光纤通信第四章3-光放大器浅析.ppt

北京邮电大学顾畹仪 EDFA的噪声系数 ASE噪声：放大的自发辐射噪声。来源于放大器介质中 电子-空穴对的自发发射，与信号一起放大而形 成的宽谱噪声。ASE的功率谱密度为： Nsp是自发辐射或粒子数反转因子。 噪声系数： 2、喇曼光放大器 工作原理是受激喇曼散射效应 分布式光放大器 噪声低，适合超长传输系统 工作波长和带宽由泵浦波长决定 采用多波长泵浦可实现宽带光放大器 采用偏振复用泵浦可消除偏振敏感性 需要的泵浦功率高 1）工作原理和性能参数 受激喇曼散射（SRS）是三阶非线性光学效应，是由光纤物质中原子振动参与的光散射现象 。 晶体中原子的振动形成晶体中的格波，格波的能量是量子化的，对频率为ν的格波，它的每份能量是hν，被称为一个声子。受激喇曼散射是光学支声子参与的光散射。 喇曼散射的基本过程 ： Stokes过程： 下频移 反Stokes过程： 上频移 。Stokes过程是主要的。 喇曼增益谱宽，峰值位置在频移13THz处 喇曼光纤放大器增益的表示方法 信号净增益: 指RFA的泵浦源打开时的输出信号光光功率与输入信号光光功率的比值 喇曼光纤放大器噪声的表示方法 分布式喇曼放大器的等效噪声系数指的是将分布式喇曼放大器（包括传输光纤在内）等效成为传统的传输光纤＋分立式放大器结果，等效指的是输出端具有相同的OSNR的分立放大器所应具有的噪声系数。可见喇曼放大器的等效噪声系数反映的是分布式喇曼放大器比起传统的传输光纤＋分立式放大器在噪声特性方面的优劣。 2）Raman泵浦源 多个激光器捆绑 掺镱双包层泵浦激光器 光纤谐振器型泵浦源 * * 第4.3讲 光放大器 通用光放大器结构 光纤放大器 半导体光放大器(SOA) 受激辐射型 受激散射型 类型： 1、掺铒光纤放大器 (Erbium-doped Fiber Amplifier, EDFA) 泵浦态 亚稳态 基态 原理 a) 三能级跃迁 1μs 铒是镧系稀土元素,原子序数是68, 原子量为167.3, 利用其4f能级 (b) EDFA结构 c) 速率方程 描述了受激吸收、受激辐射和自发辐射对基态和亚稳态粒子数的影响。在二能级模型下, A为纤芯面积，?se，?sa为信号光受激辐射截面和受激吸收截面，?p为泵浦吸收截面，?s和?p为信号光和泵浦光光功率分布与纤芯中铒离子分布重叠程度的积分因子；A21为亚稳态粒子自发辐射速率。N, N1,N2分别为掺杂浓度, 基态和亚稳态的铒粒子浓度. d) 传输方程 在稳态情况下 数值计算求解。 增益随输入功率变化曲线 3) 性能指标 放大器增益 小信号增益、饱和增益、最大输出功率、小信号增益带宽 EDFA的增益变化曲线 EDFA的增益与泵浦功率、输入功率和EDF的长度有关，EDF存在最佳长度。 输出光谱 级连EDFA的系统的信噪比恶化 损耗 色散 ASE噪声 功率的不均衡 非线性光学效 应的影响 三种不同的级联方式： 第一种级联方式是所谓的“自愈”方式，即对每级增益不做专门的控制。开始增益较大，经过几级放大后增益趋于饱和，输出功率趋于恒定。 第二种方式是保证每级EDFA输出总功率恒定。 第三种级联方式是保持每级EDFA的增益恰好抵消级间损耗。信号功率恒定。 反向泵浦喇曼放大器的一种结构，泵浦光来自包层泵浦的光纤激光器 反向泵浦喇曼放大器 自发喇曼散射和受激喇曼散射 gR ≈ 7 *10-12 cm/W 等效长度示意图 等效面积示意图 多波长系统中受激喇曼散射 Kij是与偏振有关的参数，偏振方向一致时取1，在一般情况下取2。 开关增益: 喇曼开关增益指RFA的泵浦源打开时输出的信号功率P2与关闭时对应的输出信号光功率p1的比值 设计宽带RAMAN放大器不仅要考虑信号和泵浦之间的受激喇曼散射，还要考虑 信号和信号之间的受激喇曼散射 泵浦和泵浦之间的受激喇曼散射 双径后向瑞利散射 多波长泵浦时的组合增益谱 （OFC2001） *