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光纤通信技术第八章 第八章 光放大器 8.1 光放大器概述 8.2 掺铒光纤放大器EDFA 8.3 半导体光放大器SOA 8.4 光纤拉曼放大器FRA 8.1 光放大器概述 光放大器的出现，可视为光纤通信发展史上的重要里程碑。 光放大器出现之前，光纤通信的中继器采用光－电－光(O-E-O)变换方式。 装置复杂、耗能多、不能同时放大多个波长信道，在WDM系统中复杂性和成本倍增，可实现1R、2R、3R中继 光放大器（O-O） 多波长放大、低成本，只能实现1R中继 光放大器的原理 光放大器的功能：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。 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。 光放大器的类型 利用稀土掺杂的光纤放大器（EDFA、PDFA） 利用半导体制作的半导体光放大器（SOA） 利用光纤非线性效应制作的非线性光纤放大器（FRA、FBA） 几种光放大器的比较 光放大器的应用 研究新热点 展宽带宽：C-band 40nm, L-band 再加40nm； 均衡功能：针对点对点系统的增益均衡，针对全光网的功率均衡； 监控管理功能：在线放大器，全光网路由改变； 动态响应特性； 其它波段的光纤放大器，如Raman放大器。 第八章 光放大器 8.1 光放大器概述 8.2 掺铒光纤放大器EDFA 8.3 半导体光放大器SOA 8.4 光纤拉曼放大器FRA 8.2 掺铒光纤放大器EDFA 掺杂光纤放大器利用掺入石英光纤的稀土离子作为增益介质，在泵浦光的激发下实现光信号的放大，放大器的特性主要由掺杂元素决定。 工作波长为1550nm的铒(Er)掺杂光纤放大器(EDFA) 工作波长为1300nm的镨(Pr)掺杂光纤放大器(PDFA) 工作波长为1400nm的铥(Tm)掺杂光纤放大器(TDFA) 目前，EDFA最为成熟，是光纤通信系统必备器件。 掺铒光纤放大器给光纤通信领域带来的革命 为什么要用掺铒光纤放大器 EDFA的工作原理 EDFA采用掺铒离子单模光纤为增益介质，在泵浦光作用下产生粒子数反转，在信号光诱导下实现受激辐射放大。 EDFA中的Er3+能级结构 泵浦波长可以是520、650、800、980、1480nm 波长短于980nm的泵浦效率低，因而通常采用980和1480nm泵浦。 掺铒光纤放大器的基本结构 三种泵浦方式的EDFA EDFA的工作特性 光放大器的增益 放大器的噪声 EDFA的多信道放大特性 EDFA的大功率化 一、光放大器的增益 增益G是描述光放大器对信号放大能力的参数。定义为： G与光放大器的泵浦功率、掺杂光纤的参数和输入光信号有很复杂的关系。 小信号增益随泵浦功率而变的曲线 二、放大器的噪声 所有光放大器在放大过程中都会把自发辐射（或散射）叠加到信号光上，导致被放大信号的信噪比（SNR）下降，其降低程度通常用噪声指数Fn来表示，其定义为： 主要噪声源：放大的自发辐射噪声（ASE），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。 ASE噪声 ASE噪声近似为白噪声，噪声功率谱密度为： ASE噪声 三、 EDFA的多信道放大特性 EDFA的增益恢复时间?g~10ms(SOA的?g=0.1~1ns),其增益不能响应调制信号的快速变化，不存在增益调制，四波混频效应也很小，所以在多信道放大中不引入信道间串扰(SOA则不然)，是其能够用于多信道放大的关键所在。 EDFA对信道的插入、分出或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。 多信道放大中存在的其它问题： 增益平坦 增益钳制 高的输出功率 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。 增益钳制技术(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。 EDFA的大功率化(2) 第八章 光放大器 8.1 光放大器概述 8.2 掺铒光纤放大器EDFA 8.3 半导体光放大器SOA 8.4 光纤拉曼放大器FRA 8.3 半导体光放大器SOA 行波半导体光放大器 TW－SOA与FP－SOA的区别在于端面的反射率大小， TW－SOA具有极低的端面反射率，通常在0.1%以下。 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