第六章光放大技术分解.ppt

双包层结构的EDF 增益钳制技术： （1）电控 监测EDFA的输入光功率，根据其大小调整泵浦功率，从而实现增益钳制，是目前最为成熟的方法。 （2）在系统中附加一波长信道 根据其它信道的功率，改变附加波长的功率，而实现增益钳制。 （6）声光滤波调节法 根据各信道功率，反馈控制放大器输出端的多通道声光带阻滤波器，调节各信道输出功率使之均衡，动态均衡需要解复用、光电转换、结构复杂，实用性受限。 （7）预失真补偿法 不灵活，传输链路变换后，输入功率也要随之调整 §6-4 EDFA在光纤通信系统中的应用以及大功率化 3. 增益钳制 什么是增益钳制？ EDFA对信道的插入、分出或信道无光故障等因素引起的输入光功率的变化（较低速变化）能产生响应--瞬态特性。在系统应用中应予以控制--增益钳制。 EDFA瞬态特性对通信的影响？ 瞬态特性使得剩余信道获得过大的增益，并输出过大的功率，而产生非线性，最终导致其传输性能的恶化--需进行自动增益控制。 对于级联EDFA系统，瞬态响应时间可短至几~几十?s，要求增益控制系统的响应时间相应为几~几十?s。 §6-4 EDFA在光纤通信系统中的应用以及大功率化 §6-3 EDFA的特性 小信号增益随放大器长度而变的曲线 增益的大小考虑了EDF的长度以后，还有什么因素需要考虑？ 4. 小信号增益随泵浦功率而变 泵浦功率越大，激发到高能级上的电子数量就越多，EDFA的增益就越大，但是，并不是说高的泵浦功率会从低能级上扫除所有的电子！光放大是一个动态过程，在低能级不断堆积信号光激发从激发态能级上落下的电子。 对于给定的放大器长度（EDF长度），增益随泵浦功率在开始时按指数增加，当泵浦功率超过一定值时，增益增加变缓，并趋于一恒定值。 §6-3 EDFA的特性 EDFA放大多信道时，泵浦功率被所有要放大的波长共享，传输的多路复用的波长数越多，为满足EDFA的泵浦功率就越大。 多信道同时被放大时，不同波长的增益一样吗？ §6-3 EDFA的特性 5. 增益G是输入波长的函数 增益谱G(?)：增益G与信号光波长?的关系。光放大器的增益谱不平坦。 §6-3 EDFA的特性 增益平坦性： §6-3 EDFA的特性 二、噪声 噪声是EDFA（事实上，任何类型的放大器都得考虑其噪声特性）的第二个重要特性。 EDFA中，放大信号时产生其自身的噪声，把自发辐射或散射叠加到信号光上，并且占有整个放大带宽，也不可能完全滤除，因此，光放大器改变了输入信号和输出信号的信噪比SNR，导致被放大信号的信噪比下降。 SNR降低程度用噪声系数/噪声指数NF表示，定义为 NF1，即放大器降低了SNR，然而放大器也将信号功率增加到很高的程度以便我们容忍了SNR的降低。 §6-3 EDFA的特性 §6-3 EDFA的特性 主要噪声源：放大的自发辐射噪声ASE (Amplified Spontaneous Emission)，它源于放大器介质中电子空穴对的自发复合。自发复合导致了与光信号一起放大的光子的宽谱背景。 EDFA放大1540波长信号时产生的影响，ASE噪声叠加在信号上，导致信噪比下降。 §6-3 EDFA的特性 化弊为利：ASE宽带光源 自发辐射噪声ASE：一部分电子自发辐射到低能级的能带上，这些自发辐射产生的光子在信号光相同频率范围内，但它们在相位和方向上是随机的，那些与信号同方向的自发辐射光子被活性物质放大。这些自发辐射并经放大的光子放大的自发辐射噪声ASE。它们在相位是随机的，对于信号光没有贡献而产生了信号带宽内的噪声。 ASE噪声近似为白噪声，噪声功率谱密度为： 式中nsp自发发射因子或粒子数反转因子，对于原子都处于激发态或完全粒子数反转的光放大器，nsp=1；当粒子数不完全反转时， nsp1。 §6-3 EDFA的特性 自发辐射因子或粒子数反转因子nsp定义为 因此，N2/(N2-N1) → 1时（高能级粒子数大大多于低能级上的粒子数），自发辐射因子达到最小值，此时会有一个理想的放大器，但这种情况永远不会达到，实际的nsp的范围典型值是1.4~4。 §6-3 EDFA的特性 激发态的粒子数 基态的粒子数 放大器自发辐射噪声ASE的平均总功率PASE： 式中，hf是光子能量，G是放大器的增益，Δf是放大器的带宽。 研究发现