光放大器完整版本.pptVIP

第五章光放大器光放大器一般特性半导体光放大器EDFA放大器光纤拉曼放大器在长距离光纤传输系统中，当光信号沿光纤传播一定的距离后，必须利用中继器对已衰减了的光信号进行放大；为了延长传输距离，需增强注入光纤的光功率；为了提高接收机的灵敏度，可在光信号进入接收机前进行放大等。这些功能的实现都需要放大器。在光放大器研制成功之前，主要采用光电混合中继器（或称再生器）放大光信号。首先将光纤中送来的光信号转换为电信号，然后对电信号进行放大，最后再将放大了的电信号转换为光信号送到光纤中去，如图所示。三种类型再生器只有放大和均衡功能的1R再生器，用于模拟信号的传输;2R再生器，即在1R的基础上加上数字信号处理(如整形(Reshaping))的再生器；3R再生器，即在2R的基础上再增加重新定时与判决功能（Retiming）的再生器。尽管这种方式对于单个波长且数据速率不太高的通信很适用，但对于高速率的多个波长系统显然是相当复杂的，每一波长就需一个再生器，如有N个波长就需要N个这样的再生器，造价是相当高的。另一方面，对于很高的数据速率，电放大器的实现难度很大。全光放大器因此，人们试图对光信号直接放大，如果这种放大的带宽较宽，则可以同时对多个波长进行放大，因而只需一个放大器即可。人们经过很大的努力，终于研制成功了，它可同时对多个波长进行放大。光放大器从功能上来看属于1R再生器。光放大器分类(1)半导体光放大器(SOA，SemiconductorOpticalAmplifier)；(2)掺稀土元素(饵、铷Rd等)的光纤放大器，主要是掺饵光纤放大器(EDFA)；(3)非线性光纤放大器，主要是光纤喇曼放大器(FRA，FiberRamanAmplifier)。半导体光放大器(SOA)SOA的基本结构如下图，它基本上是偏置在略低于阈值电流的LD。被放大的信号从一端输入，在有源区放大后从另一端输出。通常LD芯片两端面的反射系数为R1＝R2＝0.3左右；但对SOA，两端面一般要增透(AR)镀膜以降低反射系数，一方面可增大增益带宽，另一方面可减小偏置电流、温度和输入信号偏振态等的脉动对增益特性的影响。掺饵光纤放大器(EDFA)石英光纤掺稀土元素(如Nd、Er等)后可构成多能级的激光系统，在泵浦光作用下使输入信号光直接放大。提供合适的反馈后则构成光纤激光器。掺Nd光纤放大器的工作波长为1060nm及1330nm，由于偏离光纤通信最佳窗口及其他一些原因，其发展及应用受到限制。EDFA及PDFA的工作波长分别处于光纤通信的最低损耗(1550nm)及零色散波长(1300nm)窗口，非常适合于光纤通信系统应用。尤其是EDFA，发展最为迅速，已实用化。EDFA的主要优点是增益高、带宽大、输出功率高、泵浦效率高、插入损耗低、对偏振态不敏感等。光纤喇曼放大器(FRA)FRA的工作基于石英光纤在合适波长的强光泵浦下的三阶非线性效应－受激喇曼散射。光信号沿光纤与泵光一起传输(同向或反向均可)时把信号光放大。这是一种分布放大。FRA具有频带宽、增益高、输出功率大、噪声低、响应快与系统连接方便等优点。但它的泵浦效率低,需很大的泵浦光功率。光放大器工作特性1增益和带宽2增益饱和与饱和输出功率3噪声特性光放大器存在的问题增益光放大器通过受激发射对入射光信号进行放大，其机理与激光器相同。任何有源光学媒质，在电或光的泵浦下，达到粒子数反转时就产生光增益，实现光放大。光增益的大小不仅与入射光频率(波长)有关，而且与放大器内部任一点的光强有关，即光增益与频率及强度的关系决定于放大器增益媒质的特性。增益带宽定义为g下降到最大值的一半处的全宽（FWHM）放大器带宽放大器带宽为放大器增益下降到最大值一半处的全宽。增益饱和什么是增益饱和？饱和输出功率噪声光场噪声强度/光电流噪声光场噪声光场噪声指由光谱分析仪（OSA）测量出的光噪声谱，如光放大器中输出的ASE(放大的自发辐射)噪声是这种噪声的主要部分。强度/光电流噪声噪声特性放大器的噪声系数NFASE在光放大器中，信号被放大的同时，自发发射光也与信号一起被放大，称为放大的自发发射，其频带很宽，可占据整个增益带宽。存在问题1放大器带宽内增益谱不平坦影响多信道放大性能；2光放大器级联应用时，ASE噪声、光纤色散及非线性效应的影响会累积。光放大器的应用在光纤通信系统中，光放大器既可作为发送机的功率提升放大器以提高发送功率，也可作接收机的前置放大器以提高接收灵敏度，亦可代替传统的光—电—光中继器，延长传输距离，实现全光通信。光放大器在干线光纤通信系统中的应