集成光電子器件lpl(第六章光放大器)

1、1 2 內(nèi)容提要內(nèi)容提要 4.1 4.1 光放大器基本概述光放大器基本概述 4.2 4.2 摻鉺光纖放大器摻鉺光纖放大器 4.3 4.3 光纖拉曼放大器光纖拉曼放大器 4.4 4.4 半導(dǎo)體光放大器半導(dǎo)體光放大器 4.5 4.5 幾種新型放大器幾種新型放大器 4.6 4.6 光放大器的測試光放大器的測試 3 光放大器基本概述光放大器基本概述 常規(guī)的光電混合中繼器放大光信號時，需要進(jìn)行光 電轉(zhuǎn)換、電放大、再定時、脈沖整形以及電光轉(zhuǎn)換， 這種方式已經(jīng)滿足不了現(xiàn)代通信傳輸?shù)囊蟆?z=0 z=L 衰減 光放 大器 光放大器的作用光放大器的作用 4 半導(dǎo)體光放大器（半導(dǎo)體光放大器（SOASOA） n

2、利用半導(dǎo)體制作的半導(dǎo)體光放大器（利用半導(dǎo)體制作的半導(dǎo)體光放大器（SOASOA） n 小型化，容易與其他半導(dǎo)體器件集成小型化，容易與其他半導(dǎo)體器件集成; ;性能與性能與 光偏振方向有關(guān)，器件與光纖的耦合損耗大光偏振方向有關(guān)，器件與光纖的耦合損耗大 光纖放大器光纖放大器(OFA)(OFA) n 利用利用稀土摻雜稀土摻雜的光纖放大器（的光纖放大器（EDFAEDFA、PDFAPDFA） n 利用光纖利用光纖非線性效應(yīng)非線性效應(yīng)制作的非線性光纖放大制作的非線性光纖放大 器（器（FRAFRA、FBAFBA） n 性能與光偏振方向無關(guān)，器件與光纖的耦合性能與光偏振方向無關(guān)，器件與光纖的耦合 損耗很小損耗很小

3、 光放大器的光放大器的分類分類 5 幾種光放大器的比較幾種光放大器的比較 6 光發(fā)射機+功率放大器+光接收機 光發(fā)射機+前置放大器+光接收機 光發(fā)射機+線路放大器+光接收機 光發(fā)射機+功率放大器+前置放大器+光接收機 光發(fā)射機+功率放大器+線路放大器+光接收機 光發(fā)射機+線路放大器+前置放大器+光接收機 光發(fā)射機+功率放大器+線路放大器+前置放大器+光接 收機 光放大器的光放大器的應(yīng)用應(yīng)用 7 電流電流 輸入光信號輸入光信號輸出光信號輸出光信號 輸出光信號輸出光信號 摻雜光纖摻雜光纖 輸入光信號輸入光信號 泵浦光泵浦光 波分復(fù)用器波分復(fù)用器 輸出光信號輸出光信號 純石英光纖純石英光纖 輸入光信

4、號輸入光信號 泵浦光泵浦光 波分復(fù)用器波分復(fù)用器 （a a）半導(dǎo)體光放大器）半導(dǎo)體光放大器（b b）摻雜光纖放大器）摻雜光纖放大器（c c）受激散射光纖放大器）受激散射光纖放大器 光放大器光放大器的基本工作原理的基本工作原理 n在泵浦能量（電或光）的作用下，實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)（非線性光纖放在泵浦能量（電或光）的作用下，實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)（非線性光纖放 大器除外），然后通過受激輻射實現(xiàn)對入射光的放大。大器除外），然后通過受激輻射實現(xiàn)對入射光的放大。 n光放大器是基于光放大器是基于受激輻射或受激散射受激輻射或受激散射原理實現(xiàn)入射光信號放大的一原理實現(xiàn)入射光信號放大的一 種器件。其機制與激光器完全相同。實際

5、上，光放大器在結(jié)構(gòu)上是種器件。其機制與激光器完全相同。實際上，光放大器在結(jié)構(gòu)上是 一個一個沒有反饋或反饋較小的激光器。沒有反饋或反饋較小的激光器。 8 光放大器的光放大器的參數(shù)參數(shù) n增益增益: : 指指信號信號放大的放大的倍數(shù)倍數(shù) n增益增益飽和飽和: :增益飽和是放大器放大能力的一種限制增益飽和是放大器放大能力的一種限制 因素，因素，接近飽和時接近飽和時，增益成非，增益成非線性線性，達(dá)到飽和后達(dá)到飽和后， 信號信號便便無法無法再放大。再放大。 n噪聲指數(shù)噪聲指數(shù): :用用來量化經(jīng)來量化經(jīng)放大器放大器后的后的信噪比信噪比劣化劣化指標(biāo)指標(biāo)。 9 光放大器之光放大器之增益頻譜和帶寬增益頻譜和帶寬

6、 n增益G是描述光放大器對信號放大能力的參數(shù)。定義為： in out P P dBG 10 log10)( ( )exp ( ) GgL n G與光放大器的泵浦功率、摻雜光纖的參數(shù)和輸入光信號 關(guān)系。 n G()與g()間存在指數(shù)依存關(guān)系。當(dāng)=0時，放大器的 增益G()和增益系數(shù)g()均達(dá)到最大。 10 光放大器之光放大器之增益頻譜和帶寬增益頻譜和帶寬 11 增益增益飽和飽和 輸入光功率較小時，輸入光功率較小時，G是一常數(shù)，即輸出光功率是一常數(shù)，即輸出光功率Pout與輸入光功率與輸入光功率Pin成正成正 比例。比例。G0光放大器的小信號增益。光放大器的小信號增益。 G0 S 0 outS 0

7、ln2 2 G PP G P PS S為飽和功率為飽和功率 飽和輸出功率：飽和輸出功率：放大器增益降至小信號增益一半放大器增益降至小信號增益一半 時的輸出功率。時的輸出功率。 3dB Psout 當(dāng)當(dāng)Pin增大到一定值后，光放大器的增增大到一定值后，光放大器的增 益益G開始下降。增益飽和現(xiàn)象。開始下降。增益飽和現(xiàn)象。 飽和區(qū)域飽和區(qū)域 12 放大器的噪聲放大器的噪聲 n所有光放大器在放大過程中都會把自發(fā)輻射（或散射） 疊加到信號光上，導(dǎo)致被放大信號的信噪比（SNR）下 降，其降低程度通常用噪聲指數(shù)NF來表示，其定義為： n主要噪聲源：放大的自發(fā)輻射噪聲（ASE），它源于放 大器介質(zhì)中電子空穴對

8、的自發(fā)復(fù)合。自發(fā)復(fù)合導(dǎo)致了 與光信號一起放大的光子的寬譜背景。 out in SNR SNR dBNF )( )( log10)( 10 13 EDFA放大放大1540波長信號時產(chǎn)生的影響波長信號時產(chǎn)生的影響 14 ASE噪聲噪聲 nASEASE噪聲近似為白噪聲，噪聲功率譜密度為：噪聲近似為白噪聲，噪聲功率譜密度為： hnGS spsp 1自發(fā)輻射系數(shù)或自發(fā)輻射系數(shù)或 粒子數(shù)反轉(zhuǎn)系數(shù)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)系數(shù) 12 2 NN N n sp 對于原子都處于激發(fā)態(tài)對于原子都處于激發(fā)態(tài) 或完全粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的光或完全粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的光 放大器，放大器，n nsp sp=1; =1; 當(dāng)粒子數(shù)不完全反轉(zhuǎn)時，當(dāng)粒子數(shù)不完全

9、反轉(zhuǎn)時， n nsp sp1 1； 激發(fā)態(tài)的粒子數(shù)激發(fā)態(tài)的粒子數(shù)基態(tài)的粒子數(shù)基態(tài)的粒子數(shù) 15 研究發(fā)現(xiàn)，接收機前接入光放大器后，新增加的研究發(fā)現(xiàn)，接收機前接入光放大器后，新增加的 噪聲主要來自噪聲主要來自ASEASE噪聲與信號本身的差拍噪聲。噪聲與信號本身的差拍噪聲。 噪聲指數(shù)噪聲指數(shù)為：為： )2lg(10 )1(2 lg10 sp sp n G nG NF 表明：即使對表明：即使對n nsp sp=1 =1的完全粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的理想放大器，的完全粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的理想放大器， 被放大信號的被放大信號的SNRSNR也降低了二倍（或也降低了二倍（或3dB3dB）。對大多數(shù)）。對大多數(shù) 實際的放大器實際

10、的放大器F Fn n均超過均超過3dB 3dB ，并可能達(dá)到，并可能達(dá)到68dB68dB。希望。希望 放大器的放大器的F Fn n盡可能低。盡可能低。 ASE噪聲噪聲 16 自發(fā)輻射的影響是增加一些起伏到放大后 的功率上，在光電探測過程中該功率又轉(zhuǎn)變成 電流的起伏。 研究結(jié)果表明，在接收機噪聲中占統(tǒng)治地 位的是來自自發(fā)輻射與信號本身的拍頻噪聲， 即自發(fā)輻射與放大后的信號在光電探測器相干 混頻，并產(chǎn)生光電流的外差成份。 ASE噪聲噪聲 17 摻鉺光纖放大器摻鉺光纖放大器 l 以摻鉺光纖為增益介質(zhì)。 l 1985年，南安普敦大學(xué)的Mears等人制成了EDFA。 l 1986年，他們用Ar離子激光器

11、做泵浦源又制造出工作波 長為1540 nmnm的EDFA。 l 90年代初，波長1.55m的EDFA宣告研制成功并能實際推 廣應(yīng)用。 l 1994年開始，EDFA進(jìn)入商用，包括Corning、Lucent和 JDS Uniphase等許多著名公司 。 l 我國研究EDFA起步比較晚，是從上世紀(jì)90年代開始的。 摻鉺光纖放大器簡介摻鉺光纖放大器簡介 18 摻鉺光纖放大器特性摻鉺光纖放大器特性 高增益（高增益（30dB30dB） 寬帶（約寬帶（約100nm100nm） 低噪聲（低噪聲（4 46dB6dB） 偏振不敏感偏振不敏感 高輸出功率（高輸出功率（16dBm16dBm） 19 EDFAEDFA

12、一般由一般由摻鉺光纖摻鉺光纖(EDF)(EDF)、泵浦光泵浦光(PUMP-LD)(PUMP-LD)、光無源器件、控制、光無源器件、控制 單元單元和和通信接口通信接口五個部分組成。五個部分組成。 摻鉺光纖放大器的基本組成摻鉺光纖放大器的基本組成 正向泵浦時由于在輸入端具有很高的粒 子數(shù)反轉(zhuǎn)，噪聲指數(shù)最小 反向泵浦時由于能在輸出端提供較強的泵 浦功率以延遲增益飽和現(xiàn)象的發(fā)生，轉(zhuǎn)換效 率較高，輸出功率較高、噪聲指數(shù)最大 雙向泵浦時由于泵浦光沿鉺光纖長度泵 浦比較均勻，因而它兼具高功率及低噪聲 指數(shù)的特性。 20 EDFA中的中的Er3+能級結(jié)構(gòu)能級結(jié)構(gòu) n泵浦波長可以是520、650、800、980

13、、1480nm,波長短于 980nm的泵浦效率低，980nm和1480nm的LD已經(jīng)商品化, 因而通常采用980和1480nm泵浦。 21 EDFA的工作原理的工作原理 nEDFA采用摻鉺離子單模光纖為增益介質(zhì)，在泵浦光作用下 產(chǎn)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，在信號光誘導(dǎo)下實現(xiàn)受激輻射放大。 22 增益隨著EDF長度的增加先增大，在達(dá)到增益最大值后，增益開 始隨著EDF長度的增加逐漸變小。這說明了EDFA優(yōu)化設(shè)計中存在最佳 鉺光纖長度問題。這是因為泵浦光激發(fā)基態(tài)粒子到上能級，通過受 激輻射實現(xiàn)光信號放大，當(dāng)泵浦光沿EDF傳輸時，將因受激吸收而不 斷衰減，導(dǎo)致反轉(zhuǎn)粒子數(shù)不斷減少，當(dāng)長度超過最佳長度后，泵浦 光就

14、不能讓信號光得到充分的放大，同時信號光也被吸收，此時增 益下降。 不管是正向泵浦還是反向泵浦，1480 nmnm泵浦得到的噪聲指數(shù) 和增益都高于980 nmnm泵浦所得。反向泵浦的噪聲指數(shù)和增益大于 正向泵浦，長度越長，這種差別就越明顯。 因此，人們在設(shè)計混合泵浦EDFA時候，通常把1480 nm激光作為 反向泵浦，980 nm作為正向泵浦。 摻鉺光纖放大器的基本特性摻鉺光纖放大器的基本特性 23 增益均衡問題增益均衡問題 不同信道之間存在強烈的競爭。從而導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)誤 碼。 當(dāng)多個波長的光信號通過EDFA時，不同信道的增益會 有所不同，而且這種增益差還會隨著級聯(lián)放大而累積 增大，導(dǎo)致某些信道

15、的增益劇增而另一些信道的增益 劇減，低電平信道信號的SNR惡化，高電平信道信號 也因為光纖非線性效應(yīng)而使信號特性惡化。 信道數(shù)目的變化將造成剩余信道總功率的隨機變化從 而影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性. 摻鉺光纖放大器的多通道放大摻鉺光纖放大器的多通道放大 24 解決方案解決方案 光纖本征型，選用不同摻雜即光纖基質(zhì)成分，從而改善 EDFA的特性。如研制蹄化物玻璃材料光纖； 用增益譜反轉(zhuǎn)的各種無源濾波器補償型，如利用Bragg光 纖光柵、雙錐光纖、周期調(diào)制的雙芯光纖等等； 用增益譜反轉(zhuǎn)的各種有源濾波器補償型，如利用集成電 光M-Z干涉儀，聲光濾波器； 用不同摻雜材料和摻雜量的光纖進(jìn)行混合組合EDFA型； 對鉺

16、光纖進(jìn)行周期性彎曲來改變EDFA的增益譜和噪聲指 數(shù)； 自引入激射光的增益鎖定控制。 摻鉺光纖放大器的多通道放大摻鉺光纖放大器的多通道放大 25 n利用利用光纖非線性效應(yīng)光纖非線性效應(yīng)中的中的SRSSRS原理原理進(jìn)行進(jìn)行光放大。光放大。 n無需無需利用利用摻雜摻雜的的光纖作為光纖作為增益增益介質(zhì)介質(zhì)，直接使用，直接使用傳輸傳輸 的的光纖光纖即即可獲得可獲得增益。增益。 n獲得獲得增益之波長增益之波長約為泵浦源約為泵浦源波波長往長往長波長方向長波長方向移位移位 100 nm100 nm，只要，只要挑選對挑選對所需之所需之泵浦源的泵浦源的波長，即可波長，即可 放大放大光纖光纖低低損耗帶寬損耗帶寬內(nèi)

17、的任意波段內(nèi)的任意波段信號信號。 n利用利用多個不同波長的泵浦源組合多個不同波長的泵浦源組合可以可以獲得超寬帶獲得超寬帶、 增益平坦增益平坦的放大器。的放大器。 光纖拉曼放大器光纖拉曼放大器 拉曼放大器的拉曼放大器的簡介簡介 26 n拉曼現(xiàn)象在1928年被發(fā)現(xiàn)。 n90年代早期，EDFA取代它成為焦點，F(xiàn)RA受到冷遇。 n隨著光纖通信網(wǎng)容量的增加，對放大器提出新的要求， 傳統(tǒng)的EDFA已很難滿足，F(xiàn)RA再次成為研究的熱點。 n高功率二極管泵浦激光器的迅猛發(fā)展，為FRA的實現(xiàn) 奠定了堅實的基礎(chǔ)。 n人們對FRA的興趣來源于這種放大器可以提供整個波 長波段的放大。通過適當(dāng)改變泵浦激光波長，就可以

18、達(dá)到在任意波段進(jìn)行寬帶光放大，甚至可在1270 1670nm整個波段內(nèi)提供放大。 拉曼放大器的拉曼放大器的簡介簡介 27 n分立式FRA采用拉曼增益系數(shù)較高的特種光纖（如高 摻鍺光纖等），這種光纖長度一般為幾公里，泵浦功 率要求很高，一般為數(shù)瓦，可產(chǎn)生40 dB以上的高增 益，用于實現(xiàn)EDFA無法實現(xiàn)的波段的集總式放大。 n分布式RFA主要作為傳輸系統(tǒng)中傳輸光纖損耗的分布 式補償放大，實現(xiàn)光纖通信系統(tǒng)光信號的透明傳輸， 主要用于1.3m和1.5m光纖通信系統(tǒng)中作為多路信 號和高速超短光脈沖信號傳輸損耗的補償放大，亦可 作為光接收機的前置放大器。 拉曼放大器的拉曼放大器的簡介簡介 28 FRAF

19、RA原理簡介：原理簡介： 物理機制：物理機制： A.A.光纖拉曼散射效應(yīng)（光纖拉曼散射效應(yīng)（SRS)SRS) 一個入射光子（一個入射光子（pump)pump)的的 湮滅，產(chǎn)生一個下移湮滅，產(chǎn)生一個下移 stokesstokes頻率的光子和另一頻率的光子和另一 個具有相當(dāng)能量和動量的光個具有相當(dāng)能量和動量的光 學(xué)光子學(xué)光子 B.B.與與pumppump光子相差光子相差 stokesstokes頻率的信號光子，頻率的信號光子， 經(jīng)受激散射過程被放大經(jīng)受激散射過程被放大 FRAFRA是靠非線性散射實現(xiàn)放大功是靠非線性散射實現(xiàn)放大功 能，不需要能級間粒子數(shù)反轉(zhuǎn)能，不需要能級間粒子數(shù)反轉(zhuǎn) 光纖拉曼放大器

20、原理簡介光纖拉曼放大器原理簡介(1) 29 頻率為頻率為 p p和和 s s的泵浦光和信號光的泵浦光和信號光 通過耦合器輸入光纖，當(dāng)這兩束通過耦合器輸入光纖，當(dāng)這兩束 光在光纖中一起傳輸時，泵浦光光在光纖中一起傳輸時，泵浦光 的能量通過的能量通過SRSSRS效應(yīng)轉(zhuǎn)移給信號效應(yīng)轉(zhuǎn)移給信號 光，使信號光得到放大。光，使信號光得到放大。 峰值增益頻移：峰值增益頻移：13.2THz13.2THz 反向泵浦為主，也可同向泵浦反向泵浦為主，也可同向泵浦 支撐技術(shù)支撐技術(shù): 14: 14nmnm的大功率泵的大功率泵 浦激光器，目前以取得實用化浦激光器，目前以取得實用化 光纖拉曼放大器原理簡介光纖拉曼放大器原

21、理簡介(2) 30 pp oR a pg eG )1( 1 o G G o o s 0：輸入信號輸入信號 功率對泵浦光功率對泵浦光 功率的比例功率的比例)0( )0( p s s p o P P f f 拉曼拉曼增益常數(shù)增益常數(shù) R g p p a有效光纖截面積有效光纖截面積 泵浦光的光纖衰減常數(shù)泵浦光的光纖衰減常數(shù) 輸入的泵浦光功率輸入的泵浦光功率 p f o p s f )0( s P信號信號光的功率光的功率 泵浦泵浦光的光的頻率頻率 信號信號光的光的頻率頻率 拉曼放大器的拉曼放大器的特性特性 n 放大增益 n 飽和增益 n 噪聲指數(shù) 同EDFA 31 拉曼放大器的拉曼放大器的特性特性 特

22、性：特性： 在所有類型光纖中都會發(fā)生在所有類型光纖中都會發(fā)生 峰值增益頻移峰值增益頻移13 THz (60-100nm)13 THz (60-100nm) 增益具有偏振依賴性，當(dāng)泵浦光與信號光偏振方向平增益具有偏振依賴性，當(dāng)泵浦光與信號光偏振方向平 行時增益最大，垂直時增益最小為零行時增益最大，垂直時增益最小為零 增益譜很寬增益譜很寬(125nm)(125nm)但并不平坦但并不平坦 nAdvantages:Advantages: n理論上可以得到任意波長的增益，前提是需要合適的泵浦理論上可以得到任意波長的增益，前提是需要合適的泵浦 源；源； n分布或分立放大均能實現(xiàn)；分布或分立放大均能實現(xiàn)；

23、n使用光纖作為放大介質(zhì)意味著在線放大的可能，可以減少使用光纖作為放大介質(zhì)意味著在線放大的可能，可以減少 噪聲的積累。噪聲的積累。 nDisadvantages:Disadvantages: n泵浦功率高（泵浦功率高（500mW500mW） 32 SOA具有快的動態(tài)增益特性、價格低、能耗小、寬的 帶寬、可以工作在0.61.6m任意波段，易于與其他器 件集成等優(yōu)點。 早在1962年發(fā)明半導(dǎo)體激光器不久，人們就已開始了 SOA的研究。 由于80年代末期EDFA的出現(xiàn)并迅速成為光纖通信的主 流，SOA的研發(fā)和應(yīng)用曾相對處于低谷，直到90 年代后， 人們進(jìn)一步認(rèn)識到SOA可以用于實現(xiàn)波長轉(zhuǎn)換、WDM與

24、TDM轉(zhuǎn)換等功能，才又對SOA進(jìn)行了廣泛地研究和開發(fā)。 4.4 半導(dǎo)體光放大器半導(dǎo)體光放大器 半導(dǎo)體半導(dǎo)體光放大器的光放大器的簡介簡介 33 (1)(1)法布里法布里- -珀羅珀羅 ( ( FabryFabry-Perot Amplifier, FPA )-Perot Amplifier, FPA ) 將一將一 般的般的FPFP半導(dǎo)體激光器當(dāng)半導(dǎo)體激光器當(dāng)作光放大器使用。作光放大器使用。 (2) (2) 行波式光放大器行波式光放大器( (TravellingTravelling-Wave Amplifier, TWA)-Wave Amplifier, TWA) 在在FabryFabry-Per

25、ot-Perot激光器激光器的的兩端兩端面上面上涂上涂上抗反射膜，以抗反射膜，以獲獲 得寬帶得寬帶、高、高輸出輸出、低、低噪聲的噪聲的放大光。放大光。 半導(dǎo)體半導(dǎo)體光放大器的光放大器的分類分類 根據(jù)光放大器端面反射率和工作偏置條件，將半導(dǎo)體光放根據(jù)光放大器端面反射率和工作偏置條件，將半導(dǎo)體光放 大器分為：大器分為： 34 行波半導(dǎo)體光放大器行波半導(dǎo)體光放大器 nTWTWSOASOA具有極低的端面反射率，通常在具有極低的端面反射率，通常在0.1%0.1% 以下以下: :入射信號只能單程放大（行波）入射信號只能單程放大（行波） n降低端面反射方法：傾斜有源區(qū)法、窗面結(jié)構(gòu)。降低端面反射方法：傾斜有源

26、區(qū)法、窗面結(jié)構(gòu)。 nTWTWSOASOA的增益、增益帶寬和噪聲特性都可以的增益、增益帶寬和噪聲特性都可以 滿足光纖通信的要求，但如下缺點限制著它在光滿足光纖通信的要求，但如下缺點限制著它在光 纖通信中的實際應(yīng)用：纖通信中的實際應(yīng)用： n對偏振（亦即極化態(tài)）非常敏感。不同的偏振對偏振（亦即極化態(tài)）非常敏感。不同的偏振 模式，具有不同的增益模式，具有不同的增益GG，如橫電模（，如橫電模（TETE）和）和 橫磁模（橫磁模（TMTM）的增益差可達(dá)）的增益差可達(dá)58 dB58 dB 35 SOA增益偏振相關(guān)性增益偏振相關(guān)性 起因：由于半導(dǎo)體有源層的橫截面呈扁長方形，對橫向（長方形起因：由于半導(dǎo)體有源層的

27、橫截面呈扁長方形，對橫向（長方形 的寬邊方向）和豎向（長方形的窄邊方向）的光場約束不同，光的寬邊方向）和豎向（長方形的窄邊方向）的光場約束不同，光 場在豎向的衍射泄漏強于橫向，因而場在豎向的衍射泄漏強于橫向，因而豎向的光增益弱于橫向豎向的光增益弱于橫向。因。因 此光信號的此光信號的偏振方向取橫向時的增益大，取豎向時的增益小。偏振方向取橫向時的增益大，取豎向時的增益小。 解決方法：采用寬、厚可比擬的有源層設(shè)計；使用方法上解決。解決方法：采用寬、厚可比擬的有源層設(shè)計；使用方法上解決。 相同結(jié)構(gòu)相同結(jié)構(gòu)SOASOA互相互相垂直垂直 并接并接，在輸入端采用偏，在輸入端采用偏 振分束器將信號振分束器將信

28、號分成分成TETE 和和TMTM偏振信號偏振信號, ,分別輸分別輸 入至相互垂直的入至相互垂直的SOASOA， 然后將兩只然后將兩只SOASOA放大的放大的 TETE和和TMTM偏振信號合成，偏振信號合成， 得到與輸入光同偏振態(tài)得到與輸入光同偏振態(tài) 的放大信號。的放大信號。 輸入光信號輸入光信號往返兩次往返兩次通過同一通過同一SOASOA，但反向，但反向 通過前，采用法拉第旋轉(zhuǎn)器使返回光旋轉(zhuǎn)通過前，采用法拉第旋轉(zhuǎn)器使返回光旋轉(zhuǎn)90900 0 第二次放大后，用耦合器取出輸出光信號。第二次放大后，用耦合器取出輸出光信號。 相同結(jié)構(gòu)相同結(jié)構(gòu)SOASOA 互相互相垂直串接垂直串接， 所得增益將與所得增

29、益將與 偏振無關(guān)偏振無關(guān) 36 4.5 幾種新型放大器幾種新型放大器 摻銩光纖放大器摻銩光纖放大器 波導(dǎo)放大器波導(dǎo)放大器 光子晶體光纖放大器光子晶體光纖放大器 37 TDFA的能級泵浦圖的能級泵浦圖 摻銩光纖放大器摻銩光纖放大器 第一級泵浦通過基 態(tài)吸收將Tm3+由基態(tài) 泵浦到3H4能級，并由 于多量子馳豫衰減到 亞穩(wěn)態(tài)3F4 第二級泵浦將Tm3+從 能級3F4泵浦到3H4。 第二級泵浦減少了 3F4能級的粒子數(shù)，同 時增加了3H4的粒子數(shù)， 從而實現(xiàn)了粒子數(shù)反 轉(zhuǎn)。 38 利用利用TDFA和和EDFA進(jìn)行三波段超寬帶進(jìn)行三波段超寬帶DWDM傳輸實驗系統(tǒng)傳輸實驗系統(tǒng) 摻銩光纖放大器摻銩光纖放大

30、器 TDFA的主要應(yīng)用是DWDM系統(tǒng)，它的研制成功，可以和EDFA進(jìn)行多 波段合波的傳輸，從而解決了通信容量的問題。 39 EDWA結(jié)構(gòu)示意圖結(jié)構(gòu)示意圖 波導(dǎo)放大器波導(dǎo)放大器 光波導(dǎo)放大器可以在較小的器件尺寸內(nèi)獲得較大的增益，有可能為 集成光路引進(jìn)多種有源/無源器件。可以像電路集成一樣將光波導(dǎo)放 大器、光源、光濾波器、光探測器等有源、無源器件集成在一片芯片 中，進(jìn)行光電子集成。 摻釹光波導(dǎo)放大器（NDWA，其中心工作波長為1060nm） 摻鉺光波導(dǎo)放大器（EDWA，其中心工作波長為1550nm）。 40 (a) 光子晶體光纖光子晶體光纖 （b）空芯光子晶體光纖）空芯光子晶體光纖 光子晶體光纖的

31、電子掃描顯微圖光子晶體光纖的電子掃描顯微圖 光子晶體光纖放大器光子晶體光纖放大器 光子晶體光纖（PCF）又被稱為微結(jié)構(gòu)光纖或多孔光纖，它是 一種由單一介質(zhì)構(gòu)成（通常為熔融硅或聚合物）、在二維方向 上緊密排列（通常為周期性六角形）而在第三維方向（光纖的 軸向）基本保持不變的波長量級的空氣孔構(gòu)成微結(jié)構(gòu)包層的新 型光纖。它可以視為一種芯層為破壞了周期結(jié)構(gòu)的缺陷的二維 光子晶體，且其芯層可以為實芯材料或空氣。 41 類似于EDFA和RFA，PCFA也可以分為光子晶體光纖 拉曼放大器和摻鉺光子晶體光纖放大器。然而到目前 為止，PCFA還處在研究階段。 光子晶體光纖放大器光子晶體光纖放大器 PCF的結(jié)構(gòu)易于設(shè)計，容易控制光的行為，設(shè)計一 種自身具有色散控制、非線性效應(yīng)小、泵浦功率小、 體積小且寬帶的光子晶體光放大器是完全有可能的。 近年來國內(nèi)外許多學(xué)者開始了光子晶體光纖放大器 （PCFA）的研究。 42 4.6 光放大器的測試光放大器的測試 測試參數(shù)的定義測試參數(shù)的定義 摻鉺光纖放大器摻鉺光纖放大器 拉曼光纖放大器拉曼光纖放大器 半導(dǎo)體光放大器半導(dǎo)體光放大器 43 動態(tài)范圍：定義為放大器工作于飽和區(qū)時，保持 恒定信號輸出功率(0.5 dB)所對應(yīng)