光放大器修改

光放大器修改第一頁，共二十六頁，2022年，8月28日復習2x2光纖耦合器1234MZI的結構圖34第二頁，共二十六頁，2022年，8月28日5.1引言

在光放大器研制成功之前，主要采用光電混合中繼器（或稱再生器）放大光信號。首先將光纖中送來的光信號轉換為電信號，然后對電信號進行放大，最后再將放大了的電信號轉換為光信號送到光纖中去缺點:(1)造價高(2)速度低第三頁，共二十六頁，2022年，8月28日5.2摻鉺光纖放大器EDFA光纖放大器的主要特性如下：

(1)增益:是輸出光功率與輸入光功率的比值（以dB為單位）。

(2)增益效率:是增益對輸入光功率的函數。

(3)增益帶寬:是放大器放大信號的有效頻率范圍。(4)增益飽和:一般情況下輸入信號應該足夠大，以便能引起放大器的飽和增益。飽和時的增益隨信號功率增加而減小。(5)增益波動:是增益帶寬內的增益變化范圍（以dB為單位）。第四頁，共二十六頁，2022年，8月28日

(6)噪聲:與放大光信號有關的噪聲包括兩個方面：光場噪聲和強度/光電流噪聲習題：一個EDFA功率放大器，波長為1542nm的輸入信號功率為2dBm，得到的輸出功率為Pout=27dBm，求放大器的增益。第五頁，共二十六頁，2022年，8月28日

5.2.1EDFA的放大原理

摻鉺光纖芯層的幾何模型第六頁，共二十六頁，2022年，8月28日

圖5.4EDFA的放大原理第七頁，共二十六頁，2022年，8月28日

5.2.2EDFA的組成結構

EDFA的基本組成，包括：泵浦激光、波分復用(WDM)耦合器、光隔離器和摻鉺光纖（EDF）以及光濾波器。EDFA的基本組成第八頁，共二十六頁，2022年，8月28日EDFA常用的結構有三種，即同向泵浦、反向泵浦和雙向泵浦。(1)同向泵浦是一種信號光與泵浦光以同一方向從摻鉺光纖的輸入端注入的結構，也稱為前向泵浦。噪聲性能較好。

(2)反向泵浦是一種信號光與泵浦光從兩個不同方向注入摻鉺光纖的結構，也稱為后向泵浦。較高的輸出功率。（3）雙向泵浦是同向泵浦與反向泵浦結合的方式。結合了以上兩種方式的優(yōu)點。第九頁，共二十六頁，2022年，8月28日EDFA的三種結構第十頁，共二十六頁，2022年，8月28日

5.2.3EDFA的增益特性

(1)增益特性代表了放大器的放大能力，其定義為輸出功率與輸入功率之比。(2)EDFA的增益通常為15～40dB。(3)影響增益大小的因素a)光纖中的摻鉺濃度b)泵浦光功率c)光纖長度d)泵浦光的波長(980/1480nm)。第十一頁，共二十六頁，2022年，8月28日1.EDFA的噪聲

EDFA的噪聲主要有四種：信號光的散粒噪聲；被放大的自發(fā)輻射(ASE)；ASE光譜與信號光之間的差拍噪聲(指的是信號和ASE經光檢測器輸出的光生電流表達式中的交叉項)；ASE光譜間的差拍噪聲(指的是ASE的二次項)。2.放大的自發(fā)輻射(ASE)

自發(fā)輻射的光子落在與信號光相同的頻率范圍內，但它們在相位和方向上是隨機的—形成噪聲(它們對于信號光沒有貢獻而產生了信號帶寬內的噪聲)。第十二頁，共二十六頁，2022年，8月28日(1)自發(fā)輻射因子即粒子數反轉因子(nsp):

自發(fā)輻射因子越大，光放大器所產生的放大的自發(fā)輻射的功率也越大。(2)放大的自發(fā)輻射的平均總功率PASE：

其中，hf是光子的能量，G是放大器增益，ΔB是放大器的光帶寬。nsp越大，放大的自發(fā)輻射(ASE)也越大。第十三頁，共二十六頁，2022年，8月28日5.3受激拉曼光纖放大器SRASRA的放大原理

:拉曼效應是在光纖介質中傳輸高功率信號時發(fā)生的非線性相互作用，它是由介質的分子激勵(聲子)所誘發(fā)的非彈性光子散射。光與聲子相互作用導致斯托克斯(Stokes)線的頻移(與信號光頻不同)，適當地選擇光纖介質和泵浦頻率，可以將Stokes線調諧到被放大信號的頻率上。第十四頁，共二十六頁，2022年，8月28日SRA的原理性結構示意第十五頁，共二十六頁，2022年，8月28日5.4受激布里淵光纖放大器SBA

SBA的放大原理

:

當一個窄線寬、高功率信號沿光纖傳輸時，將產生一個與輸入光信號同向的聲波，此聲波波長為光波長的一半，且以聲速傳輸。理解非線性布里淵效應的一個簡單方法是將此聲波想像為一個把入射光反射回去的移動布拉格光柵，由于光柵向前移動，因此反射光經多普勒頻移后變?yōu)橐粋€較低的頻率值。第十六頁，共二十六頁，2022年，8月28日布里淵散射效應第十七頁，共二十六頁，2022年，8月28日5.6半導體光放大器SOA

究開發(fā)光纖通信的初期就已著手研制SOA了，但受噪聲、偏振相關性、連接損耗、非線性失真等因素的影響，其性能達不到實用化要求。應用量子阱材料的SOA具有結構簡單，可批量生產,成本低,壽命長,功耗小等優(yōu)點，并且便于與其他部件一塊集成，可望制作出1310nm和1540nm波段的寬帶放大器。第十八頁，共二十六頁，2022年，8月28日

5.6.1SOA的放大原理

粒子數反轉：第十九頁，共二十六頁，2022年，8月28日SOA的基本工作原理第二十頁，共二十六頁，2022年，8月28日SOA的兩種主要結構：(1)法布里-珀羅放大器（FPA）兩個端面上鍍多層介電薄膜。當光信號進入腔內后，它在兩個端面來回反射并得到放大，直至以較高的功率發(fā)射出去。(2)非諧振的行波放大器（TWA)兩個端面上鍍的是增透膜(防反射膜或涂層AR)。減少SOA與光纖之間的耦合損耗，有源區(qū)不會發(fā)生內反射.只要注入的電流在閾值以上，在腔內仍可獲得增益，入射光信號只需通過一次TWA就會得到放大。第二十一頁，共二十六頁，2022年，8月28日

5.6.2SOA的性能與應用

SOA的應用主要集中在以下四個方面：

1.光信號放大器2.光電集成器件

3.光開關4.全光波長變換器AOWC

第二十二頁，共二十六頁，2022年，8月28日5.7光放大器的應用

光放大器在不同的光纖通信系統(tǒng)中均有應用，主要有四種基本的應用。

(1)在線放大器(2)后置放大器(3)前置放大器(4)功率補償放大器

第二十三頁，共二十六頁，2022年，8月28日光放大的四種應用情形在線放大器；(b)后置放大器；(c)前置放大器；(d)功率補償放大器第二十四頁，共