光纤通信系统 第4版 第6章 光放大器.ppt

EDFA的应用形式6.3光纤拉曼放大器FRA6.3.1FRA工作原理FRA对光信号的放大主要是利用了受激拉曼散射（SRS）效应。在非线性介质中，SRS效应造成入射光的一部分功率转移到频率较低的另一个光束上，频率下移量由介质的振动模式决定。量子力学中将SRS效应过程描述为入射光波的一个光子被一个分子散射成为另一个低频光子，同时分子完成振动态之间的跃迁，入射光作为泵浦光产生称为斯托克斯波的频移光。6.3.2FRA结构光纤拉曼放大器的基本结构如下所示，其在输入端和输出端各有一个隔离器，目的是使信号光单向传输。泵浦激光器用于提供能量，主要有三种方案：一是大功率半导体激光器（LD）及其组合，二是Raman光纤激光器（RFL），三是半导体泵浦固体激光器（DPSSL）。比较三者而言，LD的特点是工作稳定、与光纤耦合效率高、体积小、易集成等，而后两者由于存在稳定性及与普通常用光纤耦合困难等问题，所以通常选择LD作为FRA的泵浦源。耦合器的作用是把输入光信号和泵浦光耦合进光纤中，通过受激拉曼散射的作用把泵浦光的能量转移到输入信号光中，实现信号光的能量放大。6.3.3FRA特点及应用1）带宽较宽。拉曼放大器的增益谱宽可达40THz，其可用平坦增益范围有30nm，因此拉曼放大器可作为宽带放大器，同时对多个不同波长进行放大；2）设计简单。SRS效应可在任意光纤中发生，即使在普通单模光纤中，也可获得一定增益，因此利用拉曼放大器可在原有光纤基础上直接扩容，可以减少投资，还可以制成分布式拉曼放大器，直接以传输线路作为增益介质；3）低噪声。光纤拉曼放大器具有优良的噪声特性，其自发辐射噪声优于EDFA，附加噪声也很小。4）可以通过灵活排列泵浦光的频率来对信号进行放大。从理论上讲，只要有合适波长的高功率泵浦源，拉曼放大器就可放大任意波长的信号，可充分利用光纤的巨大带宽。6.3.4FRA的噪声特性1.自发辐射噪声自发辐射噪声是由于自发拉曼散射经泵浦光的拉曼放大而产生、覆盖整个拉曼增益谱的背景噪声，包括放大信号注入噪声、ASE注入噪声、信号-ASE自拍频噪声和ASE拍频噪声等。2.串扰噪声拉曼放大器中的串扰噪声可以分为两种：一种是由于泵浦光源的波动而造成的泵浦-信号串扰，另一种是由于泵浦同时对多信道放大而导致的泵浦引入-信号间串扰。3.瑞利散射噪声瑞利散射噪声是由于瑞利后向散射引起的，它在光纤中的反射会在输出端形成噪声，导致信噪比的恶化。根据反射次数的不同，又可以分为单瑞利散射和双瑞利散射。6.3.5混合拉曼/掺铒光纤放大器拉曼放大器和掺铒光纤放大器各有其独特的特点，将FRA和EDFA结合起来构成混合拉曼/掺铒光纤放大器（HFA），也是提高光放大器性能的一种重要方法。使用混合拉曼/EDFA放大器，可以获得更加平坦的增益谱，从而提高系统的带宽，改善光信噪比（OSNR）。设计HFA的基本思想就是将掺铒光纤放大器和拉曼放大器进行级联，组成混合放大器，此时获得的总增益为两个放大器增益的叠加。对于在特定波长段（如1.55μm）增益较为平坦的EDFA，可采用拉曼放大器的增益补偿EDFA放大波段相对不平坦的波长区域。例如，选用具有双波长泵浦的拉曼放大器，调整泵浦波长使其峰值增益位于EDFA放大波段的两边。对于增益较倾斜的EDFA，选择泵浦波长使拉曼放大器的增益和EDFA的增益相互补偿，形成在整个放大波长区域范围内增益均较为平坦的放大器。6.4新型光纤放大器6.4.1新型光纤放大器的需求光放大器的出现极大地提升了光纤通信系统应用的灵活性，也有力地推动了大容量、长距离、多信道的光纤通信系统的迅速普及。例如，为了确保多信道光纤通信系统的传输质量，要求使用的光放大器具有足够的带宽、平坦的增益、低噪声系数和高输出功率。对于包括光开关、波长转换、可重配置光分插复用器（ROADM）等应用场合的光放大器提出了更高的要求。（1）增益带宽（2）增益平坦（3）增益均衡（4）噪声系数和饱和输出功率6.4.2新型光纤放大器1.掺镨氟基光纤放大器掺镨氟基光纤放大器（PDDFA）是一种主要工作在1310nm波长窗口的光纤放大器，其增益谱覆盖了1275nm~1360nm区间，可以覆盖已经敷设的G,652光纤的1310nm工作波长区域。2.掺铒波导放大器掺铒波导放大器（EDWA）的工作原理与EDFA类似，但其是一种基于集成光波导的掺铒放大器，由嵌入在非晶体的掺铒玻璃衬底的波导组成，可以采用离子交换技术或阴极溅射技术制造。EDWA的最大优点是小尺寸和低成本，在同一个衬底上同时集成了有源平面波导和相关无源器件。同时，EDWA采用的掺铒波导中铒离子的浓度较大，因此只需要较小的长度既可以实现高增益。3.遥泵光纤放大器