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第十一章光放大器
作业: 11.4, 11.14 * * 2 * * Pamp,sat是放大器的饱和功率,其定义为单位长度增益降至一半时的内部功率。 * 4 * 5 * 6 * 7 * 7 nsp粒子数反转因子,F是光放大器的噪声系数 * 8 * 8 * 9 * 12 * 10 补偿的手段如采用增益补偿光栅 * 13 * 13 * 13 * 13 * 13 EDFA的噪声图 泵浦波长 1480 nm、信号波长1558 nm 同向泵浦 噪声系数 反向泵浦 噪声系数 11.3.4 掺铒光纤放大器的优缺点 EDFA之所以得到迅速的发展,源于它的一系列优点。 (1) 工作波长与光纤最小损耗窗口一致,可在光纤通信中获得广泛应用。 (2) 耦合效率高。因为是光纤型放大器,易于光纤耦合连接,也可用熔接技术与传输光纤熔接在一起,损耗可降至0.1dB,这样的熔接反射损耗也很小,不易自激。 (3) 能量转换效率高。激光工作物质集中在光纤芯子,且集中在光纤芯子中的近轴部分,而信号光和泵浦光也是在近轴部分最强,这使得光与物质作用很充分。 (4) 增益高,噪声低。输出功率大,增益可达40dB,输出功率在单向泵浦时可达14dBm,双向泵浦时可达17dBm,甚至可达20dBm,充分泵浦时,噪声系数可低至3~4dB,串话也很小。 (5) 增益特性不敏感。首先是EDFA增益对温度不敏感,在100°C内增益特性保持稳定,另外,增益也与偏振无关。 (6) 可实现信号的透明传输,即在波分复用系统中可同时传输模拟信号和数字信号,高速率信号和低速率信号,系统扩容时,可只改动端机而不改动线路。 EDFA也有固有的缺点: (1) 波长固定,只能放大1.55μm左右的光波,换用不同基质的光纤时,铒离子能级也只能发生很小的变化,可调节的波长有限,只能换用其他元素; (2) 增益带宽不平坦,在WDM系统中需要采用特殊的手段来进行增益谱补偿。 11.4 光纤喇曼放大器 11.4.1 光纤喇曼放大器的工作原理 受激喇曼散射主要性质包括:①在玻璃介质中参与喇曼散射的是光学声子;②在所有类型的光纤中都会发生,但喇曼增益稀疏的形状和峰值与泵浦源的波长和功率有关;③响应时间很短,为瞬态效应; ④增益具有偏振依赖性,当泵浦光与信号光偏振方向平行时增益最大,垂直时增益最小,但实际上在非保偏光纤中由于模式混扰的原因而表现为增益无关;⑤增益谱很宽,但不平坦。最大增益频移为13.2THz,并且可以扩展到30THz。 11.4.2 光纤喇曼放大器的分类 光纤喇曼放大器可分为两类:分立式喇曼放大器(Raman Amplifier,RA)和分布式喇曼放大器(Distributed Raman Amplifier,DRA)。 11.4.3 光纤喇曼放大器的性能 1. 光纤喇曼放大器的增益 在连续波的工作条件下,并忽略泵浦光消耗,光纤喇曼放大器的增益可由下式表示: 式中:gR为喇曼增益系数;Aeff为光纤在泵浦波长处的有效面积;P0为泵浦光功率;αP为泵浦光在光纤中的衰减常数。 2. 喇曼放大器的带宽 增益带宽由泵浦波长决定,选择适当的泵浦光波长,就可得到任意波长的信号放大,DRA的增益频谱是每个波长的泵浦光单独产生的增益频谱叠加的结果,所以它由泵浦波长的数量和种类决定。 3. 噪声指数 由于喇曼放大是分布式获得增益的过程,其等效噪声比分立式放大器要小。为了比较DRA与分立式放大器的性能,定义DRA的等效集中噪声指数FR为 式中:ρASE是光纤末端放大自发辐射(ASE)密度;GR是在光纤末端信号的喇曼增益。 分布式喇曼放大器经常与EDFA混合使用,当作为前置放大器的DRA与作为功率放大器的常规EDFA混合使用时,其等效噪声指数为 F=FR+FE/GR 式中:GR和FR分别是DRA的增益和噪声指数;FE是EDFA的噪声指数。因为FR通常要比作为功率放大器的EDFA的噪声指数FE要小,所以由上式可知,只要增加喇曼增益GR,就可以减少总的噪声指数。 11.4.4 光纤喇曼放大器的系统应用 1. 分立式喇曼放大器的应用 分立式喇曼放大器所用的光纤增益介质比较短,泵浦功率要求很高,一般在几瓦到几十瓦,可产生40dB以上的高增益,像EDFA一样可用来对光信号进行集中放大,因此主要用于EDFA无法放大的波段。 2. DRA传输系统典型结构 采用DRA技术的传输系统典型结构如图7.14所示,在WDM系统的每个传输单元内,在EDFA的输入端注入反向的喇曼泵浦,信号将会沿光纤实现分布式喇曼放大,由于DRA具有噪声低、增益带宽与泵浦波长和功率相关的特点,EDFA又具有高增
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