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(fù)習(xí)2x2光纖耦合器1234MZI的結(jié)構(gòu)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(hào)。首先將光纖中送來的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，然后對(duì)電信號(hào)進(jìn)行放大，最后再將放大了的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)送到光纖中去缺點(diǎn):(1)造價(jià)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(duì)輸入光功率的函數(shù)。

(3)增益帶寬:是放大器放大信號(hào)的有效頻率范圍。(4)增益飽和:一般情況下輸入信號(hào)應(yīng)該足夠大，以便能引起放大器的飽和增益。飽和時(shí)的增益隨信號(hào)功率增加而減小。(5)增益波動(dòng):是增益帶寬內(nèi)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(hào)有關(guān)的噪聲包括兩個(gè)方面：光場噪聲和強(qiáng)度/光電流噪聲習(xí)題：一個(gè)EDFA功率放大器，波長為1542nm的輸入信號(hào)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(jié)構(gòu)

EDFA的基本組成，包括：泵浦激光、波分復(fù)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(jié)構(gòu)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(hào)光與泵浦光以同一方向從摻鉺光纖的輸入端注入的結(jié)構(gòu)，也稱為前向泵浦。噪聲性能較好。

(2)反向泵浦是一種信號(hào)光與泵浦光從兩個(gè)不同方向注入摻鉺光纖的結(jié)構(gòu)，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(jié)合的方式。結(jié)合了以上兩種方式的優(yōu)點(diǎn)。第九頁，共二十六頁，2022年，8月28日EDFA的三種結(jié)構(gòu)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(hào)光的散粒噪聲；被放大的自發(fā)輻射(ASE)；ASE光譜與信號(hào)光之間的差拍噪聲(指的是信號(hào)和ASE經(jīng)光檢測(cè)器輸出的光生電流表達(dá)式中的交叉項(xiàng))；ASE光譜間的差拍噪聲(指的是ASE的二次項(xiàng))。2.放大的自發(fā)輻射(ASE)

自發(fā)輻射的光子落在與信號(hào)光相同的頻率范圍內(nèi)，但它們?cè)谙辔缓头较蛏鲜请S機(jī)的—形成噪聲(它們對(duì)于信號(hào)光沒有貢獻(xiàn)而產(chǎn)生了信號(hào)帶寬內(nèi)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(shù)反轉(zhuǎn)因子(nsp):

自發(fā)輻射因子越大，光放大器所產(chǎn)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(yīng)是在光纖介質(zhì)中傳輸高功率信號(hào)時(shí)發(fā)生的非線性相互作用，它是由介質(zhì)的分子激勵(lì)(聲子)所誘發(fā)的非彈性光子散射。光與聲子相互作用導(dǎo)致斯托克斯(Stokes)線的頻移(與信號(hào)光頻不同)，適當(dāng)?shù)剡x擇光纖介質(zhì)和泵浦頻率，可以將Stokes線調(diào)諧到被放大信號(hào)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(jié)構(gòu)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(dāng)一個(gè)窄線寬、高功率信號(hào)沿光纖傳輸時(shí)，將產(chǎn)生一個(gè)與輸入光信號(hào)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(yīng)的一個(gè)簡單方法是將此聲波想像為一個(gè)把入射光反射回去的移動(dòng)布拉格光柵，由于光柵向前移動(dòng)，因此反射光經(jīng)多普勒頻移后變?yōu)橐粋€(gè)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(yīng)第十七頁，共二十六頁，2022年，8月28日5.6半導(dǎo)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(guān)性、連接損耗、非線性失真等因素的影響，其性能達(dá)不到實(shí)用化要求。應(yīng)用量子阱材料的SOA具有結(jié)構(gòu)簡單，可批量生產(chǎn),成本低,壽命長,功耗小等優(yōu)點(diǎn)，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(shù)反轉(zhuǎn)：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(jié)構(gòu)：(1)法布里-珀羅放大器（FPA）兩個(gè)端面上鍍多層介電薄膜。當(dāng)光信號(hào)進(jìn)入腔內(nèi)后，它在兩個(gè)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(gè)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(huì)發(fā)生內(nèi)反射.只要注入的電流在閾值以上，在腔內(nèi)仍可獲得增益，入射光信號(hào)只需通過一次TWA就會(huì)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(yīng)用

SOA的應(yīng)用主要集中在以下四個(gè)方面：

1.光信號(hào)放大器2.光電集成器件

3.光開關(guān)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(yīng)用

光放大器在不同的光纖通信系統(tǒng)中均有應(yīng)用，主要有四種基本的應(yīng)用。

(1)在線放大器(2)后置放大器(3)前置放大器(4)功率補(bǔ)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(yīng)用情形在線放大器；(b)后置放大器；(c)前置放大器；(d)功率補(bǔ)償放大器第二十四頁，共