[信息与通信]掺铒光纤放大器及其在光纤系统中的应用 - 刘小明 - 清华大学.ppt

掺铒光纤放大器及其在光纤系统中的应用 刘小明 清华大学电子工程系 2001.4 主要内容 光通信技术的发展历程（代前言） 光通信技术的发展历程— 扩大容量，增长距离 光纤通信的容量有多大 光纤中光信号能传多远 光纤中光信号能传多远 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 高灵敏度接收方法的比较 前置放大器对提高接收灵敏度的作用 光纤放大器研究的新热点 掺铒光纤放大器基础 什么是光放大 什么是光放大 掺铒光纤放大器的基本工作原理(1) 掺铒光纤放大器的基本工作原理(2) 掺铒光纤放大器的基本结构（1） 掺铒光纤放大器的基本结构（2） 掺铒光纤放大器的基本理论模型(1) 掺铒光纤放大器的基本理论模型(2) 掺铒光纤放大器的基本理论模型(3) 掺铒光纤放大器的基本理论模型(4) 掺铒光纤放大器的基本工作特性 结构参量优化—增益与泵浦功率及光纤长度 结构参量优化—长光纤与短光纤放大器的比较 高性能掺铒光纤放大器 高性能掺铒光纤放大器 单段放大器和两段级联放大器的性能比较 动态增益均衡掺铒光纤放大器 WDM系统的动态失衡问题 WDM+EDFA系统的均衡技术 WDM+EDFA系统的均衡技术—立足EDFA 动态增益均衡光纤放大器的技术要求 均衡EDFA的工作原理（1）— 增益锁定 均衡EDFA的工作原理（1）— 增益锁定 激光放大器锁定工作的物理机制 均衡EDFA的工作原理（2）— 增益谱平坦 实现动态增益均衡EDFA的基本原理 实现动态增益均衡EDFA的基本原理 动态均衡EDFA的工作特性 WDM系统的动态均衡传输—实验系统 WDM系统的动态均衡传输—动态增益 WDM系统的动态均衡传输—误码特性 功率箝制放大器的概念和应用 输入功率变化的情况下，输出功率尽量保持恒定 链路故障造成损耗增加 网络路由改变引起损耗变化 功率箝制放大器的主要技术指标 动态输入范围：输出功率基本保持恒定时，相应的输入功率范围 箝制功率：输入功率位于箝制范围内时相应的输出功率平均值 单信道功率箝制放大器的基本原理 单信道功率箝制放大器箝制范围的上限 单信道功率箝制放大器箝制范围的下限 使用差异损耗对箝制动态范围的扩展DLL (Differential Lump Loss) 使用差异损耗对箝制动态范围的扩展 其它光纤放大器 其它光纤放大器 长波段（L-band）掺铒光纤放大器 长波段（L-band）掺铒光纤放大器 长波段（L-band）掺铒光纤放大器 喇曼（Raman）光纤放大器在系统中的应用 掺铒光纤放大器及其在系统中的应用 掺铒光纤固有增益谱不平坦及均匀加宽特性： 不同波长的各信道增益不同； 信道间增益竞争，多级级连使用导致“尖峰效应”，又称“自滤波效应” ； 信噪比恶化，超出灵敏度范围； 信道增、减等信号功率起伏引起各信道增益改变，又称信道间交叉窜扰； 信道减少后，功率集中引起光学非线性效应； 增益谱的形状随信号功率而变，在有信道上、下的动态情况下，失衡情况更加严重 系统均衡：着眼于整个系统的控制 信道输入功率预加重； 集总均衡滤波； 必须与系统传输参量的总体配置吻合，不能适应信道上下或其它原因造成的信号功率起伏 声光滤波分路调节； 可用于动态情况，由于采用分信道经过外反馈处理，插入损耗大、结构复杂 立足于EDFA的均衡功能的开发 采用新型宽谱带掺杂光纤： 掺铒氟化物光纤（30nm)； 高掺铝的铒铝共掺光纤（17nm）； 采用与掺杂光纤增益谱反对称的滤波器； 只能适应静态情况的平坦，当信道功率变化时仍不能保持平坦 快速泵浦控制实现增益箝制； 采用选频激射实现增益箝制； 注入辅助信号实现增益箝制； 深饱和状态下对噪声和增益谱特性的影响 动态增益均衡放大器的概念包括： （1）增益谱平坦： 在一定带宽范围内的多路信号同时放大时，各 信道增益相同； （2）增益锁定（自动增益控制）： 信道增、减或某信道功率改变时，对本信道或 其它信道增益没有影响。 要求同时实现平坦锁定 LD Pump In D EDFA Out LD Auxiliary signal In D V EDFA Out 泵浦控制均衡放大器（电控） 注入辅助信号光锁定 特点：光路简单，电路控制灵活性强 激光箝制放大器（光控） 信号输入 信号输出 掺铒光纤 泵浦源 隔离器 隔离器 可调衰减器 可调滤波器 Input Signal WDM EDF Output Signal LD PUMP ISO ISO Grating 1 Grating 2 环形腔结构 光栅F-P腔结构 特点：完全自动， 精确度高 激光稳定振荡的阈值条件：激光波长处的增益等于损耗