光纤通走信-7.ppt

WDM光-电-光转换再生中继器结构 通信设备复杂，系统的稳定性和可靠性不高，传输容量受到一定的限制。 7.1 光 纤 放 大 器 掺铒光纤放大器（EDFA）结构 泵浦光是如何将能量转移给信号的 为了提高放大器的增益，应尽可能使基态铒离子激发到激发态能级 E3。 从以上分析可知，能级 E2 和 E1 之差必须是需要放大信号光的光子能量，而泵浦光的光子能量也必须保证使铒离子从基态 E1 跃迁到激活态 E3。 EDFA的增益特性与泵浦方式及其光纤掺杂剂有关。 可使用多种不同波长的光来泵浦 EDFA，但是 0.98 ?m 和 1.48 ?m的半导体激光泵浦最有效。使用这两种波长的光泵浦 EDFA 时，只用几毫瓦的泵浦功率就可获得高达 30 ~ 40 dB 的放大器增益。 输出信号功率与泵浦功率的关系 由图可见，能量从泵浦光转换成信号光的效率很高，因此EDFA很适合作功率放大器。 泵浦光功率转换为输出信号光功率的效率为 92.6 %，60 mW功率泵浦时，吸收效率为 88 %。[(信号输出功率 ? 信号输入功率) / 泵浦功率] 小信号增益与泵浦功率的关系 小信号增益和泵浦功率的关系 对于给定的放大器长度L，放大器增益最初随泵浦功率按指数函数增加，但是当泵浦功率超过一定值后，增益的增加就减小 小信号增益和光纤长度的关系 对于给定的泵浦功率，放大器的最大增益对应一个最佳光纤长度，并且当超过这个最佳值后很快降低。 其原因是铒光纤的剩余部分没有被泵浦，反而吸收了已放大的信号。 例题 EDFA增益 放大器噪声 光放大器噪声指数 实用EDFA构成 光纤喇曼放大器 掺铒光纤放大器（EDFA）是光纤通信系统中的重要组成部分，目前广泛使用的EDFA，单泵浦增益典型值为17dB，双泵浦的为35dB，噪声系数一般为5?7dB，带宽为30nm，在带宽内的增益偏差为1dB。 但是EDFA只能工作在1530~1564nm之间的C波段，为了满足全波光纤工作窗口宽的需要，科学家们在寻求一种能够与全波光纤工作窗口相匹配的光放大器，这就是光纤喇曼放大器。 光纤分布式喇曼放大器（DRA）构成-----后向泵浦 可以采用前向泵浦,也可以采用后向泵浦，因后向泵浦减小了泵浦光和信号光相互作用的长度，从而也就减小了泵浦噪声对信号的影响，所以通常采用后向泵浦。 DRA工作原理 增益介质：系统传输光纤。 工作原理：基于非线性光学效应。 如果一个弱信号光与一个强泵浦光同时在一根光纤中传输，并且弱信号光的波长在泵浦光的喇曼增益带宽内，则强泵浦光的能量,通过受激喇曼散射,耦合到光纤硅材料的振荡模中，然后又以较长的波长发射，该波长就是信号光的波长，从而使弱信号光得到放大，获得喇曼增益。 图6.3.3 小信号光在长光纤内的喇曼增益 泵浦功率为200mW时，最大增益值为7.78 dB 泵浦功率为100 mW时，最大增益值为3.6 dB。 在增益峰值附近的增益带宽约为7~8THz。 多波长泵浦增益带宽 增益波长由泵浦光波长决定，选择适当的泵浦光波长，可得到任意波长的信号放大 分布式光纤喇曼放大器的增益频谱是每个波长的泵浦光单独产生的增益频谱叠加的结果，所以它由泵浦光波长的数量和种类决定。 多波长泵浦增益频谱 该图表示6个泵浦波长单独泵浦时，产生的增益频谱和总的增益频谱曲线。 由图可见，当泵浦光波长逐渐向长波长方向移动时，增益曲线峰值也逐渐向长波长方向移动。 喇曼放大技术应用 分布式喇曼放大器不但能够工作在EDFA常使用到的 C 波段（1530 ~ 1564 nm） 而且也能工作在波长较短的 S 波段（1350 ~ 1450 nm）和较长的 L 波段（1564 ~ 1620 nm），完全满足全波光纤对工作窗口的要求。 光放大器应用 用光放大器取代光-电-光中继器，作为在线放大器使用。 插在光发射机之后，来增强光发射机功率，作为功率放大器，可增加传输距离（10~100）km。 在接收机之前，插入一个光放大器，对微弱光信号进行预放大，提高接收机灵敏度，这样的放大器称为前置放大器，也可以用来增加传输距离。 补偿局域网（LAN）的分配损耗。 复习思考题 总 结 总 结 7.2 光波分复用技术 多波长复用频谱图 波分复用系统的光工作波长选择1550nm波长窗口，现在 常用的有4波复用、8波复用、16波复用、32波复用等。 波分复用系统原理 光节点：OADM 光分插复用器（OADM）的结构包括光复用器、光解复用器、分插复用控制单元。来自网络光纤链路进入OADM的光复用信号含有多个各自具有不同波长λ1、λ2、…、λL、…λn，光解复用器将从光的复用信号中选出波长λL的本地的信号，并由OADM下网；同时光复用器单元接纳本地要上路的波长λL的光信号，并将直接旁通的