光放大器综述课件.pptVIP

光纤通信技术第六章光放大器王建萍jpwang@tsinghua.edu.cn信息光电子研究所清华大学电子工程系

第六章光放大器6.1光放大器概述6.2掺铒光纤放大器EDFA6.3半导体光放大器SOA6.4光纤拉曼放大器FRA

6.1光放大器概述光放大器的出现，可视为光纤通信发展史上的重nn要里程碑。光放大器出现之前，光纤通信的中继器采用光－电－光(O-E-O)变换方式。装置复杂、耗能多、不能同时放大多个波长信道，在WDM系统中复杂性和成本倍增，可实现1R、2R、3R中继n光放大器（O-O）n多波长放大、低成本，只能实现1R中继n

光放大器的原理光放大器的功能：提供光信号增益，以补偿光信号在通路中的传输衰减，增大系统的无中继传输距离。nnn在泵浦能量（电或光）的作用下，实现粒子数反转（非线性光纤放大器除外），然后通过受激辐射实现对入射光的放大。光放大器是基于受激辐射或受激散射原理实现入射光信号放大的一种器件。其机制与激光器完全相同。实际上，光放大器在结构上是一个没有反馈或反馈较小的激光器。

光放大器的类型利用稀土掺杂的光纤放大器（EDFA、PDFA）n利用半导体制作的半导体光放大器（SOA）nn利用光纤非线性效应制作的非线性光纤放大器（FRA、FBA）

几种光放大器的比较放大器原理激励工作长噪声与光与光稳类型方式度特性纤耦偏振定合关系性掺稀土光粒子数反光数米到好容易无好纤放大器转数十米半导体光粒子数反电100?m~差很难大差放大器转1mm光纤(喇光学非线光数千米好容易大好曼)放大性(喇曼)器效应

光放大器的应用线路放大(In-line)：周期性补偿各段光纤损耗功率放大(Boost)：增加入纤功率,延长传输距离前置预放大(Pre-Amplify):提高接收灵敏度局域网的功率放大器：补偿分配损耗，增大网络节点数

研究新热点展宽带宽：C-band40nm,L-band再加40nm；nn均衡功能：针对点对点系统的增益均衡，针对全光网的功率均衡；监控管理功能：在线放大器，全光网路由改变；动态响应特性；nnn其它波段的光纤放大器，如Raman放大器。

第六章光放大器6.1光放大器概述6.2掺铒光纤放大器EDFA6.3半导体光放大器SOA6.4光纤拉曼放大器FRA

6.2掺铒光纤放大器EDFA掺杂光纤放大器利用掺入石英光纤的稀土离子作为增益介质，在泵浦光的激发下实现光信号的放大，放大器的特性主要由掺杂元素决定。n工作波长为1550nm的铒(Er)掺杂光纤放大器(EDFA)工作波长为1300nm的镨(Pr)掺杂光纤放大器(PDFA)工作波长为1400nm的铥(Tm)掺杂光纤放大器(TDFA)目前，EDFA最为成熟，是光纤通信系统必备器件。nnnn

掺铒光纤放大器给光纤通信领域带来的革命EDFA解决了系统容量提高的最大的限制——光损耗n补偿了光纤本身的损耗，使长距离传输成为可能nn大大增加了功率预算的冗余，系统中引入各种新型光器件成为可能支持了最有效的增加光通信容量的方式-WDM推动了全光网络的研究开发热潮nn

为什么要用掺铒光纤放大器工作频带正处于光纤损耗最低处(1525-1565nm)；频带宽，可以对多路信号同时放大-波分复用；对数据率/格式透明，系统升级成本低；nnnn增益高(40dB)、输出功率大(~30dBm)、噪声低(4~5dB)；全光纤结构，与光纤系统兼容；增益与信号偏振态无关，故稳定性好；所需的泵浦功率低(数十毫瓦)。nnn

EDFA的工作原理EDFA采用掺铒离子单模光纤为增益介质，在泵浦光作用下产生粒子数反转，在信号光诱导下实现受激辐射放大。nInputsignalAmplified1530nm-1570nmoutputsignal980nmor1480nmPowerlaser(Pump)Fibercontainingerbiumdopant信号光与波长较其为短的光波(泵浦光)同沿光纤传输，泵浦光的能量被光纤中的稀土元素离子吸收而使其跃迁至更高能级，并可通过能级间的受激发射转移为信号光的能量。信号光沿光纤长度得到放大，泵浦光沿光纤长度不断衰减。

EDFA中的Er3+能级结构泵浦波长可以是520、650、800、980、1480nmnn波长短于980nm的泵浦效率低，因而通常采用980和1480nm泵浦。铒离子简化能级示意图泵浦能带快速非辐射跃迁亚稳态能带吸收泵浦光产生噪声自发辐射光放大受激辐射受激吸收980nm1480nm1550nm基态能带

掺铒光纤放大器的基本结构掺铒光纤：当一定的泵浦光注入到掺铒光纤中时，Er3+从低能级被激发到高能级上，由于在高能级上的寿命很短，很快以非辐射跃迁形式到较低能级上，并在该能