4-光放大器和光纤激光器解释.ppt

第四章 光放大器与光纤激光器;内容提要;§4.1 光放大器基本概述 ; 光放大器的发展最早可追溯到1923年A·斯梅尔卡预示的自发喇曼散射，而后，科学家在半个世纪的时间里做了大量研究。1987年英国南安普敦大学和美国ATT 贝尔实验室报道了离子态的稀土元素铒在光纤中可以提供1.55μm波长处的光增益，这标志着掺铒光纤放大器（EDFA）的研究取得突破性进展。1989年现安捷伦科技有限公司制成首件半导体光放大器（Semi-conductor Optical Amplifier，SOA）产品。 ; 在1999年10月举办的日内瓦电信展览会上，朗讯公司展示了一种喇曼放大系统。2001年光纤喇曼放大器（Fiber Raman Amplifier，FRA）得以更广泛的应用。目前，光放大器在光纤通信系统最重要的应用就是促使了波分复用技术（Wav-elength Division Multiplexing,WDM）走向实用化。; 光纤的损耗和色散限制了光纤的传输距离，延长通信距离的方法是采用中继器，中继器的放大过程较为复杂，它是将输入的光信号转换为电信号，在电信号上进行放大、再生、再定时等处理后，再将经处理后的电信号转换为光信号经光纤传送出去，这种中继方式称为光/电/光中继方式。 ; 光/电/光中继器需要光接收机和光发送机来分别完成光电变换和电光变换，其设备复杂，维护不便，速度慢。随着光纤通信的速率不断提高，这种光电光中继器的成本也随之提高，使得光纤通信系统的成本增加，性价比下降。; 光放大器是可将光纤线路上微弱的光信号直接放大的器件，它的出现免去了光在放大时必须经过的光/电/光转换，使光纤通信技术产生了质的飞跃。 ; 光放大器是基于受激辐射或受激散射的原理来实现对微弱入射光进行放大的，其机制与激光器类似。当光介质在泵浦电流或泵浦光作用下产生粒子数反转时就获得了光增益。 ; 光放大器是不依赖比特率和调制方式的。这样就使得系统即使在使用了放大器的情况下也可以很容易地升级到更高的速率或者变换信号的调制方式。此外，光放大器具有一个很宽的增益带宽，这就保证能够一次放大整个DWDM 的频谱，结果是极大地降低了长距离传输中的设备需求数量。; 半导体光放大器（SOA） 利用半导体制作的半导体光放大器（SOA） 小型化，容易与其他半导体器件集成;性能与光偏振方向有关，器件与光纤的耦合损耗大 光纤放大器(OFA) 利用稀土掺杂的光纤放大器（EDFA、PDFA） 利用光纤非线性效应制作的非线性光纤放大器（FRA、FBA） 性能与光偏振方向无关，器件与光纤的耦合损耗很小;半导体光放大器（SOA）; 光放大器的结构与激光器很相似，但它没有反馈机制，而反馈机制对于发射激光是必要的，足够大的反馈可能引起自激振荡，即受激辐射所需的初始注入光子可以从LD内部产生，例如内部的光噪声；而SOA不能产生自激振荡，因而受激辐射所需的初始注入光子必须由外部注入，即需要输入光，因此，光放大器可以放大输入信号，但本身不产生相干的光输出，仅就是对输入光进行放大。;有源光纤或掺杂光纤放大（DFA）; 光纤通信系统最适合的掺杂光纤放大器是工作波长为1550nm掺铒光纤放大器（EDFA）和工作波长为1310nm的掺镨光纤放大器（PDFA）。用于1310nm窗口的PDFA，因受氟化物光纤制作困难和氟化物光纤特性的限制，机械强度较差，与常规光纤的熔接较为困难，究进展比较缓慢，尚未获得广泛应用。 ; 目前在线路中使用的光放大技术主要是采用EDFA，EDFA 属于掺杂稀有元素的光纤放大器家族中的一种，此外其他可能的掺杂元素还包括钕（通常用于高功率的激光器）和镱（它们通常和铒一起混合用）等元素。目前已经商品化并获得大量应用的是EDFA。;拉曼放大器（FRA） ;几种光放大器的比较;工作波段;光放大器的应用;光发射机+功率放大器+光接收机 光发射机+前置放大器+光接收机 光发射机+线路放大器+光接收机 光发射机+功率放大器+前置放大器+光接收机 光发射机+功率放大器+线路放大器+光接收机 光发射机+线路放大器+前置放大器+光接收机 光发射机+功率放大器+线路放大器+前置放大器+光接收机 ;光放大器的基本工作原理;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。;光放大器的参数;光放大器的增益频