EDFA及其应用.ppt

Erbium Doped Fibre Amplifier (EDFA) and Its Applications for WDM Optical Networks 什么是光放大器？ 什么是EDFA（掺铒光纤放大器）？ 通信窗口和铒离子 主要内容 EDFA的基本理论基础 EDFA基本结构 EDFA的特性参数 EDFA的理论模型 EDFA扩展 EDFA设计软件Optiwave的应用 I. 掺铒光纤放大器理论基础 光为什么会放大？ 三种能级跃迁方式 粒子数反转 EDF原理 简化的能级跃迁 铒纤吸收谱 铒离子能级示意图 泵浦波长可以是514、679、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 v.s. 二能级系统 Ⅱ. EDFA 的基本结构 EDFA的基本结构 三种泵浦方式的EDFA 多级泵浦 掺铒光纤放大器的三种应用方式 泵浦功率和光纤长度对增益的影响 EDFA 输出功率 vs. 增益 Ⅲ. EDFA的特性参数 增益平坦 增益系数 增益饱和 Ⅴ. EDFA理论模型-Giles模型 Simplified EDFA Model: Giles模型 两能级系统 均匀展宽 ASE 噪声可忽略 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) Ⅵ. EDFA扩展 掺铒光纤放大器 Er Doped Fiber Amplifier，EDFA 在 EDFA的应用中，需要解决两个问题。 增益的平坦化，增益平坦是指放大器的增益谱要平坦，对需要放大的所有信道提供相同的增益。 增益的自动控制，当光纤中信道数由于故障等原因突然减少时，光放大器的增益会突然增加，形成“浪涌”，使信号强度突然提高，接收机码元判决时会出现错误。 增益钳制技术(1) 电控：监测EDFA的输入光功率，根据其大小调整泵浦功率，从而实现增益钳制，是目前最为成熟的方法。 增益钳制技术(2) 在系统中附加一波长信道，根据其它信道的功率，改变附加波长的功率，而实现增益钳制。 EDFA的大功率化(2) EDFA –超宽带 高性能掺铒光纤放大器 高性能掺铒光纤放大器 VII. EDFA设计软件Optiwave的应用 OptiSystem 7.0和OptiAmplifier 4.0 OptiSystem 7.0 OptiSystem 7.0 OptiSystem 7.0 OptiSystem 7.0 OptiAmplifier 4.0 仿真结果 双向泵浦L-EDFA实验值和理论值比较-1 双向泵浦L-EDFA实验值和理论值比较-2 双向泵浦L-EDFA实验值和理论值比较-3 单双向泵浦和 L-EDFA的性能比较1 单双向泵浦和 L-EDFA的性能比较2 单双向泵浦和 L-EDFA的性能比较3 L-EDFA双向泵浦的ASE增益谱 L-EDFA双向泵浦的ASE增益谱 单双向泵浦 L-EDFA的输入功率和增益 单双向泵浦 L-EDFA的输入功率和噪声系数 OptiAmplifier 4.0 单和双向泵浦L-EDFA 增益和泵浦功率 单向和双向泵浦的噪声系数和泵浦功率 (输入信号功率= -30dBm) OptiAmplifier 4.0 速率方程和传输方程变为： 在稳态情况下： 其中，定义饱和参数 和饱和光强的关系： 增益： 增益的大小和谱分布由粒子数反转水平及掺铒光纤长度决定 噪声系数： 当泵浦充分 ，且G1时， 噪声系数达到极限 3dB. EDFA的主要优点有： ? 工作波长正好落在光纤通信最佳波段(1500～1600 nm)； 其主体是一段光纤(EDF)，与传输光纤的耦合损耗很小， 可达0.1 dB。 ? 增益高，约为30～40 dB; 饱和输出光功率大， 约为10～15 dBm； 增益特性与光偏振状态无关。 ? 噪声指数小， 一般为4～7 dB； 用于多信道传输时， 隔离度大，无串扰，适用于波分复用系统。 ? 频带宽，在1550 nm窗口，频带宽度为20～40 nm， 可进行多信道传输，有利于增加传输容量。 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。 1. 滤波器均衡： 采用透射谱与掺杂光纤增益谱反对称的滤波器使增益平坦, 如：薄膜滤波、紫外写入长周期光纤光栅、周期调制的双芯光纤等。 只能实现静态增益谱的平坦，在信道功率突变时增益谱仍会发生