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光纤课件

光放大器概述 光放大器在现代光纤通信系统中的应用 光纤通信中用光纤来传输光信号。光纤的中继距离受限于光纤的损耗和色散。就损耗而言,目前光纤损耗典型值在1.31μm波段为0.35dB/km左右,在1.55μm波段为0.25dB/km左右。 以1989年诞生的掺铒光纤放大器(Erbium Doped Fiber Amplifier,EDFA)代表的光放大器技术可以说是光纤通信技术上的一次革命。 光放大器在光纤通信系统目前最重要的应用就是促使了波分复用技术(Wavelength Division Multiplexing,WDM)走向实用化。 光放大器还将促进光孤子通信技术的实用化。光孤子通信是利用光纤的非线性来补偿光纤的色散作用的一种新型通信方式。 光放大器的发展史 光放大器的发展最早可追溯到1923年A·斯梅卡尔预示的自发喇曼散射。1928年印度加尔各答大学的喇曼观测到自发喇曼效应。 光放大器的分类 光放大器按原理不同大体上有三种类型。 (1) 掺杂光纤放大器,就是利用稀土金属离子作为激光工作物质的一种放大器。 (2) 传输光纤放大器,其中有受激喇曼散射(Stimulated Raman Scattering,SRS)光纤放大器、受激布里渊散射(Stimulated Brilliouin Scattering,SBS)光纤放大器和利用四波混频效应(FWM)的光放大器等。 (3) 半导体激光放大器。其结构大体上与激光二极管(Laser Diode,LD)相同。 这几种类型的光放大器的工作原理和激励方式各不相同。 EDFA基本结构 EDFA的内部按泵浦方式分,有三种基本的结构:即同向泵浦、反向泵浦和双向泵浦。 同向泵浦 信号光与泵浦光以同一方向从掺铒光纤的输入端注入的结构,也称为前向泵浦。 反向泵浦 信号光与泵浦光从两个不同方向注入进掺铒光纤的结构,也称后向泵浦。 双向泵浦 同向泵浦和反向泵浦同时泵浦的结构。 三种不同泵浦方式EDFA结构 掺铒光纤放大器的优缺点 EDFA之所以得到迅速的发展,源于它的一系列优点。 (1) 工作波长与光纤最小损耗窗口一致,可在光纤通信中获得广泛应用。  (2) 耦合效率高。因为是光纤型放大器,易于光纤耦合连接,也可用熔接技术与传输光纤熔接在一起,损耗可降至0.1dB,这样的熔接反射损耗也很小,不易自激。 (3) 能量转换效率高。激光工作物质集中在光纤芯子,且集中在光纤芯子中的近轴部分,而信号光和泵浦光也是在近轴部分最强,这使得光与物质作用很充分。  (4) 增益高,噪声低。输出功率大,增益可达40dB,输出功率在单向泵浦时可达14dBm,双向泵浦时可达17dBm,甚至可达20dBm,充分泵浦时,噪声系数可低至3~4dB,串话也很小。 (5) 增益特性不敏感。首先是EDFA增益对温度不敏感,在100°C内增益特性保持稳定,另外,增益也与偏振无关。  (6) 可实现信号的透明传输,即在波分复用系统中可同时传输模拟信号和数字信号,高速率信号和低速率信号,系统扩容时,可只改动端机而不改动线路。 EDFA也有固有的缺点: (1) 波长固定,只能放大1.55μm左右的光波,换用不同基质的光纤时,铒离子能级也只能发生很小的变化,可调节的波长有限,只能换用其他元素; (2) 增益带宽不平坦,在WDM系统中需要采用特殊的手段来进行增益谱补偿。 7.4 光孤子通信技术 7.5 相干光通信技术 * * 7.1 光纤放大器 7.2 光波分复用技术 7.3 光交换技术 7.4 光孤子通信 7.5 相干光通信技术 7.6 光时分复用技术 7.7 波长变换技术 第 7 章 光纤通信新技术 返回主目录 7.1 光纤放大器 1.光孤子通信技术的起源 孤子(Soliton)又称孤立波,是一种特殊形式的超短脉冲,或者说是一种在传播过程中形状、幅度和速度都维持不变的脉冲状行波。有人把孤子定义为:孤子与其他同类孤立波相遇后,能维持其幅度、形状和速度不变。 1834年英国海军工程师Scott Russel观察到河面上船过后隆起的水波可以保形传输,从此揭开了孤子理论的研究序幕。 1973年,Hasegawa与Tappert一起从理论上证明了光孤子脉冲能在光纤中保形传输这一现象,这种发现诱发了人们将光孤子作为一种信息载体用于高速通信的遐想。 2.光孤子通信技术的基本原理 光孤子(Optical Soliton)就是一种具有双曲正割形状的光脉冲,这种脉冲在光纤中传输是利用光纤的群速度色散(GVD)和非线性作用中的自

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