光放大器的發(fā)展

光放大器的發(fā)展第1頁，共19頁，2023年，2月20日，星期日光放大器光放大器是光纖通信系統(tǒng)中能對光信號進行放大的一種子系統(tǒng)產(chǎn)品。光放大器的原理基本上是基于激光的受激輻射，通過將泵浦光的能量轉變?yōu)樾盘柟獾哪芰繉崿F(xiàn)放大作用。光放大器自從1990年代商業(yè)化以來已經(jīng)深刻改變了光纖通信工業(yè)的現(xiàn)狀。第2頁，共19頁，2023年，2月20日，星期日指標光放大器是一個模擬器件，所以它的性能參數(shù)都是模擬參數(shù)。增益（Gain） 增益是輸出光功率與輸入光功率之 比，也就是：增益＝POUT/PIN 其中POUT和PIN分別是輸出光功率 和輸入光功率，功率的單位為瓦特； 通常我們用分貝（dB）為單位來表示 增益，也就是：增益（dB）＝10lg（ POUT/PIN）噪聲指數(shù)（NF）光放大器的噪聲指數(shù)（NF，Noise Figure）的定義式為光放大器輸入輸 出端口的信噪比（SNR，Signalto NoiseRatio）的比值：

第3頁，共19頁，2023年，2月20日，星期日增益帶寬 所謂增益帶寬是指光放大器有效的頻率（或 波長）范圍，通常指增益從最大值下降3dB 時，對應的波長范圍，如1.3.3中λa、λb之 間。增益帶寬的單位是納米（nm）。對于 WDM系統(tǒng)，所有光波長通道都要得到放大， 因此，光放大器必須具有足夠寬的增益帶寬。飽和輸出功率 光放大器的輸入光功率范圍有一定的要求， 當輸入光功率大于某一閾值時，就會出現(xiàn)增 益飽和；增益飽和是指輸出功率不再隨輸入 功率增加而增加或增加很小。根據(jù)ITU-T的建 議，當增益比正常情況低3dB時的輸出光功 率稱為飽和輸出功率，其單位通常用dBm表 示。第4頁，共19頁，2023年，2月20日，星期日分類光放大器半導體光放大器(SOA，SemiconductorOpticalAmplifier)非線性光纖放大器摻稀土元素光纖放大器(EDFA)第5頁，共19頁，2023年，2月20日，星期日光放大器解決了衰減對光傳輸網(wǎng)絡(OTN)傳輸速率與距離的限制,并使超高速、超大容量、超長距離的波分、密集波分、全光傳輸、光孤子傳輸?shù)瘸蔀楝F(xiàn)實。主要應用為發(fā)射機后的功率放大(BA)、接收機前的預放大(PA)和線路中的中繼放大(LA),用來補償線路傳輸衰減,節(jié)點分配衰減,色散補償,并降低非線性效應等.第6頁，共19頁，2023年，2月20日，星期日摻鉺光纖放大器EDFAEDFA為摻鉺光纖放大器,以摻鉺光纖為增益介質,利980nm和1480nm泵浦作為泵浦光源,使鉺離子Er3+粒子數(shù)反轉,信號光入射使亞穩(wěn)態(tài)Er3+粒子受激輻射,產(chǎn)生信號放大。第7頁，共19頁，2023年，2月20日，星期日EDFA技術增益平坦技術
GFF(GainFlatnessFilter),DGE(DynamicGainEqualizer),鉺纖摻雜。實現(xiàn)GFF的技術主要有介質薄膜技術和光纖光柵技術;實現(xiàn)DGE的技術主要有聲光、磁光、M
Z、AWG等;在銀纖中摻雜Al、氟化物、碲化物等使鉺纖增益平坦,降低增益起伏。增益可調技術
利用VOA(VariableOpticalAt
tenuator),VASC(VariableAttenuationSlopeCompen
sation)等衰減器,調節(jié)增益斜率(GainTilt),達到調節(jié)增益的目的.第8頁，共19頁，2023年，2月20日，星期日濾波技術
采用BPF(BandpassFilter),OTF(OpticalTunableFilter)等,濾除ASE噪聲功率。高功率輸出技術
雙包層ErYb共摻,采用泵浦方式是V形槽,高功率多模注入泵浦;多功能技術
中級功能模塊接入,AGC/APC/ACC可選,瞬態(tài)響應控制,ASE補償,TrulyAGC;小型化技術
小型無制冷泵,Hybrid器件,80mm鉺纖及80mm尾纖器件。第9頁，共19頁，2023年，2月20日，星期日大帶寬,C+LBand可以實現(xiàn)80nm的放大帶寬,低插損,高增益,低噪聲,高輸出功率,偏振無關,信道串擾小,對傳輸碼率與格式及系統(tǒng)升級透明等。EDFA的優(yōu)點帶寬還不夠大,只利用了光纖低損耗窗口的一部分,高性能產(chǎn)品基本為客戶定做,屬非標準產(chǎn)品,開發(fā)周期長。EDFA的缺點第10頁，共19頁，2023年，2月20日，星期日EDFA的發(fā)展高性能(寬帶寬,高功率,高增益,增益平坦,低噪聲);多功能(中級接入,大動態(tài)范圍增益可調,快速的瞬態(tài)響應控制,ASE補償實現(xiàn)trulyAGC,AGC/APC/ACC多工作模式);EDFA+FRA混合放大;小型化EDFA(MiniEDFA)。第11頁，共19頁，2023年，2月20日，星期日半導體光放大器（SOA）SOA是偏置電流靠近振蕩閾值但在閾值之下半導體激光二極管,其放大特性主要取決于有源層的介質特性和激光腔的特性。第12頁，共19頁，2023年，2月20日，星期日尺寸小、頻帶寬、增益高；容易集成，適宜同光集成和光電集成電路結合使用。但缺點是與光纖的耦合損耗太大、易受環(huán)境溫度的影響、工作穩(wěn)定性較差。SOA優(yōu)點缺點第13頁，共19頁，2023年，2月20日，星期日由于半導體光放大器的工作原理決定了其放大增益不是高，因此半導體放大器在現(xiàn)代光通信系統(tǒng)中作為純粹功率放大應用較少，它更多的是被用作高速通信網(wǎng)中光開關、光復用／解復用器和波長變換器等光信號處理模塊。SOA發(fā)展第14頁，共19頁，2023年，2月20日，星期日工作原理是基于光纖的受激喇曼散射(SRS)效應。分為集總式(LRA)和分布式(DRA)兩種類型。喇曼光纖放大器FRA第15頁，共19頁，2023年，2月20日，星期日1)寬頻譜、大功率輸出；2)將FRA與局部平坦的EDFA串聯(lián)使用，可獲得帶寬高于100nm的超寬帶增益平坦放大器；3)采用雙向拉曼泵浦，可使傳輸距離擴大2倍，達1040km；4)采用波長為1420nm和1450nm兩個泵源的FRA可得到很寬的帶寬(1480～1620nm)；5)智能化。FRA的發(fā)展第16頁，共19頁，2023年，2月20日，星期日光纖放大器的發(fā)展方向

由于超高速率、大容量、長距離光纖通信系統(tǒng)的發(fā)展，對作為光纖通信領域的關鍵器件——光纖放大器在功率、帶寬和增益平坦方面提出了新的要求，因此，在未來的光纖通信網(wǎng)絡中，光纖放大器的發(fā)展方向主要有以下幾個方面：第17頁，共19頁，2023年，2月20日，星期日(1)EDFA從C-Band向L-Band發(fā)展；(2)寬頻譜、大功率的光纖拉曼放大器；(3)將局部平坦的EDFA與光纖拉曼放大器進行串聯(lián)使用，獲得超寬帶的平坦增益放大器；(4)發(fā)展應變補償?shù)臒o偏振、單片集成、光橫向連接的半導體光放大器光開關；(5)研發(fā)具有動態(tài)增益平坦技術的光纖放大