摻餌光纖放大器的特性研究ppt課件

1、摻餌光纖放大器的特性研究摻餌光纖放大器的特性研究單擊此處添加副標(biāo)題主主 要要 內(nèi)內(nèi) 容容2摻餌光纖放大器的結(jié)構(gòu)原理摻餌光纖放大器的結(jié)構(gòu)原理 3 3摻餌光纖放大器的特性研究摻餌光纖放大器的特性研究 1摻餌光纖放大器歷史發(fā)展摻餌光纖放大器歷史發(fā)展 光放大器的分類光放大器的分類 （1半導(dǎo)體放大器 （2摻稀土元素的光纖放大器，主要是摻餌(Er)光纖放大器，還有摻銩(Tm)光纖放大器及摻鐠Pr光纖放大器。 （3非線性的光纖放大器，主要是光纖喇曼放大器。 我們主要介紹摻餌光纖放大器，首先了解一下它的歷史發(fā)展摻餌光纖放大器的歷史發(fā)展摻餌光纖放大器的歷史發(fā)展 1964 年，提出摻釹Nd3+）光纖放大器的設(shè)想

2、1985年，低損耗摻雜 SiO2光纖研制成功 目前，摻 (Er3+) 光纖放大器EDFA） 最為成熟，是光纖通信系統(tǒng)必備器件。摻餌光纖放大器的特性研究摻餌光纖放大器的特性研究 1.EDFA的基本結(jié)構(gòu) 典型摻餌光纖放大器( EDFA)的基本結(jié)構(gòu)如圖 2-1 所示在輸入端和輸出端各有一個(gè)隔離器，目的是使光信號單向傳輸。泵浦激器波長為980nm或1480nm，用于提供能量。耦合器的作用是把輸入光信號和泵浦光耦合進(jìn)摻鉺光纖中，通過摻鉺光纖作用把泵浦光的能量轉(zhuǎn)移到輸入光信號中，實(shí)現(xiàn)輸入光信號的能量放大。 實(shí)際使用的摻鉺光纖放大器為了獲得較大的輸出光功率，同時(shí)又具有較低的噪聲指數(shù)等其他參數(shù)，采用兩個(gè)或多個(gè)

3、泵浦源的結(jié)構(gòu)，中間加上隔離器進(jìn)行相互隔離。為了獲得較寬較平坦的增益曲線，還加入了增益平坦濾波器。 摻餌光纖放大器的特性研究摻餌光纖放大器的特性研究 2. EDFA的工作原理 信號光和泵浦光在摻鉺光纖內(nèi)可在同一方向(同向泵浦)、相反方向(反向泵浦)或兩個(gè)方向(雙向泵浦)傳播。摻餌光纖放大器的特性研究摻餌光纖放大器的特性研究 EDFA的激光增益媒質(zhì)是摻鉺光纖，即為摻有少量鉺離子的光纖；其能級結(jié)構(gòu)符合對1550nm 波長區(qū)的光進(jìn)行放大的要求，即其穩(wěn)態(tài)能級 E2 與基態(tài)能級 E1之差，恰好等于1550nm 波長區(qū)域光波的光子能量 h。因此 EDFA 的工作機(jī)理是： 當(dāng)信號光和泵浦光同時(shí)注入到摻鉺光纖中

4、時(shí)，鉺離子在泵浦光作用下被激發(fā)到亞穩(wěn)態(tài)能級E3上，并很快以無輻射形式不釋放光子躍遷到穩(wěn)態(tài)能級E2上，隨后又在入射信號光作用下回到基態(tài)E1，并發(fā)射出與信號光同頻率的光子，從而使信號放大。摻餌光纖放大器的特性研究摻餌光纖放大器的特性研究 2.EDFA的工作原理 利用泵浦光把處于基態(tài)能級 E1 的鉺離子激勵到亞穩(wěn)態(tài)能級 E3；因 E3為亞穩(wěn)態(tài)，所以鉺離子很快以無輻射形式不釋放光子躍遷到穩(wěn)態(tài)能級E2，從而使材料中處于E2 能級上的鉺離子數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于處于 E1能級上的鉺離子數(shù)，形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布。 摻餌光纖放大器的特性研究摻餌光纖放大器的特性研究 2.EDFA工作原理 當(dāng)有1550nm波長區(qū)的外來光信號入

5、射時(shí)，大量處 E2能級上的鉺離子很快以受激輻射形式躍遷到E1能級，并釋放大量的光子而發(fā)光；釋放光子的能量等于E2與 E1能級之差 (h)，釋放光子的頻率恰恰與外入射光信號的頻率相同，從而產(chǎn)生光放大作用。 摻餌光纖放大器的特性研究摻餌光纖放大器的特性研究 3.EDFA特點(diǎn)： （1增益譜寬EDFA的信號增益譜很寬，達(dá)30nm或更高，可用于寬帶信號的放大，尤其適用密集波分復(fù)用DWDM光纖通信系統(tǒng)。 （2帶寬利用率可控 （3飽和輸出功率高EDFA具有較高的飽和輸出功率1020dBm），可用作發(fā)射機(jī)后的功率放大，提高無中繼線路傳輸距離或分配的光節(jié)點(diǎn)數(shù)。（4耦合損耗小，噪聲低EDFA與光纖線路的耦合損耗小

6、（1dB），噪聲低(48dB)。 （5增益與偏振無關(guān)增益與光纖的偏振狀態(tài)無關(guān)，故穩(wěn)定性好。 （6弛豫時(shí)間長弛豫時(shí)間很長越10ms）。 （7泵浦功率低所需的浦功率低數(shù)十毫瓦）。 損耗小、增益高、帶寬大、與偏振無關(guān)，低噪聲、低串?dāng)_、高輸出功率等摻餌光纖放大器的特性研究摻餌光纖放大器的特性研究 4.影響增益的四個(gè)因素 如小信號輸入時(shí)的增益系數(shù)大于大信號輸入時(shí)的增益系數(shù)。當(dāng)輸入光弱時(shí)，高能位電子的消耗減少并可從泵激得到充分的供應(yīng)，因此，感應(yīng)輻射就能維持達(dá)到相當(dāng)?shù)某潭取．?dāng)輸入光變強(qiáng)時(shí)，由于高能位的電子供應(yīng)不充分，感應(yīng)輻射光的增加變少，于是就出現(xiàn)飽和。泵浦光功率越大，摻鉺光纖越長，3db飽和輸出功率也就越

7、大。其次與Er的濃度超過一定值時(shí)，增益反而會降低，因此要控制好摻餌光纖的鉺離子濃度。 摻餌光纖的長度泵浦光功率輸入光的程度光纖中鉺離子(Er)的濃度摻餌光纖放大器的特性研究摻餌光纖放大器的特性研究 采用EDFA后，提高了注入光纖的功率，但當(dāng)大到一定數(shù)值時(shí)，將產(chǎn)生光纖非線性效應(yīng)和光泄漏效應(yīng)，這影響了系統(tǒng)的傳輸距離和傳輸質(zhì)量。另外色散問題變成了限制系統(tǒng)的突出問題，可以選用G.653光纖(色散位移光纖DSF)或非零色散光纖 (NZDF)來解決這一問題。摻餌光纖放大器的特性研究摻餌光纖放大器的特性研究 5 增益與泵浦功率、摻餌光纖長度的變化關(guān)系 EDFA的增益與諸多因素有關(guān)，如摻餌光纖的長度，如圖3-

8、7所示 ( 泵浦波長1480nm、信號波長1550nm) 。隨著摻餌光長度的增加，增益經(jīng)歷了從增加到減少的程，這是因?yàn)橹饫w長度的增加，光纖中的泵浦功率降低，使得粒子反轉(zhuǎn)數(shù)降低，最終在低能級上的餌離子數(shù)多于高能級上的Er離子數(shù)，粒子數(shù)恢復(fù)到正常的數(shù)值。 摻餌光纖放大器的特性研究摻餌光纖放大器的特性研究 由于摻餌光纖本身的損耗，造成信號光中被吸收掉的光子多于受激輻射產(chǎn)生的光子，引起增益下降,由上述討論可知，對于某個(gè)確定的入射泵浦功率， 存在著一個(gè)摻餌光纖的最佳長度，使得增益最大。摻餌光纖放大器的發(fā)展現(xiàn)狀摻餌光纖放大器的發(fā)展現(xiàn)狀光放大器的原理光放大器的原理 在泵浦能量電或光的作用下，實(shí)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(shí)現(xiàn)對入射光的放大，其機(jī)理與激光器完全相同。 實(shí)際上，光放大器在結(jié)構(gòu)上就是一個(gè)沒有反饋或反饋較小的激光器。前前 言言 任何光纖通信系統(tǒng)的傳輸距離都受