光放大技术_.ppt

3.4 光放大技术,,,第一节、概述,一、传统放大技术的缺陷,,,,,,,放大,,整形,判决再生,,,,,,,,,,,O/E,E/O,缺点：1、设备复杂2、稳定性可靠性不够3、不利于波分复用4、光电转换限制通信的容量未来全光网络（AON）的发展趋势：光复用、光交换、光路由，所以必须在光传输上实现全光化光放大器：直接在光域进行放大二、常用光放大器及其工作波段,,3、掺铒光纤放大器（EDFA）,4、掺镨光纤放大器（PDFA）,2、光纤拉曼放大器（FRA）,1、半导体放大器（SOA）,,,,,损耗,1310nm,1550nm,,,波长,,,,SOA,FRA,,EDFA,,,,PDFA,三、常用光放大器的结构图,,耦合 器件,,,激活物质,耦合 器件,,,泵浦源,,光输入 信号,放大光 信号,第二节 半导体光放大器,,利用光泵浦源对光纤进行激发，使光纤中产 生非线性效应（拉曼散射），将泵浦光的能量向信号光转移，从而实现光的放大第三节、拉曼放大器,一、工作原理：,拉曼散射：介质在强光功率下产生对入射光的非弹性散射，使得短波长光的的能量向长波长转移三、 优点,1、 输出光功率 大，工作稳定,2、 噪声特性好，耦合容易,四、 缺点,光纤长度过大，于偏振态有关,三、结构图与能带图,光波长耦合器,,,泵浦光,λ1,信号光,λ2,,λ1,λ2,+,,滤波器,,放大信号光,λ2,,,,,,hν1,,hν 2,,泵浦光,,信号光,振动态,,,,,,,,光声子,一、什么是掺铒光纤放大器,,工作波长：１５３０nm～１５６０nm,第四节、掺铒光纤放大器,ＥＤＦＡ是在石英光纤中掺入Er元素，在泵浦光的激励下，对特定波长的信号光进行放大。

二、优点,（1）工作波长与光纤的最小窗口和目前的波分窗口相对应2）耦合效率高3）增益与偏振态无关5） 增益高、噪声小，输出功率大4）所需的泵浦功率小三、 缺点,（1）放大波长范围窄2）增益带宽不平坦四、工作原理,,,Ｅ１,Ｅ２,Ｅ３,能量,基态,,,,,泵浦光,亚稳态,激发态,,受激吸收,无辐射跃迁,,,,,输入光信号,,受激辐射,,,输出光放大信号,,光声子,掺铒光纤放大器在激励下实现离子数反转动画演示,掺铒光纤放大器的工作原理,掺铒光纤在信号激励下的放大演示,五、ＥＤＦＡ的基本结构及功能,合波器,光滤波器,泵浦 光源,,,ＥＤＦ（掺铒光纤）,,信号光,,光隔离器,,,光隔离器,,放大的 信号光,,,,,,,,,,,六、ＥＤＦＡ的三种结构方式,１、 同向泵浦方式,合波器,光隔离器,光隔离器,滤波器,,泵浦光源,,,,,,,优点：噪声小,缺点： 输出光功率不大,前向泵浦放大器结构动画演示,２、反向泵浦方式,合波器,光隔离器,光隔离器,光滤波器,,泵浦光源,,,,,,,优点：输出光功率大 缺点：噪声大,反向泵浦放大器结构动画演示,合波器,光隔离器,光隔离器,光滤波器,,泵浦光源,,,,,,,3、双向泵浦方式,泵浦光源,,动画演示,（1）、功率增益,G=10Lg(Pout/Pin)(dB),增益与泵浦源功率曲线,,,Ｐ,Ｇ,,增益与ＥＤＦ的长度曲线,,,Ｐ,Ｇ,,,七、主要参数,,粒子数反转趋于饱和,放大的光被损耗抵消,要得到最大的增益必须选择合适的泵浦光功率和掺铒光纤长度,（２）输出饱和功率和最大输出功率,,,输入功率（dBm）,0,-20,,,-10,0,,10,,,20,输出功率,(dBm),,,当输出光功率达到一定值时， 增加 输入信号功率， 输出光功率不变，这个输出光功率叫做输出饱和光 功率。

输出饱和光功率,定义3dB的饱和光功率为最大输出光功率， 表明EDFA正常工作的最大输出功率最大输出光功率,（３）、噪声系数,放大器的噪声主要来源于自发辐射噪声系数：,（4）、工作带宽,最大增益下降3dB 处 对应的光谱宽度定义为工作带宽1530nm,1560nm,,波长,增益,,,,,,,,１、做前置放大器,八、EDFA 在光纤通信中的应用,２、做功率放大器,３、做中继器,第五节、 掺镨光纤放大器,一、 什么是掺镨光纤在氟化物光纤中掺入Pr离子，使之在泵浦光的激励 下对特定波长的信号光进行放大二、 放大波段,1281nm-1381nm,三、优点,在1310nm的窗口有平坦的增益， 便于对已敷设G.652光纤进行波分扩容四、 问题：,工作稳定性阻碍其使用化进程第六节、放大器市场分析,,,,,,EDFA,FRA,SOA,美国CIBC worrld market公司对2004年光放大器市场预测,,96亿美圆,,7.5亿美圆,,2亿美圆,要点,１、光放大器的分类,半导体放大器,光纤放大器,,非线性光放大器,ＥＤＦＡ,,要点,２、ＥＦＤＡ的结构与分类,,泵浦光源,掺铒光纤,光隔离器,波分复用器,光滤波器,,同向泵浦结构ＥＤＦＡ,反向泵浦结构ＥＤＦＡ,双向泵浦结构ＥＤＦＡ,要点,３、ＥＤＦＡ的工作原理,在泵浦光的照射下，掺铒光纤处于粒子数反转的状态，接收到光子后产生受激辐射，实现了对光的放大。

要点,４、ＥＤＦＡ的性能指标,功率增益,输出饱和功率,噪声系数,要点,５、ＥＦＤＡ在光纤通信中的应用,前置放大器,功率放大器,中继器,作业,１、光放大器的种类，画出各自的工作波段,２、ＥＤＦＡ的结构及功能,３、简述ＥＤＦＡ的工作原理，并从量子学的角度解释,４、ＥＤＦＡ的几种应用形式,。