摻鉺光纖放大器EDFA學(xué)習(xí)剪輯

1、摻鉺光纖放大器EDFA學(xué)習(xí)剪輯張植俊 目錄n原理n種類n參數(shù)指標(biāo)n工藝原理首頁(yè)原理為什么要進(jìn)行光放大 光纖有一定的衰耗，光信號(hào)沿光纖傳播將會(huì)衰減，傳輸距離受衰減的制約。因此，為了使信號(hào)傳得更遠(yuǎn)，我們必須增強(qiáng)光信號(hào)。傳統(tǒng)的增強(qiáng)光信號(hào)的方法傳統(tǒng)的增強(qiáng)光信號(hào)的方法是使用再生器是使用再生器。但是，這種方法存在許多缺點(diǎn)，首先，再生器只能工作在確定的信號(hào)比特率和信號(hào)格式下，不同的比特率和信號(hào)格式需要不同的再生器；其次，每一個(gè)信道需要一個(gè)再生器，網(wǎng)絡(luò)的成本很高。 隨著光通信技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在人們已經(jīng)有了一種不采用再生器也可以增強(qiáng)光信號(hào)的方法，即光放大技術(shù)。有了光放大器后就可直接實(shí)現(xiàn)光信號(hào)放大，而不要像以前一樣

2、進(jìn)行轉(zhuǎn)換。而不要像以前一樣進(jìn)行轉(zhuǎn)換。光放大器的開(kāi)發(fā)成功及其產(chǎn)業(yè)化是光纖通信技術(shù)中的光放大器一個(gè)非常重要的成果，它大大地促進(jìn)了光復(fù)用技術(shù)、光孤子通信以及全光網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展。光復(fù)用技術(shù)、光孤子通信以及全光網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展。原理光放大器的種類1.半導(dǎo)體放大器（半導(dǎo)體放大器（SOASOA）l諧振式l行波式2.光纖放大器光纖放大器l 摻稀土元素光纖放大器摻稀土元素光纖放大器 （如EDFA、PDFA）l非線性光學(xué)放大器：非線性光學(xué)放大器：拉曼（FRA）放大器布里淵（SBA）光纖放大器取自 豆丁網(wǎng)原理通信系統(tǒng)中的光放大器 光纖的工作波長(zhǎng)有短波長(zhǎng)0.85m、長(zhǎng)波長(zhǎng)1.31m和1.55m光纖損耗一般是隨波長(zhǎng)加長(zhǎng)而減小，0

3、.85m的損耗2.5dB/km,1.31m的損耗為0.35dB/km，1.55m1.55m的損的損耗耗0.20dB/km0.20dB/km，這是光纖的最低損耗，這是光纖的最低損耗 （摻鉺光纖放大器）的工作波長(zhǎng)在范圍，所以在光纖通信中EDFA 是現(xiàn)在應(yīng)用最廣泛的光放大器，它的出現(xiàn)極大地推動(dòng)了波分復(fù)用技術(shù)的發(fā)展。取自計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理為什么要用摻鉺光纖放大器工作頻帶正處于光纖損耗最低處(1525-1565nm)；頻帶寬，可以對(duì)多路信號(hào)同時(shí)放大-波分復(fù)用；對(duì)數(shù)據(jù)率/格式透明，系統(tǒng)升級(jí)成本低；增益高(40dB)、輸出功率大(30dBm)、噪聲低(45dB)；全光纖結(jié)構(gòu)，與光纖系統(tǒng)兼容；增益與信號(hào)偏振態(tài)無(wú)關(guān)

4、，故穩(wěn)定性好；所需的泵浦功率低(數(shù)十毫瓦)。1、摻鉺光纖(EDF)2. 光耦合器(WDM)3. 光隔離器(ISO)4. 光濾波器(Optical Filter)5. 泵浦源(PumPing Supply)信號(hào)光耦合器光隔離器摻鉺光纖光隔離器光濾波器輸出光泵浦光原理EDFA 結(jié)構(gòu)原理?yè)姐s光纖放大器的基本結(jié)構(gòu)原理EDFA采用摻鉺離子單模光纖為增益介質(zhì)，在泵浦光作用下產(chǎn)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，在信號(hào)光誘導(dǎo)下實(shí)現(xiàn)受激輻射放大。 EDF 是放大器的主體，纖芯中摻有鉺元素（Er）。摻有Er3+的石英光 纖具有激光增益特性，鉺光纖的光譜性質(zhì)主要由鉺離子鉺離子和光纖基質(zhì)光纖基質(zhì)決定，鉺離子起主導(dǎo)作用，摻Er3+濃度及在

5、纖芯中的分布等對(duì)EDFA 的特性有很大影響。 為了在放大帶寬內(nèi)的增益平坦為了在放大帶寬內(nèi)的增益平坦，在EDF 中摻入適量的鋁元素，使鉺離子在EDF 中分布更均勻，從而獲得平坦的寬帶增益譜。原理EDF摻鉺光纖原理鉺纖吸收譜原理泵浦波長(zhǎng)泵浦波長(zhǎng)可以是514、679、800、980、1480nm波長(zhǎng)短于980nm的泵浦效率低，因而通常采用980和1480nm泵浦。原理通信窗口和鉺離子鉺離子的增益譜與光纖傳輸最低損耗窗口重合。GainAbsorption原理三能級(jí)系統(tǒng) v.s. 二能級(jí)系統(tǒng) 980 nm1480 nm1530-1560 nm 1 s =11 ms4I15/24I13/24I11/2非輻

6、射躍遷非輻射躍遷01234514501500155016001650Wavelength (nm)Emission/Absorption (dB/m)EmissionAbsorption1480 nm1530-1560 nm980 nm 泵浦泵浦: 三能級(jí)系統(tǒng)能夠很好的表述三能級(jí)系統(tǒng)能夠很好的表述; 簡(jiǎn)化為二能級(jí)模型能夠更貼近現(xiàn)實(shí)。簡(jiǎn)化為二能級(jí)模型能夠更貼近現(xiàn)實(shí)。1480 nm 泵浦泵浦: 二能二能級(jí)系統(tǒng)比較精確級(jí)系統(tǒng)比較精確泵浦波長(zhǎng)可以是520、650、800、980、1480nm波長(zhǎng)短于980nm的泵浦效率低，因而通常采用980和1480nm泵浦。原理EDFA中的Er3+能級(jí)結(jié)構(gòu) 三能級(jí)系

7、統(tǒng)：三能級(jí)系統(tǒng)：泵浦光 980 nm 躍遷躍遷 亞穩(wěn)態(tài)亞穩(wěn)態(tài)信號(hào)光信號(hào)光1550 nm受激放大光受激放大光1550 nm基態(tài)基態(tài)基態(tài)基態(tài) 激發(fā)態(tài)激發(fā)態(tài)原理EDF摻鉺光纖原理鉺離子能級(jí)示意圖泵浦波長(zhǎng)可以是514、679、800、980、1480nm波長(zhǎng)短于980nm的泵浦效率低，因而通常采用980和1480nm泵浦。光耦合器有合波信號(hào)光與泵浦光的作用，也稱光合波器和波分復(fù)用器。是EDFA必不可少的組成部分，它將絕大多數(shù)的信號(hào)光與泵浦光合路于EDF 中。主要有兩種形式：980nm/1550nm 或1480nm/1550nm，一般為光纖熔錐型。要求在上述波長(zhǎng)附近插入損耗都小，耦合效率高，耦合頻帶具有

8、一定的寬度且耦合效率平坦，對(duì)偏振不敏感穩(wěn)定性好！原理光耦合器光隔離器是一種單向光傳輸器件，對(duì)對(duì)EDFA EDFA 工作穩(wěn)定性至關(guān)重要工作穩(wěn)定性至關(guān)重要。通常光反射會(huì)干擾器件的正常輸出，產(chǎn)生諸如強(qiáng)度漲落、頻率漂移和噪聲增加等不利影響。提高EDFA 穩(wěn)定性的最有效的方法是進(jìn)行光隔離。在輸入端在輸入端加光隔離器消除因放大的自發(fā)輻射反向傳播可能引起的干擾，輸出端輸出端保護(hù)器件免受來(lái)自下段可能的逆向反射。同時(shí)輸入和輸出端插入光隔離器也為了防止連接點(diǎn)上反射引起激光振蕩，抑制光路中的反射光返回光源側(cè)，從而既保護(hù)了光源又使系統(tǒng)工作穩(wěn)定。要求隔離度在40dB 以上，插入損耗低，與偏振無(wú)關(guān)。詳細(xì)介紹參見(jiàn)學(xué)習(xí)筆記0

9、4 光隔離器輸出端輸入端圖片 EDFA 原理及特性專題原理光隔離器光濾波器消除被放大的自發(fā)輻射光以降低放大器的噪聲，提高系統(tǒng)的信噪比（SNR）。一般多采用多層介質(zhì)膜型帶通濾波器，要求通帶窄，在1nm 以下。目前應(yīng)用的光濾波器的帶寬為13nm。此外，濾波器的中心波長(zhǎng)應(yīng)與信號(hào)光波長(zhǎng)一致，并且插入損耗要小。圖片 EDFA 原理及特性專題原理光濾波器泵浦源為信號(hào)放大提供能量，即實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布。根據(jù)摻鉺光纖(EDF)的吸收光譜特性，可以采用不同波長(zhǎng)的激光器作為泵源，如：Ar2+激光器（514nm）、倍頻YAG（532 nm）、染料激光（665nm）及半導(dǎo)體激光器（807nm、980nm、1480nm

10、）。但由于在807 nm 及小于807 nm 波長(zhǎng)處存在強(qiáng)烈的激發(fā)態(tài)吸收（ESA），泵浦效率較低。若用665nm、514nm 的染料和Ar+激光器泵浦得到25dB以上的增益，需要的入纖泵浦功率大于100mw，且Ar+激光器體積大難以實(shí)用化。目前980 nm 和1480 nm 的LD 已商品化，不存在激發(fā)態(tài)吸收，泵浦效率較高，所以一般采用980nm 和1480nm 的半導(dǎo)體激光器作泵源。圖片 EDFA 原理及特性專題原理泵浦源原理三種泵浦方式的EDFALD2WDM2EDFAPCAPCinoutLD1WDM1LDWDMEDFAPCAPCin outLDWDMEDFAPCAPCin out同向泵浦(

11、前向泵浦)型：好的噪聲性能反向泵浦(后向泵浦)型：輸出信號(hào)功率高雙向泵浦型：輸出信號(hào)功率比單泵浦源高3dB，且放大特性與信號(hào)傳輸方向無(wú)關(guān)原理泵浦功率和光纖長(zhǎng)度對(duì)增益的影響增益 dB泵浦功率 mW4020 0510L=5mL=20m增益 dB鉺纖長(zhǎng)度 m4020 025502mW4mW原理 EDFA 輸出功率 vs. 增益111213141516272931333537394143EDFA Gain dBEDFA output Power dBm原理 Giles模型兩能級(jí)系統(tǒng)均勻展寬 ASE 噪聲可忽略 忽略激發(fā)態(tài)吸收 沿光纖功率變化速度慢 鉺離子限制得好 假定假定單極單極 EDFA二能級(jí)系統(tǒng)速

12、率方程：zrnzrnhiPzrnhiPdtdnkkekkkkkakkk,2212傳輸方程：傳輸方程： zPrdrdzrnriukkakk,120 0 kkkkekkkmhzPrdrdzrnriudzdP,220 0其中：鉺離子濃度：其中：鉺離子濃度： 規(guī)一化光強(qiáng)：規(guī)一化光強(qiáng)： 躍遷速率：躍遷速率： zrnzrnzrnt,21 zPzrIrikkk/,AhPWpapppump/原理?yè)姐s光纖放大器的基本理論模型(1)原理?yè)姐s光纖放大器的基本理論模型(2) rdrdzrnritkakk,20 0 rdrdzrnrigtkekk,*20 0 220 0,effiibrdrdzrnzn iikiknrd

13、rdzrnriz20 0,引入光纖吸收系數(shù)和發(fā)射系數(shù)：引入光纖吸收系數(shù)和發(fā)射系數(shù)：定義：粒子數(shù)沿截面平均定義：粒子數(shù)沿截面平均 交迭積分交迭積分 原理?yè)姐s光纖放大器的基本理論模型(3) 2212*nhngzPhnzPdtndkkkkkkkk zPlumhnnguzPnngudzdPkkkkkktkkktkkkk22* kkkkkkkkkthgzPhzPnn*12/ 2teffnb速率方程和傳輸方程變?yōu)椋核俾史匠毯蛡鬏敺匠套優(yōu)椋涸诜€(wěn)態(tài)情況下：在穩(wěn)態(tài)情況下：其中，定義飽和參數(shù)其中，定義飽和參數(shù)kkksatkhgP/*和飽和光強(qiáng)的關(guān)系：和飽和光強(qiáng)的關(guān)系：原理?yè)姐s光纖放大器的基本理論模型(4) Ltt

14、dznnnngG012*exp增益增益：增益的大小和譜分布由粒子數(shù)反轉(zhuǎn)水平及摻鉺光纖長(zhǎng)度決定增益的大小和譜分布由粒子數(shù)反轉(zhuǎn)水平及摻鉺光纖長(zhǎng)度決定outinSNRSNRNF10log10aseaseaseasespGhPGhGhn1010log1012log10噪聲系數(shù)噪聲系數(shù)：當(dāng)泵浦充分當(dāng)泵浦充分 ，且，且G1時(shí)，時(shí)，1spn噪聲系數(shù)達(dá)到極限噪聲系數(shù)達(dá)到極限 3dB.3dB. 摻鉺光纖放大器的主要優(yōu)點(diǎn) 工作波長(zhǎng)工作波長(zhǎng)與單模光纖的最小衰減窗口一致與單模光纖的最小衰減窗口一致。 耦合效率高耦合效率高。由于是光纖放大器，易與傳輸光纖耦合連接。 能量能量轉(zhuǎn)換效率高轉(zhuǎn)換效率高。摻鉺光纖EDF的纖芯比傳

15、輸光纖小，信號(hào)光和泵浦光同時(shí)在摻鉺光纖EDF 中傳播，光能量非常集中。這使得光與增益介質(zhì)Er離子的作用非常充分，加之適當(dāng)長(zhǎng)度的摻鉺光纖，因而光能量的轉(zhuǎn)換效率高。 增益高、噪聲指數(shù)較低、輸出功率大，信道間串?dāng)_很低增益高、噪聲指數(shù)較低、輸出功率大，信道間串?dāng)_很低。 增益特性穩(wěn)定增益特性穩(wěn)定：EDFA對(duì)溫度不敏感，增益與偏振相關(guān)性小。 增益增益特性與系統(tǒng)比特率和數(shù)據(jù)格式無(wú)關(guān)特性與系統(tǒng)比特率和數(shù)據(jù)格式無(wú)關(guān)。 原理優(yōu)點(diǎn) 摻鉺光纖放大器的主要優(yōu)點(diǎn) 增益增益波長(zhǎng)范圍固定波長(zhǎng)范圍固定：Er離子的能級(jí)之間的能級(jí)差決定了EDFA的工作波長(zhǎng)范圍是固定的，只能在1550nm窗口。這也是摻稀土離子光纖放大器的局限性，又

16、例如，摻鐠光纖放大器只能工作在1310nm窗口。 增益帶寬不平坦增益帶寬不平坦：EDFA的增益帶寬很寬，但EFDA本身的增益譜不平坦。在WDM系統(tǒng)中應(yīng)用時(shí)必須采取特殊的技術(shù)使其增益平坦。 光光浪涌問(wèn)題浪涌問(wèn)題：采用EDFA可使輸入光功率迅速增大，但由于EDFA的動(dòng)態(tài)增益變化較慢，在輸入信號(hào)能量跳變的瞬間，將產(chǎn)生光浪涌，即輸出光功率出現(xiàn)尖峰，尤其是當(dāng)EDFA級(jí)聯(lián)時(shí)，光浪涌現(xiàn)象更為明顯。峰值光功率可以達(dá)到幾瓦，有可能造成O/E變換器和光連接器端面的損壞 原理缺點(diǎn)中繼放大器（LA）：在光纖線路中每隔一段距離設(shè)置一個(gè)光纖放大器，以延長(zhǎng)干線網(wǎng)的傳輸距離。后置放大器（BA）：放在光發(fā)射機(jī)后，以提高發(fā)射光功

17、率，對(duì)其噪聲要求不高，飽和輸出功率是主要參數(shù)。前置放大器（PA）：放在光接收機(jī)之前，放大微弱的光信號(hào)，以改善光接收靈敏度，對(duì)噪聲要求苛刻。發(fā)射器接收器在線放大器在線放大器EDFAEDFA光纖光纖發(fā)射器接收器功率放大器功率放大器EDFA光纖發(fā)射器接收器前置放大器前置放大器EDFA光纖原理應(yīng)用方式原理 OptiSystem 7.0鉺纖參數(shù)設(shè)置圖 原理 OptiSystem 7.0OptiSystem運(yùn)行界面 原理 OptiSystem 7.0原理 OptiSystem 7.0噪聲與波長(zhǎng)關(guān)系圖原理OptiAmplifier 4.0 雙向泵浦EDFA設(shè)計(jì)實(shí)例 原理OptiAmplifier 4.0參數(shù)

18、參數(shù)值值單位單位數(shù)值孔徑數(shù)值孔徑0.21-截止波長(zhǎng)截止波長(zhǎng)960nm離子濃度離子濃度1.6e25iyon/m3半徑半徑1.75m背景損耗背景損耗8dB/km 1310 nm吸收損耗吸收損耗10.46dB/m 980 nm7.28dB/m 1480 nm17.70dB/m 1530 nm發(fā)射損耗發(fā)射損耗2.01dB/m 1480 nm16.59dB/m 1530 nmMetro12 EDF實(shí)驗(yàn)參數(shù) Metro-12 EDF 的吸收和發(fā)射譜 a) 980 nm 泵浦帶吸收譜 b) 1480 nm泵浦和1550 nm 信號(hào)頻段的吸收和發(fā)射譜 原理OptiAmplifier 4.0原理OptiAmpl

19、ifier 4.0仿真結(jié)果 泵浦功率為230mW時(shí)，雙向泵浦L-EDFA增益和噪聲系數(shù)與信號(hào)波長(zhǎng)的變化這項(xiàng)研究可以用來(lái)設(shè)計(jì)的這項(xiàng)研究可以用來(lái)設(shè)計(jì)的L EDFA在在1570nm- 1600nm約約30nm帶寬帶寬 雙向泵浦L-EDFA的波長(zhǎng)與增益原理OptiAmplifier 4.0雙向泵浦L-EDFA實(shí)驗(yàn)值和理論值比較-1雙向泵浦L-EDFA的波長(zhǎng)與噪聲系數(shù)原理OptiAmplifier 4.0雙向泵浦L-EDFA實(shí)驗(yàn)值和理論值比較-2雙向泵浦L-EDFA的輸入功率和增益雙向泵浦L-EDFA的輸入功率和噪聲系數(shù)雙向泵浦L-EDFA的泵浦功率和增益原理OptiAmplifier 4.0雙向泵浦L

20、-EDFA實(shí)驗(yàn)值和理論值比較-3雙向泵浦L-EDFA的泵浦功率和噪聲系數(shù) 雙向泵浦和單向泵浦L- EDFA的波長(zhǎng)與增益雙向泵浦和單向L-EDFA的波長(zhǎng)與噪聲系數(shù)原理OptiAmplifier 4.0單雙向泵浦和 L-EDFA的性能比較1單雙向泵浦 L-EDFA的輸入功率和增益原理OptiAmplifier 4.0單雙向泵浦和 L-EDFA的性能比較2單雙向泵浦 L-EDFA的輸入功率和噪聲系數(shù)原理OptiAmplifier 4.0單雙向泵浦和 L-EDFA的性能比較3 單和雙向泵浦L-EDFA 增益和泵浦功率單向和雙向泵浦的噪聲系數(shù)和泵浦功率(輸入信號(hào)功率= -30dBm) 原理OptiAmp

21、lifier 4.0L-EDFA雙向泵浦的ASE增益譜泵浦功率為127mW時(shí)，單向泵浦的ASE噪聲（當(dāng)沒(méi)有輸入信號(hào)） 泵浦功率為127mW時(shí)，雙向泵浦的ASE噪聲（當(dāng)沒(méi)有輸入信號(hào)） 原理OptiAmplifier 4.0L-EDFA雙向泵浦的ASE增益譜雙向泵浦的總功率為230mW時(shí)，輸入功率為30dBm的ASE譜種類首頁(yè)種類光放大器的類型利用稀土摻雜的光纖放大器（EDFA、PDFA）利用半導(dǎo)體制作的半導(dǎo)體光放大器（SOA）利用光纖非線性效應(yīng)制作的非線性光纖放大器（FRA、FBA）種類半導(dǎo)體光放大器SOA種類半導(dǎo)體光放大器SOAFP半導(dǎo)體光放大器種類行波半導(dǎo)體光放大器TWSOA與FPSOA的區(qū)

22、別在于端面的反射率大小， TWSOA具有極低的端面反射率，通常在0.1%以下。降低端面反射方法：傾斜有源區(qū)法、窗面結(jié)構(gòu)。TWSOA的增益、增益帶寬和噪聲特性都可以滿足光纖通信的要求，但如下兩個(gè)缺點(diǎn)限制著它在光纖通信中的實(shí)際應(yīng)用：對(duì)光信號(hào)偏振態(tài)的敏感性；對(duì)光信號(hào)增益的飽和性。種類SOA增益偏振相關(guān)性種類SOA的主要特性(1) 它們與偏振有關(guān)， 因此需要保偏光纖。 (2) 它們具有可靠的高增益(20 dB)。 (3) 它們的輸出飽和功率范圍是510 dBm。 (4) 它們具有大的帶寬。 (5) 它們工作在0.85 m， 1.30 m和1.55 m波長(zhǎng)范圍。 (6) 它們是小型化的半導(dǎo)體器件， 易于

23、和其他器件集成。(7) 幾個(gè)SOA可以集成為一個(gè)陣列。 但是， 由于非線性現(xiàn)象(四波混頻)， SOA的噪聲指數(shù)高， 串?dāng)_電平高。 種類SOA的性能與應(yīng)用SOA的應(yīng)用主要集中在以下幾個(gè)方面。 1. 光信號(hào)放大器 因?yàn)樵谑澜绶秶鷥?nèi)已鋪設(shè)了大量的常規(guī)單模光纖， 還有很多系統(tǒng)工作在1.31 m波段， 并需要周期性的在線放大器， 而工作波長(zhǎng)為1.31m的EDFA目前尚未達(dá)到實(shí)用化的水平， 所以仍然需要SOA。 2. 光電集成器件 半導(dǎo)體放大器可與光纖放大器相抗衡的優(yōu)點(diǎn)是體積小、 成本低以及可集成性, 即可以集成在含有很多其它光電子器件(例如激光器和檢測(cè)器)的基片上。 3. 光開(kāi)關(guān) 除了能提供增益外， 半

24、導(dǎo)體放大器在光交換系統(tǒng)中可以作為高速開(kāi)關(guān)元件使用種類SOA的性能與應(yīng)用因?yàn)榘雽?dǎo)體在有泵浦時(shí)可以產(chǎn)生放大， 而在沒(méi)有泵浦時(shí)產(chǎn)生吸收。 其運(yùn)轉(zhuǎn)很簡(jiǎn)單， 當(dāng)提供電流泵浦時(shí)信號(hào)通過(guò)， 而需要信號(hào)阻斷時(shí)將泵浦源斷開(kāi)。 通過(guò)的信號(hào)因半導(dǎo)體中載流子數(shù)反轉(zhuǎn)而得到放大， 而受阻的信號(hào)則因半導(dǎo)體沒(méi)有達(dá)到載流子反轉(zhuǎn)數(shù)而被吸收。 值得注意的是， 只有半導(dǎo)體放大器才能夠完成高速交換， 在光纖放大器中由于載流子壽命太長(zhǎng)而難以做到這一點(diǎn)。種類SOA的性能與應(yīng)用4. 全光波長(zhǎng)變換器AOWC SOA的一個(gè)主要應(yīng)用是利用SOA中發(fā)生的交叉增益調(diào)制、 交叉相位調(diào)制和四波混頻效應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換。探 測(cè) 光s泵 浦 光pSOA偏 流變

25、 換 后輸 出s濾 波 器SOA的 增 益變 換 輸 出輸 入 光 功 率(b)(a) SOA-XGM的基本結(jié)構(gòu)和原理圖 (a) 基本結(jié)構(gòu)； (b) 原理圖種類SOA的性能與應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)：可以對(duì)40 Gb/s的信號(hào)進(jìn)行波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換，對(duì)信號(hào)的偏振不敏感缺點(diǎn)：轉(zhuǎn)換后的信號(hào)消光比不高， 轉(zhuǎn)換后的 ，信號(hào)與轉(zhuǎn)換前的信號(hào)反相，由于載流子的自發(fā)輻射造成S/N的惡化，轉(zhuǎn)換后信號(hào)的相位信息由于頻率的啁啾而丟失種類SOA的性能與應(yīng)用CW探 測(cè) 波 (c)濾 波 器變 換 后 的 光 波 (c)泵 浦 光 源 (s) MZI型SOA-XPM型AOWC 優(yōu)點(diǎn)：可以對(duì)80 Gb/s的信號(hào)進(jìn)行波長(zhǎng)轉(zhuǎn)變換，對(duì)信號(hào)的偏振不敏感缺點(diǎn)

26、：只能對(duì)單一波長(zhǎng)進(jìn)行波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換種類SOA的性能與應(yīng)用psfj 2ps半 導(dǎo) 體 放 大 (SOA)(四 波 混 頻 ） SOA-FWM型AOWC優(yōu)點(diǎn)：真正的全光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換缺點(diǎn)：隨著轉(zhuǎn)換波長(zhǎng)范圍的擴(kuò)大，轉(zhuǎn)換 效率迅速降低種類對(duì)比 種類摻鉺光纖放大器(EDFA Erbium-Doped Fiber Amplifier)摻雜光纖放大器利用摻入石英光纖的稀土離子作為增益介質(zhì)，在泵浦光的激發(fā)下實(shí)現(xiàn)光信號(hào)的放大，放大器的特性主要由摻雜元素決定。工作波長(zhǎng)為1550nm的鉺(Er)摻雜光纖放大器(EDFA)工作波長(zhǎng)為1300nm的鐠(Pr)摻雜光纖放大器(PDFA)工作波長(zhǎng)為1400nm的銩(Tm)摻雜光纖放大器

27、(TDFA)目前，EDFA最為成熟，是光纖通信系統(tǒng)必備器件。參數(shù)指標(biāo)首頁(yè)參數(shù)光放大器的增益增益G是描述光放大器對(duì)信號(hào)放大能力的參數(shù)。定義為：G與光放大器的泵浦功率、摻雜光纖的參數(shù)和輸入光信號(hào)有很復(fù)雜的關(guān)系。insoutsPPdBG,10log10)(參數(shù)光放大器的增益參數(shù)光放大器的增益參數(shù)光放大器的增益inSinPSPinSoutSEPPPPG,1 參數(shù)光放大器的增益增益隨輸入光功率的變化inSinPSPinSoutSEPPPPG,1 假設(shè)沒(méi)有自發(fā)輻射，根據(jù)能量守恒：當(dāng)輸入功率非常大時(shí)，增益為1，無(wú)放大參數(shù)光放大器的增益增益隨摻鉺光纖長(zhǎng)度的變化在通過(guò)鉺纖的一定長(zhǎng)度后，泵浦沒(méi)有足夠的能量在其后產(chǎn)

28、生足夠的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，增益開(kāi)始下降。在非泵浦區(qū)，吸收大于增益。增益 dB506040302010102030405060708090100泵浦功率 mW204050鉺纖長(zhǎng)度 m參數(shù)光放大器的增益增益隨泵浦功率的變化參數(shù)放大器的噪聲所有光放大器在放大過(guò)程中都會(huì)把自發(fā)輻射（或散射）疊加到信號(hào)光上，導(dǎo)致被放大信號(hào)的信噪比（SNR）下降，其降低程度通常用噪聲指數(shù)Fn來(lái)表示，其定義為：主要噪聲源：放大的自發(fā)輻射噪聲（ASE），它源于放大器介質(zhì)中電子空穴對(duì)的自發(fā)復(fù)合。自發(fā)復(fù)合導(dǎo)致了與光信號(hào)一起放大的光子的寬譜背景。outinnSNRSNRF)()(噪聲系數(shù) dB78654310203040506070809

29、0100泵浦功率 mW2306075outinSNRSNRdBNF10log10)(參數(shù)噪聲系數(shù)NF（dB）參數(shù)放大器的噪聲ASE噪聲ASE噪聲近似為白噪聲，噪聲功率譜密度為：hnGSspsp1)(122NNNnspspspnnGGnF212參數(shù)放大器的噪聲ASE噪聲參數(shù)EDFA的多信道放大特性EDFA的增益恢復(fù)時(shí)間g10ms(SOA的g=0.11ns),其增益不能響應(yīng)調(diào)制信號(hào)的快速變化，不存在增益調(diào)制，四波混頻效應(yīng)也很小，所以在多信道放大中不引入信道間串?dāng)_(SOA則不然)，是其能夠用于多信道放大的關(guān)鍵所在。EDFA對(duì)信道的插入、分出或無(wú)光故障等因素引起的輸入光功率的變化（較低速變化）能產(chǎn)生響應(yīng)-瞬態(tài)特性。在系統(tǒng)應(yīng)用中應(yīng)予以控制-增益鉗制。參數(shù)例子10G EDFA 產(chǎn)品產(chǎn)品參數(shù)參數(shù)工作波長(zhǎng)：1550.12nm增益：20/25db參數(shù)例子2.5G EDFA 工作波長(zhǎng)：1550.12nm光增益：15/17