几种常见的光放大器的比较讲义.docx

对几类放大器的认识 在DWDM系统中，特别是超远距离的传输中，由于不可避免的存在光纤信号功率的损失和衰减，所以补偿是必要的。现在常用的放大器有掺铒光纤放大器（EDFA）,拉曼放大器（FRA），半导体激光放大器（SOA），光纤参量放大器（OPA）。现就这几类放大器的工作原理和特殊情况做一下说明。 1）掺铒光纤放大器（EDFA）EDFA（Erbiur Doped Fiber Amplifer）是光纤放大器中具有代表性的一种。由于EDFA工作波长为1550nm，与光纤的低损耗波段一致且其技术已比较成熟，所以得到广泛应用。掺铒光纤是EDFA的核心原件，它以石英光纤作基质材料，并在其纤芯中掺入一定比例的稀土原素铒离子（Er3+）。当一定的泵浦光注入到掺铒光纤中时，Er3+从低能级被激发到高能级，由于Er3+在高能级上寿命很短，很快以非辐射跃迁形式到较高能级上，并在该能级和低能级间形成粒子数反转分布。由于这两个能级之间的能量差正好等于1550nm光子的能量，所以只能发生1550nm光的受激辐射，也只能放大1550nm的光信号。EDFA的组成：工作原理图：那么，EDFA的输出公路车是如何控制的呢？一般来说,EDFA的输出功率与输入信号光强度，铒纤的长度以及泵浦光的强度。在EDFA使用的过程中，一般要控制好EDFA的平坦增益，那么不平坦的增益和平坦增益有什么区别呢？平坦的输出增益会使EDFA放大的输出功率得到一个稳定的信号增益。如何控制增益？增益的控制室有2种选择的，一种是掺金属元素，另外一种是GFF定制，所谓的掺金属元素是值得是掺杂金属铝元素。有上图可以知道，掺铝的金属元素的EDFA在增益的控制上明显要比不掺铝的EDFA平坦的多。需要注意的是：EDFA在放大信号的同时也放大了噪声，而噪声主要来自EDFA的自身受激辐射，是主要的噪声源，也是系统OSNR劣化的主要原因。放大器产生的自发辐射噪声功率为：PASE = -58 + NF + G （dBm）其中NF为光放大器噪声系数（dB） 、G为光放大器的增益（dB）除了放大功率之外，还有几个量也是EDFA中比较重要的，了解他们，有助于在EDFA故障中的维护定位：作电流：也称作偏置电流，其决定着放大板的输出光功率。正常情况下，单板的输出功率不变，工作电流应该维护在一个相对稳定的状态。 制冷电流：制冷电流对应着制冷电路的调节。在放大板上制冷电流对应泵浦激光器的温度，随激光器温度的变化而变化。注意正负号的意义（负值表示加热）。 背光电流：背光电流是放大板的一个性能值，对应于功率检测，通过背光电流的大小可以知道激光器输出功率的大小。一般情况下我们是通过查看背光电流来判断泵浦激光器的好坏。拉曼放大器（FRA）工作原理：简单的说就是如果一个弱信号与一强泵浦光波同时在光纤中传输，并使弱信号波长置于泵浦光的拉曼增益带宽内，弱信号光即可得到放大，这种基于受激拉曼散射机制的光放大器即称为拉曼光纤放大器。拉曼放大器有三大特点：其增益波长由泵浦光波长决定，只要泵浦源的波长适当，理论上可得到任意波长的信号放大 。其增益介质为传输光纤本身；这使拉曼光纤放大器可以对光信号进行在线放大，构成分布式放大，实现长距离的无中继传输和远程泵浦 。噪声指数低，这使其与常规EDFA混合使用时可大大降低系统的噪声指数，增加传输跨距。拉曼放大器的应用实际上是利用了光纤的非线性效益中的SRS，受激拉曼散射，入射光子的能量转移到低频率的光子上，频率下降13.2THZ，当一个频率为f1的光子入射到光纤中，当它的功率足够强，以至发生SRS效应时，它会将自身的能量转移到频率为 f1-13.2THz 的光子上，而自身以分子振动的形式消亡。SRS需要很强的光才能激发，所以拉曼放大器功率都很强而且很危险。FRA的增益曲线：FRA放大是在普通光纤中，且没有波段的限制。理论上任何波长都可以放大。在拉曼放大器中，由于一个泵浦波长放大的范围是有限的，可以根据需要选择多个波长，进行合理叠加，即可得到任意波段的放大。 对于普通的放大而言，如果你想放大的波长频率为f2，则入射的泵浦源选择f2+13.2THz即可。EDFA和拉曼放大器的输出功率计算：在EDFA中，增益G=Pout – Pin但是在FRA中，G为开关增益，其定义及测试与EDFA有所不同：P1：关闭FRA的泵浦源测试的结果；P2：开启FRA的泵浦源测试的结果。Gon-off = P2 – P1特别需要注意的是在拉曼放大器中，P1、P2测试的都是输出点的光功率。EDFA与FRA的简单比较:有一点需要额外说明的是,就放大而言，EDFA要比FRA要大一些，普遍的FRA增益在15db左右，而EDFA根据需要可以增益到27db甚至更高。3）半导体激光器（SOA）SOA的放大原理与半导体激光器的工作原理相同，