掺铒光纤放大器EDFA学习剪辑幻灯片.pptx

·掺铒光纤放大器EDFA学习剪辑;目录;原理首页;原理——为什么要进行光放大;原理——光放大器的种类;原理——通信系统中的光放大器;原理——为什么要用掺铒光纤放大器;1、掺铒光纤(EDF) 2. 光耦合器(WDM) 3. 光隔离器(ISO) 4. 光滤波器(Optical Filter) 5. 泵浦源(PumPing Supply) ;掺铒光纤：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上，由于在高能级上的寿命很短，很快以非辐射跃迁形式到较低能级上，并在该能级和低能级间形成粒子数反转分布。 半导体泵浦二极管：为信号放大提供足够的能量，使物质达到粒子数反转。 波分复用耦合器：将信号光和泵浦光合路进入掺铒光纤中。 光隔离器：使光传输具有单向性，放大器不受发射光影响，保证稳定工作。;原理; EDF 是放大器的主体，纤芯中掺有铒元素（Er）。掺有Er3+的石英光 纤具有激光增益特性，铒光纤的光谱性质主要由铒离子和光纤基质决定，铒离子起主导作用，掺Er3+浓度及在纤芯中的分布等对EDFA 的特性有很大影响。 为了在放大带宽内的增益平坦，在EDF 中掺入适量的铝元素，使铒离子在EDF 中分布更均匀，从而获得平坦的宽带增益谱。;原理——铒纤吸收谱;原理——泵浦波长;原理——通信窗口和铒离子;原理——三能级系统 v.s. 二能级系统 ;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。; 三能级系统：;原理——铒离子能级示意图;光耦合器有合波信号光与泵浦光的作用，也称光合波器和波分复用器。是EDFA必不可少的组成部分，它将绝大多数的信号光与泵浦光合路于EDF 中。主要有两种形式：980nm/1550nm 或1480nm/1550nm，一般为光纤熔锥型。要求在上述波长附近插入损耗都小，耦合效率高，耦合频带具有一定的宽度且耦合效率平坦，对偏振不敏感稳定性好！;光隔离器是一种单向光传输器件，对EDFA 工作稳定性至关重要。通常光反射会干扰器件的正常输出，产生诸如强度涨落、频率漂移和噪声增加等不利影响。提高EDFA 稳定性的最有效的方法是进行光隔离。在输入端加光隔离器消除因放大的自发辐射反向传播可能引起的干扰，输出端保护器件免受来自下段可能的逆向反射。同时输入和输出端插入光隔离器也为了防止连接点上反射引起激光振荡，抑制光路中的反射光返回光源侧，从而既保护了光源又使系统工作稳定。要求隔离度在40dB 以上，插入损耗低，与偏振无关。 详细介绍参见学习笔记04 光隔离器; 光滤波器消除被放大的自发辐射光以降低放大器的噪声，提高系统的信噪比（SNR）。一般多采用多层介质膜型带通滤波器，要求通带窄，在1nm 以下。目前应用的光滤波器的带宽为1～3nm。此外，滤波器的中心波长应与信号光波长一致，并且插入损耗要小。;泵浦源为信号放大提供能量，即实现粒子数反转分布。 根据掺铒光纤(EDF)的吸收光谱特性，可以采用不同波长的激光器作为泵源，如：Ar2+激光器（514nm）、倍频YAG（532 nm）、染料激光（665nm）及半导体激光器（807nm、980nm、1480nm）。但由于在807 nm 及小于807 nm 波长处存在强烈的激发态吸收（ESA），泵浦效率较低。若用665nm、514nm 的染料和Ar+激光器泵浦得到25dB以上的增益，需要的入纤泵浦功率大于100mw，且Ar+激光器体积大难以实用化。目前980 nm 和1480 nm 的LD 已商品化，不存在激发态吸收，泵浦效率较高，所以一般采用980nm 和1480nm 的半导体激光器作泵源。;原理——三种泵浦方式的EDFA;原理——泵浦功率和光纤长度对增益的影响;原理—— EDFA 输出功率 vs. 增益;原理—— Giles模型;;原理——掺铒光纤放大器的基本理论模型(2);;原理——掺铒光纤放大器的基本理论模型(4); 掺铒光纤放大器的主要优点 工作波长与单模光纤的最小衰减窗口一致。 耦合效率高。由于是光纤放大器，易与传输光纤耦合连接。 能量转换效率高。掺铒光纤EDF的纤芯比传输光纤小，信号光和泵浦光同时在掺铒光纤EDF 中传播，光能量非常集中。这使得光与增益介质Er离子的作用非常充分，加之适当长度的掺铒光纤，因而光能量的转换效率高。 增益高、噪声指数较低、输出功率大，信道间串扰很低。 增益特性稳定：EDFA对温度不敏感，增益与偏振相关性小。 增益特性与系统比特率和数据格式无关。 ; 掺铒光纤放大器的主要优点 增益波长范围固定：Er离子的能级之间的能级差决定了EDFA的工作波长范围是固定的，只能在15