光纤的非线性效应.PPT

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光纤的非线性效应

3. EDFA的结构与工作原理 (1)EDFA的基本结构组成 掺铒光纤(EDF)、泵浦光源、耦合器、隔离器、滤波器等。 (2)EDFA 3种不同的结构方式(泵浦方式) 同向泵浦方式、反向泵浦方式、双向泵浦方式。 (3) EDFA的工作原理 在泵浦光的作用下,使EDF出现粒子数反转分布,在信号光的激励下产生受激辐射使光信号得到放大。 工作能级:E1,E2,E3. 泵浦源选择:980nm和1480nm。 波长选取原则:泵浦效率高。 两种泵浦波长比较: 980nm属三能级系统,增益高,泵浦效率高,噪小。 1480 nm二能级系统,可单模传输,可用单模光纤制作定 向耦合器实现信号光与泵浦光低损耗耦合。 4.EDFA的噪声和性能指标 (1)放大器的噪声 主要为自发辐射。 (2)EDFA的性能指标 净增益或增益反映信号光经过光纤放大器后得到了多大加强。 (2)增益系数 指从泵浦光源输入1?mW泵浦光功率通过光纤放大器所能获得的增益,其单位为dB/mW。 增益和增益系数的区别在于:增益主要是针对输入信号光而言,而增益系数主要是针对输入泵浦光而言 (3)饱和输出功率 光纤放大器的增益降低到它的最大增益一半时的输出功率。 EDFA输出光与输入光关系 EDFA增益与输出光功率关系 5.DWDM系统对EDFA的要求 增益平坦 增益动态调节和锁定技术 光浪涌问题 级联数为8~10个 安全措施-自动功能切断(APSD) 6. EDFA的应用 前置放大器:补偿分波器的插入损耗,提该接收机灵敏度。 功率放大器:补偿合波器的插入损耗,提高入纤光功率。 线路放大器:实现对光信号在光纤传输过程中的损耗和 色散的补偿,延长通信距离,实现全波道光放大。 本地网的节点放大器:补偿线路损耗,提高节点的分配光功率。 6.4 光纤光缆技术 1.光纤的非线性效应概述 在高码速、大光功率传输时,光纤开始呈现非线性传输特性。 光纤非线性效应可以引起传输信号的附加损耗、信道之间的串话、信号频率的移动等; 利用非线性效应可以开发出新型的光学器件,如激光器、放大器、调制器等。 利用非线性效应可以克服色散的影响,实现高码速、长距离传输。 6.4.1 光纤的非线性效应 2.什么是光纤的非线性效应 当介质受到强光场的作用时,介质产生极化;极化后的介质内出现了偶极子,偶极子能辐射出相应频率的电磁波。这种感生的辐射场叠加到原入射场后,便是介质内的总光场。介质特性的改变又反过来影响了光场。 产生极化强度的矢量场与电场强度的关系为: P=?0?E+2?(2)E2+4?(3)E3+… ?称为介质的电极化率,?(2)称为二阶非线性系数, ?(3)称为三阶非线性系数,?0为自由空间的介电常数,E为电场强度,P为电极化后光场强度 光纤中主要讨论三阶非线性效应 6.4.2 非线性效应的影响 1.弹性非线性效应对折射率的影响 折射指数对光强度的依赖特性引起多种非线性效应,其中影响较大的是自相位调制和交叉相位调制。 自相位调制是指传输过程中光脉冲由于自身引起相位变化,导致光脉冲频谱展宽的现象。 交叉相位调制是指光纤中某一波长的光场E1由同时传输的另一个不同波长的光场E2所引起的非线性相移 。 自相位调制和交叉相位调制共同作用改变DWDM系统中各波道光场的相位,使光信号频谱展宽,降低传输容量。 2.受激非弹性散射效应 (1)受激拉曼散射 设入射光的频率为?1,介质的分子振动频率为?v,则散射光的频率为?s=?1??v和?as=?1+?v。所产生的频率为?s的散射光叫做斯托克斯(Stokes)波,频率为?as的散射光叫做反斯托克斯波。 对DWDM通信的影响:限制了通路;造成各波道增益不平衡;引起系统中各信道之间的串扰。 利用受激拉曼散射效应可以制造光纤拉曼激光器和光纤拉曼放大器。 (2)受激布里渊散射 入射的频率为?1的泵浦波将一部分能量转移给频率为?s的斯托克斯波,并发出频率为?的声波,即?=?1-?s。 布里渊散射阈值很低。光信号一旦达到布里渊散射阈值,大部分能量将变成反向传输的斯托克斯散射,反向传输的斯托克斯光将反馈给激光器,使其工作不稳定。 有利的应用:利用低阈值特性,可以反向注入连续泵浦光,实现光信号的放大,以补偿传输损耗、延长通信距离;在接收端反向注入泵浦光,产生光的放大,可提高接收机灵敏度;利用布里渊?增益频谱较窄特性,可作为选频放大器或可调窄带滤波器。 3.四波混频 四波混频(FWM)效应是三阶电极化率?(3)参与的三阶参量过程,是非线性介质对多个波同时传输时的一种响应现象。 不利影响:产生串话引起干扰;限制波道复用的数量。 有利应用:可产生新的频率光波,也可用来进行波长转换。 4.非线性和色散的共同影响 纤非线性

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