情境4-3 光放大器.ppt

情境4光纤通信系统;情境4-3光放大器;光纤的损耗和色散限制了通信距离;为了满足长距离通信的需要，必须在光纤传输线路上每隔一定距离加入一个中继器．以补偿光信号的衰减和对畸变信号进行整形，然后继续向终端传送。 中继方法： 光电光混合中继器结构复杂，价格昂贵，且不能用于波分复用系统中。 全光中继器对光信号进行直接放大。;对色散限制的系统，有必要对光信号进行再生，采用光电转换的中继器。 对损耗限制的系统，只用对光信号进行放大，采用光放大器。 ;光放大器是一种可以不经过任何光电、电光的内部转换而直接放大光信号的放大器 光放大器不能解决重构信号的问题，但是可以解决因为功率导致的传输距离限制问题 光放大器的出现促使了波分复用技术（WDM）走向实用化 光放大器的种类 半导体激光放大器 传输光纤放大器 掺杂光纤放大器;4.3.1 光放大器的基本应用与分类 4.3.2 半导体光放大器 4.3.3 掺铒光纤放大器 4.3.4 光纤拉曼放大器;4.3.1 光放大器的基本应用与分类;2.光放大器的基本应用形式 根据光放大器在光纤线路中的位置和作用，一般分为中继放大、前置放大和功率放大三种。;（1）在线光放大;在长距离传输系统中，需要应用光放大器周期性地恢复因光纤损耗而减弱的光功率 通常在线放大器链中，每个EDFA能恰好补偿前面使用的光纤所带来的信号损耗，但是EDFA中积累的自发辐射（ASE）噪声会造成信噪比的恶化 ;（2）前置光放大;（3）功率放大;（4）功率补偿放大器;3.光放大器的分类 ;4. 光放大器的原理 基本原理：通过受激辐射或受激散射原理实现对入射光信号的放大的，其机理与激光器完全相同，但没有反馈机制，因而可以放大信号但不能产生相干光输出。 基本结构：光放大器要结构上是一个没有反馈或反馈较小的激光器。;4.3.2 半导体光放大器;2. SOA的基本工作原理 （1）激活介质（有源区）吸收了外部泵浦提供的能量，电子获得了能量跃迁到较高的能级，产生粒子数反转。 （2）输入光信号通过受激辐射过程激活这些电子，使其跃迁到较低的能级，从而产生一个放大的光信号。 ;半导体光放大器 (SOA);3. SOA的分类 法布里－珀罗放大器（FPA） 非谐振的行波放大器（TWA） ;SOA的分类;4. SOA的应用及优缺点 应用：主要用于现代光纤通信系统中的光开关、波长转换和在线放大器等方面。 优点：体积小，结构简单，功耗低，频带宽，增益高等，易于同其它光器件和电路集成。 缺点：与光纤耦合困难，对光的偏振特性敏感，噪声及串扰大。; 80年代中、后期SOA的研究为主； 90年代EDFA获得巨大成功，成为光纤通信系统必不可少的器件。 Erbium-doped fiber amplifier (EDFA);1. 掺杂光纤放大器 利用掺杂离子在泵浦光作用下形成粒子数反转分布，当有入射光信号通过时实现对入射光信号的放大作用。 典型代表: 1550nm的铒[Er]掺杂光纤放大器EDFA 1300nm的镨[Pr]掺杂光纤放大器PDFA 1400nm的铥[T ]掺杂光纤放大器TDFA ;2. 掺杂光纤放大器特点 掺铒与掺镨光纤放大器具有增益高、噪声低、频带宽、输出功率高等优点，具有广泛的应用前景。 ;3. 掺铒光纤放大器 掺铒光纤放大器（EDFA）是目前最成熟的光放大器。 EDFA具有高增益、宽带宽、低噪声、对偏振不敏感等一系列优点。 EDFA是直接对光信号放大，增大中继距离，实现超长距离传输（如海底光纤通信）；实现波分复用提高系统传输速率；实现光时分复用以至光孤子传输；在接入网中应用，能有效地补偿光功率分配损耗，扩大覆盖范围，降低成本造价。 ;;构造与单模光纤的构造一样。铒离子位于纤芯中央地带，将铒离子放在这里有利于其最大地吸收泵浦和信号能量，从而产生好的放大效果。;（2） EDFA的工作原理 掺铒光纤Er3+的简单能级图和不同能级的跃迁过程;当泵浦(Pump, 抽运)光激励，铒离子吸收泵浦光，基态跃迁到激发态。 激发态不稳定，Er3+很快返回到亚稳态。 亚稳态粒子数积累，形成粒子数反转分布。 如果输入的信号光的能量等于基态和亚稳态的能量差，亚稳态的Er3+将跃迁到基态，产生一个与信号光子完全一样的光子，实现了信号光在掺铒光纤中的放大。;（3）EDFA的工作过程：;③ 若有1480nm泵浦激光器 直接把电子从基态→亚稳态能级的顶部。;EDFA的工作过程;亚稳态和基态的宽度：;EDFA和LD中都有受激辐射，两者有何区别？ 答：EDFA中的受激辐射产生于整个掺铒光纤材料中，其中粒子数反转分布是在掺铒光纤材料的三能级结构之间直接（泵浦激光1480nm时）或间接（泵浦激光980nm时）实现的（最终在能级E2和E1之间形成粒子数反转分布）。三个能级是