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光放大技术 张新亮 Email: xlzhang@mail.hust.edu.cn Mobile提 纲 光放大（EDFA）系统的噪声特性分析 SOA EDFA RA 参量放大 带前放系统的噪声特性分析 普通光接收机的噪声 光生电流散粒噪声，偏置电阻热噪声、前放热噪声、倍增噪声 超长距离WDM传输系统对OA要求 低噪声特性； 高增益和大输出功率； 平坦宽带增益特性； 动态特性 偏振相关增益特性 功耗体积 半导体光放大器原理及性能 工作原理与半导体激光器类似：受激辐射 不同点： 1）LD中激发受激辐射的光子产生于自发辐射，放大的自发辐射；SOA中激发的光子是外界的输入信号，放大光信号； 2）LD中端面反射率越高，越容易激射（镀增反膜）；SOA中镀增透膜； 特点 优点：体积小，便于集成（大规模阵列），增益带宽宽，可适合工作波长范围（1200-1700nm），载流子恢复时间快，动态特性好，便于光信号处理； 存在问题： 端面剩余反射引起的增益纹波 噪声指数（放大的自发辐射噪声） 有限的饱和输出功率（增益饱和） 偏振相关性 解决方案——增益纹波 1）直腔的端面反射率需要控制在10－6量级； 2）目前普遍采用斜腔＋镀膜 解决方案－噪声指数 解决方案---偏振相关性（1） 体材料SOA中 应变量子阱SOA 解决方案—偏振相关性（4） 张应变体材料（引入比较小的张应变） Alcatel，锥形有源区，器件纤到纤增益达29dB，偏振相关性小于0.3dB; 解决方案---增益线性（1） 解决方案---增益线性（2） State-of-art 其它技术-量子点SOA 量子点SOA增益带宽可达300nm，最大输出功率可接近20dBm，噪声指数小于5dB，载流子恢复时间更快（体材料1ns，量子阱400ps，量子点几十ps）； 其它技术-光泵浦垂直腔SOA 提 纲 光放大（EDFA）系统的噪声特性分析 SOA EDFA RA 参量放大 掺铒光纤放大器(Erbium-doped Fiber Amplifier ) EDFA工作原理 EDFA存在的问题及解决方法 EDFA使用中的考虑 EDFA工作原理和分析模型 Erbium Doped Fiber Amplifier 增益平坦－氟化物光纤 Silica fiber of 20 dB gain 1dB variation over 20nm, 2.5 dB over 30nm Fluoride fiber of 20dB gain 1.1 dB over 30 nm Cannot respond to dynamic change in the network: link loss, routing, reconfiguration... Must know the exact spectral shape of gain Long-Period Fiber Grating Filter Index grating period ~100mm provides coupling between the core and cladding modes Different length of fiber has different gain spectrum. Need separate design. Wider the flatness, the higher the loss for some wavelength. 3times higher for 40nm wide gain spectrum compared with 33nm. Penalty for higher filter loss is higher NF and lower output power LPG Design and Result Over 40nm gain flattened By optimizing the length of each fiber, gain flatness and low noise can be achieved Hybrid EDFA at 1.55um gain excursion less than 0.9 dB over 30nm Active AOTF 增益均衡度还与泵浦功率相关；35nm内增益均衡度可以小于0.7dB。 EDFA Transient Dynamics Optical Attenuation Compensation C-Band v.s. L-Band EDFA 6.3dB/mw gain coefficient and max p