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ASE噪声 ASE噪声近似为白噪声，噪声功率谱密度为： ASE噪声 行波半导体光放大器 TW－SOA具有极低的端面反射率，通常在0.1%以下:入射信号只能单程放大（行波） 降低端面反射方法：倾斜有源区法、窗面结构。 TW－SOA的增益、增益带宽和噪声特性都可以满足光纤通信的要求，但如下缺点限制着它在光纤通信中的实际应用： 对偏振（亦即极化态）非常敏感。不同的偏振模式，具有不同的增益G，如横电模（TE）和横磁模（TM）的增益差可达5~8 dB (1)法布里-珀罗 ( Fabry-Perot Amplifier, FPA ) 将一般的FP半导体激光器当作光放大器使用。 (2) 行波式光放大器(Travelling-Wave Amplifier, TWA)在Fabry-Perot激光器的两端面上涂上抗反射膜，以获得宽带、高输出、低噪声的放大光。 半导体光放大器的分类 根据光放大器端面反射率和工作偏置条件，将半导体光放大器分为： SOA增益偏振相关性 起因：由于半导体有源层的横截面呈扁长方形，对横向（长方形的宽边方向）和竖向（长方形的窄边方向）的光场约束不同，光场在竖向的衍射泄漏强于横向，因而竖向的光增益弱于横向。因此光信号的偏振方向取横向时的增益大，取竖向时的增益小。 解决方法：采用宽、厚可比拟的有源层设计；使用方法上解决。 相同结构SOA互相垂直并接，在输入端采用偏振分束器将信号分成TE和TM偏振信号,分别输入至相互垂直的SOA，然后将两只SOA放大的TE和TM偏振信号合成，得到与输入光同偏振态的放大信号。 输入光信号往返两次通过同一SOA，但反向通过前，采用法拉第旋转器使返回光旋转900第二次放大后，用耦合器取出输出光信号。 相同结构SOA互相垂直串接，所得增益将与偏振无关 五、 几种新型放大器 掺铥光纤放大器 波导放大器 光子晶体光纤放大器 TDFA的能级泵浦图 掺铥光纤放大器 第一级泵浦通过基态吸收将Tm3+由基态泵浦到3H4能级，并由于多量子驰豫衰减到亚稳态3F4 第二级泵浦将Tm3+从能级3F4泵浦到3H4。 第二级泵浦减少了3F4能级的粒子数，同时增加了3H4的粒子数，从而实现了粒子数反转。 利用TDFA和EDFA进行三波段超宽带DWDM传输实验系统 掺铥光纤放大器 TDFA的主要应用是DWDM系统，它的研制成功，可以和EDFA进行多波段合波的传输，从而解决了通信容量的问题。 * * * 第4部分 光放大器 光纤通信系统 一、 光放大器基本概述 常规的光电混合中继器放大光信号时，需要进行光电转换、电放大、再定时、脉冲整形以及电光转换，这种方式已经满足不了现代通信传输的要求。 提供光信号增益，以补偿光信号在通路中的传输衰减，增大系统的无中继传输距离。 z=0 z=L 衰减 光放大器 光放大器的作用 半导体光放大器（SOA） 利用半导体制作的半导体光放大器（SOA） 小型化，容易与其他半导体器件集成;性能与光偏振方向有关，器件与光纤的耦合损耗大 光纤放大器(OFA) 利用稀土掺杂的光纤放大器（EDFA、PDFA） 利用光纤非线性效应制作的非线性光纤放大器（FRA、FBA） 性能与光偏振方向无关，器件与光纤的耦合损耗很小 光放大器的分类 几种光放大器的比较 差 大 很难 差 100?m~1mm 电 粒子数反转 半导体光放大器 好 大 容易 好 数千米 光 光学非线性效应 非线性效应光纤放大器 好 无 容易 好 数米到数十米 光 粒子数反转 掺稀土光纤放大器 稳定性 与光偏振关系 与光纤耦合 噪声特性 工作长度 激励方式 原理 放大器类型 电流 输入光信号 输出光信号 输出光信号 掺杂光纤 输入光信号 泵浦光 波分复用器 输出光信号 纯石英光纤 输入光信号 泵浦光 波分复用器 （a）半导体光放大器 （b）掺杂光纤放大器 （c）受激散射光纤放大器 光放大器的基本工作原理 在泵浦能量（电或光）的作用下，实现粒子数反转（非线性光纤放大器除外），然后通过受激辐射实现对入射光的放大。 光放大器是基于受激辐射或受激散射原理实现入射光信号放大的一种器件。其机制与激光器完全相同。实际上，光放大器在结构上是一个没有反馈或反馈较小的激光器。 光放大器的参数 增益: 指信号放大的倍数 增益饱和:增益饱和是放大器放大能力的一种限制因素，接近饱和时，增益成非线性，达到饱和后，信号便无法再放大。 噪声指数:用来量化经放大器后的信噪比比劣化指标。 光放大器之增益频谱和带宽 增益G是描述光放大器对信号放大能力的参数。定义为： 输出信号光功率 输入信号光功率 G与光放大器的泵浦功率、掺杂光纤的参数和输入光信号关系。 G(?)与g(?)间存在指数依存关系。当?=?0时，放大器的增益G(?)和增益系数g(?)均达到最大。 L