：输出信双向泵浦型：输出信双向泵浦型：输出信号功率比单泵浦源高号功率比单泵浦源高号功率比单泵浦源高号功率比单泵浦源高3dB3dB，且放大特性与，且放大特性与，且放大特性与，且放大特性与信号传输方向无关信号传输方向无关信号传输方向无关信号传输方向无关MultistagMultistage EDFAe EDFA由于光纤对由于光纤对由于光纤对由于光纤对1480nm1480nm的光损耗较小，所以的光损耗较小，所以的光损耗较小，所以的光损耗较小，所以1480nm1480nm泵浦光又常用于遥泵方式。

泵浦光又常用于遥泵方式泵浦光又常用于遥泵方式泵浦光又常用于遥泵方式Remote Remote PumpinPumping gEDFA的任务特性的任务特性n n光放大器的增益光放大器的增益n n放大器的噪声放大器的噪声n nEDFA的多信道放大特性的多信道放大特性n nEDFA的大功率化的大功率化一、光放大器的增益一、光放大器的增益n n增益增益增益增益GG是描画光放大器对信号放大才干的参数定义为：是描画光放大器对信号放大才干的参数定义为：是描画光放大器对信号放大才干的参数定义为：是描画光放大器对信号放大才干的参数定义为：n nGG与光放大器的泵浦功率、掺杂光纤的参数和输入光信号与光放大器的泵浦功率、掺杂光纤的参数和输入光信号与光放大器的泵浦功率、掺杂光纤的参数和输入光信号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有很复杂的关系有很复杂的关系有很复杂的关系输出信号光功率输出信号光功率输出信号光功率输出信号光功率输入信号光功率输入信号光功率输入信号光功率输入信号光功率小信号增益小信号增益小信号增益小信号增益GG＝＝＝＝30dB30dB时，增益对输入光功率的典型时，增益对输入光功率的典型时，增益对输入光功率的典型时，增益对输入光功率的典型依存关系依存关系依存关系依存关系输入光功率较小时，输入光功率较小时，输入光功率较小时，输入光功率较小时，GG是一常数，即输出光功率是一常数，即输出光功率是一常数，即输出光功率是一常数，即输出光功率PS,OUTPS,OUT与输入光功率与输入光功率与输入光功率与输入光功率PS,INPS,IN成正比例。

成正比例成正比例成正比例G0G0光放大器的小信号增益光放大器的小信号增益光放大器的小信号增益光放大器的小信号增益G0G0饱和输出功率：放大器增益降至小饱和输出功率：放大器增益降至小饱和输出功率：放大器增益降至小饱和输出功率：放大器增益降至小信号增益一半时的输出功率信号增益一半时的输出功率信号增益一半时的输出功率信号增益一半时的输出功率3dB3dBPout,sPout,satat当当当当PS,INPS,IN增大到一定值后，增大到一定值后，增大到一定值后，增大到一定值后，光放大器的增益光放大器的增益光放大器的增益光放大器的增益GG开场开场开场开场下降增益饱和景象增益饱和景象增益饱和景象增益饱和景象饱和区域饱和区域饱和区域饱和区域增益增益增益增益GG与输入光波长的关系与输入光波长的关系与输入光波长的关系与输入光波长的关系增益谱增益谱增益谱增益谱G(G(   ) )：增益：增益：增益：增益GG与信号光波长与信号光波长与信号光波长与信号光波长   的关系光放大的关系光放大的关系光放大的关系光放大器的增益谱不平坦器的增益谱不平坦器的增益谱不平坦器的增益谱不平坦对于给定的放大器长度〔对于给定的放大器长度〔对于给定的放大器长度〔对于给定的放大器长度〔EDFEDF长度〕，增益随长度〕，增益随长度〕，增益随长度〕，增益随泵浦功率在开场时按指数添加，当泵浦功率超泵浦功率在开场时按指数添加，当泵浦功率超泵浦功率在开场时按指数添加，当泵浦功率超泵浦功率在开场时按指数添加，当泵浦功率超越一定值时，增益添加变缓，并趋于一恒定值。

越一定值时，增益添加变缓，并趋于一恒定值越一定值时，增益添加变缓，并趋于一恒定值越一定值时，增益添加变缓，并趋于一恒定值小信号增益随泵浦功率而变的曲线小信号增益随泵浦功率而变的曲线小信号增益随泵浦功率而变的曲线小信号增益随泵浦功率而变的曲线小信号增益小信号增益小信号增益小信号增益随放大器长随放大器长随放大器长随放大器长度而变的曲度而变的曲度而变的曲度而变的曲线线线线当泵浦功率一定时，放大器在某一最正确长度时获得最大增益，假当泵浦功率一定时，放大器在某一最正确长度时获得最大增益，假当泵浦功率一定时，放大器在某一最正确长度时获得最大增益，假当泵浦功率一定时，放大器在某一最正确长度时获得最大增益，假设放大器长度超越此值，由于泵浦的耗费，最正确点后的掺铒光纤设放大器长度超越此值，由于泵浦的耗费，最正确点后的掺铒光纤设放大器长度超越此值，由于泵浦的耗费，最正确点后的掺铒光纤设放大器长度超越此值，由于泵浦的耗费，最正确点后的掺铒光纤不能遭到足够泵浦，而且要吸收已放大的信号能量，导致增益很快不能遭到足够泵浦，而且要吸收已放大的信号能量，导致增益很快不能遭到足够泵浦，而且要吸收已放大的信号能量，导致增益很快不能遭到足够泵浦，而且要吸收已放大的信号能量，导致增益很快下降。

下降因此，在因此，在因此，在因此，在EDFAEDFA设计中，需求在掺铒光纤构造参数的根底上，设计中，需求在掺铒光纤构造参数的根底上，设计中，需求在掺铒光纤构造参数的根底上，设计中，需求在掺铒光纤构造参数的根底上，选择适宜的泵浦功率和光纤长度，使放大器任务于最正确形选择适宜的泵浦功率和光纤长度，使放大器任务于最正确形选择适宜的泵浦功率和光纤长度，使放大器任务于最正确形选择适宜的泵浦功率和光纤长度，使放大器任务于最正确形状二、放大器的噪声二、放大器的噪声n n一切光放大器在放大过程中都会把自发辐射〔或一切光放大器在放大过程中都会把自发辐射〔或一切光放大器在放大过程中都会把自发辐射〔或一切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散射〕叠加到信号光上，导致被放大信号的信噪散射〕叠加到信号光上，导致被放大信号的信噪散射〕叠加到信号光上，导致被放大信号的信噪比〔比〔比〔比〔SNRSNR〕下降，其降低程度通常用噪声指数〕下降，其降低程度通常用噪声指数〕下降，其降低程度通常用噪声指数〕下降，其降低程度通常用噪声指数FnFn来表示，其定义为：来表示，其定义为：来表示，其定义为：来表示，其定义为：n n主要噪声源：放大的自发辐射噪声〔主要噪声源：放大的自发辐射噪声〔主要噪声源：放大的自发辐射噪声〔主要噪声源：放大的自发辐射噪声〔ASEASE〕，它〕，它〕，它〕，它源于放大器介质中电子空穴对的自发复合。

自发源于放大器介质中电子空穴对的自发复合自发源于放大器介质中电子空穴对的自发复合自发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同放大的光子的宽谱背景复合导致了与光信号一同放大的光子的宽谱背景复合导致了与光信号一同放大的光子的宽谱背景复合导致了与光信号一同放大的光子的宽谱背景Amplified Spontaneous EmissionAmplified Spontaneous EmissionEDFAEDFA放大放大放大放大15401540波长信号时产生的影响波长信号时产生的影响波长信号时产生的影响波长信号时产生的影响ASEASEASEASE噪声叠加在信号上，导致信噪比下降噪声叠加在信号上，导致信噪比下降噪声叠加在信号上，导致信噪比下降噪声叠加在信号上，导致信噪比下降宽谱光源宽谱光源宽谱光源宽谱光源ASE噪声噪声n nASEASE噪声近似为白噪声，噪声功率谱密度为：噪声近似为白噪声，噪声功率谱密度为：自发发射因子或自发发射因子或自发发射因子或自发发射因子或粒子数反转因子粒子数反转因子粒子数反转因子粒子数反转因子• •对于原子都处于激发态对于原子都处于激发态对于原子都处于激发态对于原子都处于激发态或完全粒子数反转的光或完全粒子数反转的光或完全粒子数反转的光或完全粒子数反转的光放大器，放大器，放大器，放大器，nsp=1;nsp=1;• •当粒子数不完全反转时，当粒子数不完全反转时，当粒子数不完全反转时，当粒子数不完全反转时， nsp>1nsp>1；；；；激发态的粒子数激发态的粒子数激发态的粒子数激发态的粒子数基态的粒子数基态的粒子数基态的粒子数基态的粒子数研讨发现，接纳机前接入光放大器后，新添加的研讨发现，接纳机前接入光放大器后，新添加的研讨发现，接纳机前接入光放大器后，新添加的研讨发现，接纳机前接入光放大器后，新添加的噪声主要来自噪声主要来自噪声主要来自噪声主要来自ASEASE噪声与信号本身的差拍噪声。

噪声与信号本身的差拍噪声噪声与信号本身的差拍噪声噪声与信号本身的差拍噪声噪声指数为：噪声指数为：噪声指数为：噪声指数为：阐明：即使对阐明：即使对阐明：即使对阐明：即使对nsp=1nsp=1的完全粒子数反转的理想放大器，的完全粒子数反转的理想放大器，的完全粒子数反转的理想放大器，的完全粒子数反转的理想放大器，被放大信号的被放大信号的被放大信号的被放大信号的SNRSNR也降低了二倍〔或也降低了二倍〔或也降低了二倍〔或也降低了二倍〔或3dB3dB〕对大多〕对大多〕对大多〕对大多数实践的放大器数实践的放大器数实践的放大器数实践的放大器FnFn均超越均超越均超越均超越3dB 3dB ，并能够到达，并能够到达，并能够到达，并能够到达6~8dB6~8dB希望放大器的希望放大器的希望放大器的希望放大器的FnFn尽能够低尽能够低尽能够低尽能够低ASE噪声噪声三、三、 EDFA的多信道放大特性的多信道放大特性n nEDFAEDFA的增益恢复时间的增益恢复时间的增益恢复时间的增益恢复时间   g~10ms(SOAg~10ms(SOA的的的的   g=0.1~1ns),g=0.1~1ns),其增益不能呼应调制信号的快速变化，其增益不能呼应调制信号的快速变化，其增益不能呼应调制信号的快速变化，其增益不能呼应调制信号的快速变化，不存在增益调制，四波混频效应也很小，所以在多信不存在增益调制，四波混频效应也很小，所以在多信不存在增益调制，四波混频效应也很小，所以在多信不存在增益调制，四波混频效应也很小，所以在多信道放大中不引入信道间串扰道放大中不引入信道间串扰道放大中不引入信道间串扰道放大中不引入信道间串扰(SOA(SOA那么不然那么不然那么不然那么不然) )，是其可，是其可，是其可，是其可以用于多信道放大的关键所在。

以用于多信道放大的关键所在以用于多信道放大的关键所在以用于多信道放大的关键所在n nEDFAEDFA对信道的插入、分出或无光缺点等要素引起的对信道的插入、分出或无光缺点等要素引起的对信道的插入、分出或无光缺点等要素引起的对信道的插入、分出或无光缺点等要素引起的输入光功率的变化〔较低速变化〕能产生呼应输入光功率的变化〔较低速变化〕能产生呼应输入光功率的变化〔较低速变化〕能产生呼应输入光功率的变化〔较低速变化〕能产生呼应-- --瞬态瞬态瞬态瞬态特性在系统运用中应予以控制特性在系统运用中应予以控制特性在系统运用中应予以控制特性在系统运用中应予以控制-- --增益钳制增益钳制增益钳制增益钳制• •多信道放大中存在的其它问题：多信道放大中存在的其它问题：多信道放大中存在的其它问题：多信道放大中存在的其它问题：• •增益平坦增益平坦增益平坦增益平坦• •增益钳制增益钳制增益钳制增益钳制• •高的输出功率高的输出功率高的输出功率高的输出功率EDFAEDFA的级联特性的级联特性的级联特性的级联特性信道间增益竞争，信道间增益竞争，信道间增益竞争，信道间增益竞争，多级级连运用导多级级连运用导多级级连运用导多级级连运用导致致致致“ “尖峰效应〞尖峰效应〞尖峰效应〞尖峰效应〞15441569典型的典型的EDFA增益谱增益谱固有的增益不平坦，增益固有的增益不平坦，增益差随级联放大而积累增大差随级联放大而积累增大各信道的信噪比差别增大各信道的信噪比差别增大各信道的接纳灵敏度不同各信道的接纳灵敏度不同增益平坦增益平坦增益谱的外形随信号功率而变，在有信道增益谱的外形随信号功率而变，在有信道上、下的动态情况下，失衡情况更加严重上、下的动态情况下，失衡情况更加严重BERBER接纳光功率接纳光功率接纳光功率接纳光功率光功率光功率光功率光功率波长波长波长波长光功率光功率光功率光功率波长波长波长波长光发射机光发射机光发射机光发射机光发射机光发射机光发射机光发射机光发射机光发射机光发射机光发射机光发射机光发射机光发射机光发射机   N N    1 1   2 2   3 3光接纳机光接纳机光接纳机光接纳机光接纳机光接纳机光接纳机光接纳机光接纳机光接纳机光接纳机光接纳机光接纳机光接纳机光接纳机光接纳机EDFAEDFA   1 1   N N    3 3   2 21. 1. 滤波器平衡：滤波器平衡：滤波器平衡：滤波器平衡： 采用透射谱与掺杂光纤增益谱反对称的滤波器使采用透射谱与掺杂光纤增益谱反对称的滤波器使采用透射谱与掺杂光纤增益谱反对称的滤波器使采用透射谱与掺杂光纤增益谱反对称的滤波器使增益平坦增益平坦增益平坦增益平坦, , 如：薄膜滤波、紫外写入长周期光纤光栅、如：薄膜滤波、紫外写入长周期光纤光栅、如：薄膜滤波、紫外写入长周期光纤光栅、如：薄膜滤波、紫外写入长周期光纤光栅、周期调制的双芯光纤等。

周期调制的双芯光纤等周期调制的双芯光纤等周期调制的双芯光纤等 只能实现静态增益谱的平只能实现静态增益谱的平只能实现静态增益谱的平只能实现静态增益谱的平坦，在信道功率突变时增益谱仍会发生变化坦，在信道功率突变时增益谱仍会发生变化坦，在信道功率突变时增益谱仍会发生变化坦，在信道功率突变时增益谱仍会发生变化 EDFA + EDFA + 平衡器平衡器平衡器平衡器 → → 合成增益合成增益合成增益合成增益增益平坦增益平坦/ /平衡技术平衡技术(1)(1)2. 2. 新型宽谱带掺杂光纤：新型宽谱带掺杂光纤：新型宽谱带掺杂光纤：新型宽谱带掺杂光纤： 如掺铒氟化物玻璃光纤〔如掺铒氟化物玻璃光纤〔如掺铒氟化物玻璃光纤〔如掺铒氟化物玻璃光纤〔30nm30nm平坦带宽〕、平坦带宽〕、平坦带宽〕、平坦带宽〕、铒铒铒铒/ /铝共掺杂光纤〔铝共掺杂光纤〔铝共掺杂光纤〔铝共掺杂光纤〔20nm20nm〕等，〕等，〕等，〕等， 静态增益谱的静态增益谱的静态增益谱的静态增益谱的平坦，掺杂工艺复杂平坦，掺杂工艺复杂平坦，掺杂工艺复杂。

平坦，掺杂工艺复杂3. 3. 声光滤波调理：声光滤波调理：声光滤波调理：声光滤波调理： 根据各信道功率，反响控制放大器输出端的根据各信道功率，反响控制放大器输出端的根据各信道功率，反响控制放大器输出端的根据各信道功率，反响控制放大器输出端的多通道声光带阻滤波器，调理各信道输出功率使多通道声光带阻滤波器，调理各信道输出功率使多通道声光带阻滤波器，调理各信道输出功率使多通道声光带阻滤波器，调理各信道输出功率使之平衡，动态平衡需求解复用、光电转换、构造之平衡，动态平衡需求解复用、光电转换、构造之平衡，动态平衡需求解复用、光电转换、构造之平衡，动态平衡需求解复用、光电转换、构造复杂，适用性受限复杂，适用性受限复杂，适用性受限复杂，适用性受限增益平坦增益平坦/ /平衡技术平衡技术(2)(2)4. 4. 预失真技术预失真技术预失真技术预失真技术不灵敏，传输链路变换后，输入功率也要随之调整不灵敏，传输链路变换后，输入功率也要随之调整不灵敏，传输链路变换后，输入功率也要随之调整不灵敏，传输链路变换后，输入功率也要随之调整增益平坦增益平坦/ /平衡技术平衡技术(3)(3)• •EDFAEDFA对信道的插入、分出或信道无光缺点等要素引起对信道的插入、分出或信道无光缺点等要素引起对信道的插入、分出或信道无光缺点等要素引起对信道的插入、分出或信道无光缺点等要素引起的输入光功率的变化〔较低速变化〕能产生呼应的输入光功率的变化〔较低速变化〕能产生呼应的输入光功率的变化〔较低速变化〕能产生呼应的输入光功率的变化〔较低速变化〕能产生呼应-- --瞬态瞬态瞬态瞬态特性特性特性特性• •瞬态特性使得剩余信道获得过大的增益，并输出过大瞬态特性使得剩余信道获得过大的增益，并输出过大瞬态特性使得剩余信道获得过大的增益，并输出过大瞬态特性使得剩余信道获得过大的增益，并输出过大的功率，而产生非线性，最终导致其传输性能的恶化的功率，而产生非线性，最终导致其传输性能的恶化的功率，而产生非线性，最终导致其传输性能的恶化的功率，而产生非线性，最终导致其传输性能的恶化-- --需进展自动增益控制需进展自动增益控制需进展自动增益控制需进展自动增益控制• •对于级联对于级联对于级联对于级联EDFAEDFA系统，瞬态呼应时间可短至几系统，瞬态呼应时间可短至几系统，瞬态呼应时间可短至几系统，瞬态呼应时间可短至几~ ~几十几十几十几十   s s，要求增益控制系统的呼应时间相应为几，要求增益控制系统的呼应时间相应为几，要求增益控制系统的呼应时间相应为几，要求增益控制系统的呼应时间相应为几~ ~几十几十几十几十   s s增益钳制增益钳制增益钳制技术增益钳制技术(1)n n电控：监测电控：监测电控：监测电控：监测EDFAEDFA的输入光功率，根据其大小调整的输入光功率，根据其大小调整的输入光功率，根据其大小调整的输入光功率，根据其大小调整泵浦功率，从而实现增益钳制，是目前最为成熟的泵浦功率，从而实现增益钳制，是目前最为成熟的泵浦功率，从而实现增益钳制，是目前最为成熟的泵浦功率，从而实现增益钳制，是目前最为成熟的方法。

方法LDLDPumpPumpInInOutOut泵浦控制平衡放大器〔电控〕泵浦控制平衡放大器〔电控〕泵浦控制平衡放大器〔电控〕泵浦控制平衡放大器〔电控〕EDFAEDFA增益钳制技术增益钳制技术(2)n n在系统中附加一波长信道，根据其它信道的功率，在系统中附加一波长信道，根据其它信道的功率，在系统中附加一波长信道，根据其它信道的功率，在系统中附加一波长信道，根据其它信道的功率，改动附加波长的功率，而实现增益钳制改动附加波长的功率，而实现增益钳制改动附加波长的功率，而实现增益钳制改动附加波长的功率，而实现增益钳制注入激光注入激光注入激光注入激光WDMWDM系统要求系统要求系统要求系统要求EDFAEDFA具有足够高的输出功率，以保证各具有足够高的输出功率，以保证各具有足够高的输出功率，以保证各具有足够高的输出功率，以保证各信道获得足够的光功率信道获得足够的光功率信道获得足够的光功率信道获得足够的光功率方法：多级泵浦方法：多级泵浦方法：多级泵浦方法：多级泵浦222219191616输出功率〔输出功率〔输出功率〔输出功率〔dBmdBm〕〕〕〕1540154015701570四、四、EDFA的大功率化的大功率化(1)EDFA的大功率化的大功率化(2)   =0.7%=0.7%   =1.3%=1.3%纤纤纤纤芯芯芯芯内内内内包包包包层层层层外外外外包包包包层层层层用于制造大功率用于制造大功率用于制造大功率用于制造大功率EDFAEDFA的双包层光纤构造图的双包层光纤构造图的双包层光纤构造图的双包层光纤构造图芯层：芯层：芯层：芯层：5 5 mm内包层：内包层：内包层：内包层： 50 50 mm芯层芯层芯层芯层( (掺铒掺铒掺铒掺铒) )，传播信号层，传播信号层，传播信号层，传播信号层(SM)(SM)内包层，传播泵浦光内包层，传播泵浦光内包层，传播泵浦光内包层，传播泵浦光(MM)(MM)双包层光纤是实现双包层光纤是实现双包层光纤是实现双包层光纤是实现EDFAEDFA的的的的重要技术，信号光在中心的重要技术，信号光在中心的重要技术，信号光在中心的重要技术，信号光在中心的纤芯里以单模传播，而泵浦纤芯里以单模传播，而泵浦纤芯里以单模传播，而泵浦纤芯里以单模传播，而泵浦光那么在内包层中以多模传光那么在内包层中以多模传光那么在内包层中以多模传光那么在内包层中以多模传输。

输EDFA的宽带化的宽带化长波段〔长波段〔L-band〕掺铒光纤放大器〕掺铒光纤放大器L L L L波段的造价甚高的缘由：低反转程度，需长掺波段的造价甚高的缘由：低反转程度，需长掺波段的造价甚高的缘由：低反转程度，需长掺波段的造价甚高的缘由：低反转程度，需长掺铒光纤，强泵浦，此波段其它光器件价钱较高铒光纤，强泵浦，此波段其它光器件价钱较高铒光纤，强泵浦，此波段其它光器件价钱较高铒光纤，强泵浦，此波段其它光器件价钱较高第六章第六章 光放大器光放大器6.1 光放大器概述光放大器概述 6.2 掺铒光纤放大器掺铒光纤放大器EDFA6.3 半导体光放大器半导体光放大器SOA6.4 光纤拉曼放大器光纤拉曼放大器FRA6.3 半导体光放大器半导体光放大器SOAR1R1R2R2I I半导体光放大器表示图半导体光放大器表示图半导体光放大器表示图半导体光放大器表示图SOASOA也是一种也是一种也是一种也是一种重要的光放大重要的光放大重要的光放大重要的光放大器，其构造类器，其构造类器，其构造类器，其构造类似于普通的半似于普通的半似于普通的半似于普通的半导体激光器导体激光器导体激光器导体激光器。

• •半导体光放大器的放大特性主要决议于激光腔的反射特性与半导体光放大器的放大特性主要决议于激光腔的反射特性与半导体光放大器的放大特性主要决议于激光腔的反射特性与半导体光放大器的放大特性主要决议于激光腔的反射特性与有源层的介质特性有源层的介质特性有源层的介质特性有源层的介质特性• •根据光放大器端面反射率和任务偏置条件，将半导体光放大根据光放大器端面反射率和任务偏置条件，将半导体光放大根据光放大器端面反射率和任务偏置条件，将半导体光放大根据光放大器端面反射率和任务偏置条件，将半导体光放大器分为：器分为：器分为：器分为：--------法布里－珀罗放大器法布里－珀罗放大器法布里－珀罗放大器法布里－珀罗放大器(FP(FP－－－－SOA)SOA)• • ---- ----行波放大器行波放大器行波放大器行波放大器(TW(TW－－－－SOA)SOA)多峰值、带多峰值、带多峰值、带多峰值、带宽窄，不适宽窄，不适宽窄，不适宽窄，不适宜通讯系统宜通讯系统宜通讯系统宜通讯系统运用，只可运用，只可运用，只可运用，只可用于一些信用于一些信用于一些信用于一些信号处置。

号处置F-P半导体光放大器半导体光放大器入射光从左端面进入，经过具有增益的有源层，到达右端面入射光从左端面进入，经过具有增益的有源层，到达右端面入射光从左端面进入，经过具有增益的有源层，到达右端面入射光从左端面进入，经过具有增益的有源层，到达右端面后，部分从端面反射，然后反向经过有源层至左端面，部分后，部分从端面反射，然后反向经过有源层至左端面，部分后，部分从端面反射，然后反向经过有源层至左端面，部分后，部分从端面反射，然后反向经过有源层至左端面，部分光从左端面出射，其他部分又从端面反射，再次经过有源层，光从左端面出射，其他部分又从端面反射，再次经过有源层，光从左端面出射，其他部分又从端面反射，再次经过有源层，光从左端面出射，其他部分又从端面反射，再次经过有源层，如此反复，使入射光得到放大如此反复，使入射光得到放大如此反复，使入射光得到放大如此反复，使入射光得到放大行波半导体光放大器行波半导体光放大器n nTWTW－－－－SOASOA与与与与FPFP－－－－SOASOA的区别在于端面的反射率的区别在于端面的反射率的区别在于端面的反射率的区别在于端面的反射率大小，大小，大小，大小， TW TW－－－－SOASOA具有极低的端面反射率，通常具有极低的端面反射率，通常具有极低的端面反射率，通常具有极低的端面反射率，通常在在在在0.1%0.1%以下。

以下n n降低端面反射方法：倾斜有源区法、窗面构造降低端面反射方法：倾斜有源区法、窗面构造降低端面反射方法：倾斜有源区法、窗面构造降低端面反射方法：倾斜有源区法、窗面构造n nTWTW－－－－SOASOA的增益、增益带宽和噪声特性都可以的增益、增益带宽和噪声特性都可以的增益、增益带宽和噪声特性都可以的增益、增益带宽和噪声特性都可以满足光纤通讯的要求，但如下两个缺陷限制着它满足光纤通讯的要求，但如下两个缺陷限制着它满足光纤通讯的要求，但如下两个缺陷限制着它满足光纤通讯的要求，但如下两个缺陷限制着它在光纤通讯中的实践运用：在光纤通讯中的实践运用：在光纤通讯中的实践运用：在光纤通讯中的实践运用：n n对光信号偏振态的敏感性；对光信号偏振态的敏感性；对光信号偏振态的敏感性；对光信号偏振态的敏感性；n n对光信号增益的饱和性对光信号增益的饱和性对光信号增益的饱和性对光信号增益的饱和性SOA增益偏振相关性增益偏振相关性原因：由于半导体有源层的横截面呈扁长方形，对横向〔长方形的原因：由于半导体有源层的横截面呈扁长方形，对横向〔长方形的原因：由于半导体有源层的横截面呈扁长方形，对横向〔长方形的原因：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，光场在竖向的衍射走漏强于横向，因此竖向的光增益弱于横向。

因此光信竖向的衍射走漏强于横向，因此竖向的光增益弱于横向因此光信竖向的衍射走漏强于横向，因此竖向的光增益弱于横向因此光信竖向的衍射走漏强于横向，因此竖向的光增益弱于横向因此光信号的偏振方向取横向时的增益大，取竖向时的增益小号的偏振方向取横向时的增益大，取竖向时的增益小号的偏振方向取横向时的增益大，取竖向时的增益小号的偏振方向取横向时的增益大，取竖向时的增益小处理方法：采用宽、厚可比较的有源层设计；运用方法着手处理方法：采用宽、厚可比较的有源层设计；运用方法着手处理方法：采用宽、厚可比较的有源层设计；运用方法着手处理方法：采用宽、厚可比较的有源层设计；运用方法着手一样构造一样构造一样构造一样构造SOASOA相互垂直相互垂直相互垂直相互垂直并接，在输入端采用偏并接，在输入端采用偏并接，在输入端采用偏并接，在输入端采用偏振分束器将信号分成振分束器将信号分成振分束器将信号分成振分束器将信号分成TETE和和和和TMTM偏振信号偏振信号偏振信号偏振信号, ,分别输分别输分别输分别输入至相互垂直的入至相互垂直的入至相互垂直的入至相互垂直的SOASOA，，，，然后将两只然后将两只然后将两只然后将两只SOASOA放大的放大的放大的放大的TETE和和和和TMTM偏振信号合成，偏振信号合成，偏振信号合成，偏振信号合成，得到与输入光同偏振态得到与输入光同偏振态得到与输入光同偏振态得到与输入光同偏振态的放大信号。

的放大信号的放大信号的放大信号输入光信号往返两次经过同一输入光信号往返两次经过同一输入光信号往返两次经过同一输入光信号往返两次经过同一SOASOA，但反向，但反向，但反向，但反向经过前，采用法拉第旋转器使前往光旋转经过前，采用法拉第旋转器使前往光旋转经过前，采用法拉第旋转器使前往光旋转经过前，采用法拉第旋转器使前往光旋转900900一样构造一样构造一样构造一样构造SOASOA相互垂直串接，相互垂直串接，相互垂直串接，相互垂直串接，所得增益将与所得增益将与所得增益将与所得增益将与偏振无关偏振无关偏振无关偏振无关SOA的运用的运用n n多信道放大中存在问题多信道放大中存在问题n n噪声大噪声大n n信道串扰信道串扰(交叉增益调制交叉增益调制XGM、四波混频、四波混频FWM)n n增益饱和引起信号畸变增益饱和引起信号畸变n n其他运用：其他运用：n n光波长转换〔光波长转换〔XGM, XPM, FWM〕〕n n光开关：直接调制光开关：直接调制SOA的注入电流实现的注入电流实现光的通断特点：高速、无损光的通断特点：高速、无损n n光信号处置器件光信号处置器件SOA Product第六章第六章 光放大器光放大器6.1 光放大器概述光放大器概述 6.2 掺铒光纤放大器掺铒光纤放大器EDFA6.3 半导体光放大器半导体光放大器SOA6.4 光纤拉曼放大器光纤拉曼放大器FRA6.4 光纤拉曼放大器光纤拉曼放大器FRAn n拉曼景象在拉曼景象在拉曼景象在拉曼景象在19281928年被发现。

年被发现年被发现年被发现n n9090年代早期，年代早期，年代早期，年代早期，EDFAEDFA取代它成为焦点，取代它成为焦点，取代它成为焦点，取代它成为焦点，FRAFRA遭到冷遇遭到冷遇遭到冷遇遭到冷遇n n随着光纤通讯网容量的添加，对放大器提出新的要求，随着光纤通讯网容量的添加，对放大器提出新的要求，随着光纤通讯网容量的添加，对放大器提出新的要求，随着光纤通讯网容量的添加，对放大器提出新的要求，传统的传统的传统的传统的EDFAEDFA已很难满足，已很难满足，已很难满足，已很难满足，FRAFRA再次成为研讨的热点再次成为研讨的热点再次成为研讨的热点再次成为研讨的热点n n特别是高功率二极管泵浦激光器的迅猛开展，又为特别是高功率二极管泵浦激光器的迅猛开展，又为特别是高功率二极管泵浦激光器的迅猛开展，又为特别是高功率二极管泵浦激光器的迅猛开展，又为FRAFRA的实现奠定了坚实的根底的实现奠定了坚实的根底的实现奠定了坚实的根底的实现奠定了坚实的根底n n人们对人们对人们对人们对FRAFRA的兴趣来源于这种放大器可以提供整个波长的兴趣来源于这种放大器可以提供整个波长的兴趣来源于这种放大器可以提供整个波长的兴趣来源于这种放大器可以提供整个波长波段的放大。

经过适当改动泵浦激光波长，就可以到达波段的放大经过适当改动泵浦激光波长，就可以到达波段的放大经过适当改动泵浦激光波长，就可以到达波段的放大经过适当改动泵浦激光波长，就可以到达在恣意波段进展宽带光放大，甚至可在在恣意波段进展宽带光放大，甚至可在在恣意波段进展宽带光放大，甚至可在在恣意波段进展宽带光放大，甚至可在12701270～～～～1670nm1670nm整个波段内提供放大整个波段内提供放大整个波段内提供放大整个波段内提供放大光纤拉曼放大器光纤拉曼放大器光纤光纤光纤光纤(a)(a)无泵激光的无泵激光的无泵激光的无泵激光的1550nm1550nm传输传输传输传输光功率光功率光功率光功率(dB)(dB)波长波长波长波长1550nm1550nm波长波长波长波长光功率光功率光功率光功率(dB)(dB)1550nm1550nm1450nm1450nm光纤光纤光纤光纤(b)(b)有泵激光的有泵激光的有泵激光的有泵激光的1550nm1550nm传输传输传输传输1550nm1550nm经光纤传输经光纤传输经光纤传输经光纤传输衰减的光衰减的光衰减的光衰减的光1450nm1450nm1550nm1550nm假设一个弱信号和一个强泵浦假设一个弱信号和一个强泵浦假设一个弱信号和一个强泵浦假设一个弱信号和一个强泵浦光同时在光纤中传输，并使弱光同时在光纤中传输，并使弱光同时在光纤中传输，并使弱光同时在光纤中传输，并使弱信号波长置于泵浦光的拉曼增信号波长置于泵浦光的拉曼增信号波长置于泵浦光的拉曼增信号波长置于泵浦光的拉曼增益带宽内，那么弱信号即可被益带宽内，那么弱信号即可被益带宽内，那么弱信号即可被益带宽内，那么弱信号即可被放大。

这种基于放大这种基于放大这种基于放大这种基于SRSSRS机制的光机制的光机制的光机制的光放大器称为光纤拉曼放大器放大器称为光纤拉曼放大器放大器称为光纤拉曼放大器放大器称为光纤拉曼放大器FRAFRAFRAFRA原理简介：原理简介：原理简介：原理简介：• •物理机制：物理机制：物理机制：物理机制：• •A.A.光纤拉曼散射效应〔光纤拉曼散射效应〔光纤拉曼散射效应〔光纤拉曼散射效应〔SRS)SRS)• •一个入射光子〔一个入射光子〔一个入射光子〔一个入射光子〔pump)pump)的湮灭，的湮灭，的湮灭，的湮灭，产生一个下移产生一个下移产生一个下移产生一个下移stokesstokes频率的光频率的光频率的光频率的光子和另一个具有相当能量和动子和另一个具有相当能量和动子和另一个具有相当能量和动子和另一个具有相当能量和动量的光学光子量的光学光子量的光学光子量的光学光子• •B.B.与与与与pumppump光子相差光子相差光子相差光子相差stokesstokes频率的信号光子，经受激散射频率的信号光子，经受激散射频率的信号光子，经受激散射频率的信号光子，经受激散射过程被放大过程被放大过程被放大过程被放大FRAFRA是靠非线性散射实现放大功是靠非线性散射实现放大功是靠非线性散射实现放大功是靠非线性散射实现放大功能，不需求能级间粒子数反转能，不需求能级间粒子数反转能，不需求能级间粒子数反转能，不需求能级间粒子数反转光纤拉曼放大器原理简介光纤拉曼放大器原理简介(1)• •频率为频率为频率为频率为 p p和和和和 s s的泵浦光和信号的泵浦光和信号的泵浦光和信号的泵浦光和信号光经过耦合器输入光纤，当这两光经过耦合器输入光纤，当这两光经过耦合器输入光纤，当这两光经过耦合器输入光纤，当这两束光在光纤中一同传输时，泵浦束光在光纤中一同传输时，泵浦束光在光纤中一同传输时，泵浦束光在光纤中一同传输时，泵浦光的能量经过光的能量经过光的能量经过光的能量经过SRSSRS效应转移给信效应转移给信效应转移给信效应转移给信号光，使信号光得到放大。

号光，使信号光得到放大号光，使信号光得到放大号光，使信号光得到放大• •峰值增益频移：～峰值增益频移：～峰值增益频移：～峰值增益频移：～13.2THz13.2THz• •反向泵浦为主，也可同向泵浦反向泵浦为主，也可同向泵浦反向泵浦为主，也可同向泵浦反向泵浦为主，也可同向泵浦• •支撑技术支撑技术支撑技术支撑技术: 14: 14nmnm的大功率泵的大功率泵的大功率泵的大功率泵浦激光器，目前以获得适用化浦激光器，目前以获得适用化浦激光器，目前以获得适用化浦激光器，目前以获得适用化光纤拉曼放大器原理简介光纤拉曼放大器原理简介(2)Properties of Raman Scattering in FibersProperties of Raman Scattering in Fibers特性：特性：特性：特性： 在一切类型光纤中都会发生在一切类型光纤中都会发生在一切类型光纤中都会发生在一切类型光纤中都会发生 峰值增益频移峰值增益频移峰值增益频移峰值增益频移~13 THz (60-100nm)~13 THz (60-100nm) 增益具有偏振依赖性，当泵浦光与信号光偏振方向平行时增益具有偏振依赖性，当泵浦光与信号光偏振方向平行时增益具有偏振依赖性，当泵浦光与信号光偏振方向平行时增益具有偏振依赖性，当泵浦光与信号光偏振方向平行时 增益最大，垂直时增益最小为零增益最大，垂直时增益最小为零增益最大，垂直时增益最小为零增益最大，垂直时增益最小为零 增益谱很宽增益谱很宽增益谱很宽增益谱很宽(125nm)(125nm)但并不平坦但并不平坦但并不平坦但并不平坦• •FRAFRA以传输光纤作为放大介质－分布式放大，从而实现一以传输光纤作为放大介质－分布式放大，从而实现一以传输光纤作为放大介质－分布式放大，从而实现一以传输光纤作为放大介质－分布式放大，从而实现一种种种种“ “无损耗〞传输〔可降低入纤光功率，防止非线性效应无损耗〞传输〔可降低入纤光功率，防止非线性效应无损耗〞传输〔可降低入纤光功率，防止非线性效应无损耗〞传输〔可降低入纤光功率，防止非线性效应〕〕〕〕光纤拉曼放大器－超低噪声放大原理光纤拉曼放大器－超低噪声放大原理脉脉脉脉冲冲冲冲幅幅幅幅度度度度z z集中放大集中放大集中放大集中放大Nonlinear EffectsNonlinear EffectsNoise HighNoise High分布放大分布放大分布放大分布放大缺陷：泵浦功率大缺陷：泵浦功率大缺陷：泵浦功率大缺陷：泵浦功率大(W),(W),对光纤损害对光纤损害对光纤损害对光纤损害. .Raman Amplifiers分布放大分布放大分布放大分布放大分立放大分立放大分立放大分立放大机制：拉曼增益与泵浦波长相关机制：拉曼增益与泵浦波长相关机制：拉曼增益与泵浦波长相关机制：拉曼增益与泵浦波长相关方法：多波长泵浦方法：多波长泵浦方法：多波长泵浦方法：多波长泵浦增益：各个泵浦波长拉曼增益谱增益：各个泵浦波长拉曼增益谱增益：各个泵浦波长拉曼增益谱增益：各个泵浦波长拉曼增益谱的加权和〔以的加权和〔以的加权和〔以的加权和〔以dBdB为单位〕为单位〕为单位〕为单位〕光纤拉曼放大器－宽带放大原理光纤拉曼放大器－宽带放大原理Ultraflat amplifier光纤拉曼放大器的泵浦要求光纤拉曼放大器的泵浦要求n n高能量输出。

高能量输出高能量输出高能量输出n n消偏输出和偏振混合输出〔拉曼散射增益具消偏输出和偏振混合输出〔拉曼散射增益具消偏输出和偏振混合输出〔拉曼散射增益具消偏输出和偏振混合输出〔拉曼散射增益具有偏振依赖性〕有偏振依赖性〕有偏振依赖性〕有偏振依赖性〕n n泵浦波长至关重要信号光在泵浦波长至关重要信号光在泵浦波长至关重要信号光在泵浦波长至关重要信号光在1300nm1300nm波段波段波段波段时，最正确泵浦波长约在时，最正确泵浦波长约在时，最正确泵浦波长约在时，最正确泵浦波长约在12201220～～～～1240nm1240nm，，，，而在而在而在而在1550nm1550nm波段时，最正确泵浦波长约在波段时，最正确泵浦波长约在波段时，最正确泵浦波长约在波段时，最正确泵浦波长约在14401440～～～～1460nm1460nm左右处高功率双包层拉曼左右处高功率双包层拉曼左右处高功率双包层拉曼左右处高功率双包层拉曼光纤激光器是最正确的泵浦源光纤激光器是最正确的泵浦源光纤激光器是最正确的泵浦源光纤激光器是最正确的泵浦源光纤拉曼放大器特性光纤拉曼放大器特性n nAdvantages:n n实际上可以得到恣意波长的增益，前提是需求适宜的泵浦源；n n分布或分立放大均能实现；n n运用光纤作为放大介质意味着放大的能够，可以减少噪声的积累。

n nDisadvantages:n n泵浦功率高〔500mW〕光纤放大器比较光纤放大器比较宽带宽带Raman+EDFA光放大器光放大器Raman Raman 放大器放大器放大器放大器C band EDFAC band EDFApumppumpfilterfilterRaman FiberRaman FiberRaman+EDFARaman+EDFA光放大器增益曲线光放大器增益曲线光放大器增益曲线光放大器增益曲线。