半导体光放大器SOApn.ppt

级联EDFA系统的OSNR 在线放大器增益控制 在长距离光纤传输系统中，光缆中损耗的变化或者前置光 放大器功能减弱会引起链路功率发生波动。此时，保持在线放 大的输出功率不变是非常必要的。 自动补偿这种变化的一 个办法就是使放大器工作在 增益饱和区。当输入功率减 小时，增益变大；当输入功 率增加时，增益变小；由此 来保持输出的功率不变。 前置放大器 前置放大器用来提高由于热噪声限制的直接检测接收机的灵敏度。定义 Smin和 S*min分别为没有和有前置放大器时所要求的最小光功率，二者的比值即为检测灵敏度的改善量： 其中N为接收机噪声电功率，N*为光前置放大器中由ASE引入的噪声 多信道应用 SOA中的非线性效应严重，易产生信道间干扰，不宜使用 EDFA的优势：经过补偿和处理，EDFA可在1530 – 1600 nm波长范围提供平坦增益，使各个信道保持相近的信噪比 11.6 波长变换器：SOA的应用 基于SOA交叉增益调制的波长变换 优点：可以对40 Gb/s的信号进行波长转变换 对信号的偏振不敏感 缺点：转换后的信号消光比不高 转换后的信号与转换前的信号反相 由于载流子的自发辐射造成S/N的恶化 转换后信号的相位信息由于频率的啁啾而丢失 基于SOA交叉相位调制的波长变换 信号光为0时，CW 光上下臂的相位差 为0，CW光由上臂 输出。 信号光为1时，CW 光上下臂的相位差 为p，CW光由下臂 输出。 优点：可以对80 Gb/s的信号进行波长转变换 对信号的偏振不敏感 缺点：只能对单一波长进行波长转换 基于四波混频的波长变换 优点：真正的全光波长转换 缺点：随着转换波长范围的扩 大，转换效率迅速降低 f1: signal f2: CW 2f1-f2: signal 2f2-f1: signal E2f1-f2 ? Ef1?Ef2 E2f2-f1 ? Ef1?Ef2 2f1-f2 2f2-f1 作业 11.14 * 2 * * 4 * 5 * * * * 7 * 7 nsp粒子数反转因子，F是光放大器的噪声系数 * 7 nsp粒子数反转因子，F是光放大器的噪声系数 * 8 * 8 SOA有较强的非线性，会导致信号的啁啾和畸变 * 9 BO为EDFA之后的光滤波器带宽 * 12 功率变化不加控制会被逐级放大终致接收机烧毁 * 10 补偿的手段如采用增益补偿光栅 * 13 * 13 * 13 * 13 第十一章 光放大器 主要内容 光放大器概述 半导体光放大器结构及其增益 掺铒光纤放大器结构及其增益 放大器噪声 光放大器的系统应用 光放大器的重要性 影响：光放大器最重要的意义在于促使波分复用技术 (WDM) 走向实用化、促进了光接入网的实用化 历史：以1989年诞生的掺铒光纤放大器 (Erbium Doped Fiber Amplifier, EDFA) 代表的全光放大技术是光纤通信技 术上的一次革命 动机：解决电中继器设备复杂、维护难、成本高的问题 David Payne 11.1 光放大器的基本应用和类型 在线光放大：用于不需要光再生只需要简单放大的场合 前置光放大：用于提高接收机的灵敏度 功率放大：增加发送功率，从而增加光纤中继距离、补偿插入 损耗和功率分配损耗 (如PON中) 放大器的类型 1.半导体激光放大器 (SOA) 结构大体上与激光二极管 (Laser Diode, LD) 相同 2.掺杂光纤放大器 (DFA) 利用稀土金属离子 (铒) 作为激活工作物质的一种放大器 光放大器的工作原理 光放大器与激光器的唯一区别就是光放大器没有正反馈机制 (2) 受激辐射 (1) 能量注入 主要内容 光放大器概述 半导体光放大器结构及其增益 掺铒光纤放大器结构及其增益 放大器噪声 光放大器的系统应用 11.2 半导体光放大器 (SOA) p n 外加正向偏压实现结区粒子数反转 外部光照导致受激辐射，信号光被放大 内部的自发辐射产生自发辐射噪声(ASE)，它也会被放大 没有谐振腔的选择，SOA将同时输出 放大的光信号和自发辐射噪声 SOA的分类 容易制作，但光信号增益对放大器温度及入射光频率变化都很敏感 带宽宽、饱和功率高以及偏振灵明度低，因此使用更为广泛 SOA的增益系数 g0最大增益系数，Psig(z)z点信号光功率，Psat放大器饱和功率 点z处的增益系数： g0：只有1个光子入射，该光子至多可以被放大100倍 gsat：有2个光子入射，该