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袁国良编著 第8章 光放大和色散补偿技术 本章内容 8.1 光放大器及其工作性能 8.2 掺铒光纤放大器 8.3 光纤喇曼放大器 8.4 色散补偿技术 小结、习题 通信的容量的大小通常用BL积表示，B为比特率，L为通信距离。BL积越大，通信容量越大。 光放大技术将会增加通信距离 通信距离增加后色散加剧，这就需要进行色散补偿。 8.1 光放大器及其工作性能 1.光放大器的发展与应用 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(WDM)走向实用化。 光放大器促进了光接入网技术的蓬勃发展 光放大器还将促进光孤子通信技术的实用化 2.光放大器的分类 光放大器按照工作原理可分为 （1）半导体光放大器(SOA) （2）光纤放大器 3.光放大器的工作性能 光放大器的工作性能主要有: 1)放大器的增益与带宽 2)饱和输出功率 3)放大器噪声等 8.2 掺铒光纤放大器 1.掺铒光纤放大器的特点 掺铒光纤放大器(EDFA)是将铒离子注入到纤芯中，形成了一种特殊光纤，它在泵浦光的作用下可直接对某一波长的光信号进行放大。 EDFA的优点： (1)工作波长处在1.52～1.56μm范围，与光纤最小损耗窗口一致； (2)对掺铒光纤进行激励的泵浦功率低，仅需要几十毫瓦，而拉曼放大器需0.5～1W的泵浦源进行激励； (3)增益高、噪声低、输出功率大。它的增益可达40dB，噪声系数可低至3～4dB，输出功率可达14～20dBm； (4)连接损耗低，因为它是光纤型放大器，因此与光纤连接比较容易，连接损耗可低至0.1dB。 EDFA的其应用主要表现在以下几个方面： (1)代替现有传输系统中的电再生中继器， (2)在海缆传输系统中 (3)在波分复用系统中 (4)在光纤接入网中 2．掺铒光纤为什么具有光放大功能 图8-2-2 EDFA的工作能级 3．EDFA的基本结构 EDFA主要是由掺铒光纤(EDF)、泵浦光源、光耦合器、光隔离器以及光滤波器等组成。 其中: 光耦合器是将输入光信号和泵浦光源输出的光波混合起来的无源光器件。 光隔离器是防止反射光影响光放大器的工作稳定性，保证光信号只能正向传输的器件。 掺铒光纤是一段长度大约为10～100m的石英光纤，将稀土元素注入到纤芯中，浓度约为25mg/kg。 泵浦光源为半导体激光器，输出光功率约为10～100mW，工作波长约为0.98μm或1.48μm。光滤波器的作用是滤除光放大器的噪声，降低噪声对系统的影响，提高系统的信噪比。 EDFA按照它的泵浦方式不同，主要有三种基本结构形式，即： 1)同向泵浦结构; 2)反向泵浦结构; 3)双向泵浦结构。 1) 同向泵浦结构 4．EDFA的性能参数 EDFA的性能用下面参数来描述: 1)放大器的增益与带宽 2)饱和输出功率 3)放大器噪声等 5．EDFA的基本应用形式 EDFA工作在1550nm窗口，该窗口光纤损耗系数较1310nm窗口低，已商用的EDFA噪声低，增益曲线好，放大器带宽大，与波分复用(WDM)系统兼容，泵浦效率高，工作性能稳定，技术成熟，在现代长途高速光通信系统中备受青睐。目前，“掺铒光纤放大器(EDFA)+密集波分复用(WDM)+非零色散光纤(NZ-DSF)+光子集成(PIC)”正成为国际上长途高速光纤通信线路的主要技术方向。 具体的应用形式有以下四种，如图8-2-10所示。 8.3 光纤喇曼放大器 1.光纤喇曼放大器的工作原理 光纤喇曼放大器(Fiber Raman Amplifier，FRA)是利用光纤的受激喇曼散射效应制成的。 喇曼散射效应 物质内部的分子无时无刻都在振动着，但它们只能在某几个固定的频率上振动，这些频率叫喇曼频率，不同的振动频率对应于不同的分子能量。当外界光照射时，外来光子能与振动分子发生能量交换，这时在入射光光谱线(称为母线)两边出现一些强度很弱的新谱线，这种效应称为喇曼散射效应。这些新出现的谱线叫伴线，其中比母线波长长的叫斯托克斯(Strokes)线，比母线波长短的叫反斯托克斯线。它们两个与母线波长的间隔相等，其值等于相应的分子振动频率，约十几个THz。 2.FRA的种类和性能 光纤喇曼放大器可分为: 分立式喇曼放大器 分布式喇曼放大器 3．FRA的特点及应用 FRA具有以下优点： ①增益波长由泵浦光波长决定，只要泵浦源的波长适当，理论上可以得到任意波长的信号放大; ②分布式喇曼放大器（DRA）能够在线放大，不需要引入其他器件; ③噪声指数低; ④喇曼增益谱比较宽. 分立式喇曼放大器全波段放大系统 采用DRA+EDFA的WDM传输系统 4.光纤布里渊放大器简介 光纤布里渊放大器（FBA）是利用光纤的另一种非线性效应称为受激布里渊散射原理制成的。 8.4 色散补偿技