第4章 光通信器件2

1、1課程物理與材料科學(xué)學(xué)院安徽大學(xué)半導(dǎo)體發(fā)光二極管與激光二極管2課程物理與材料科學(xué)學(xué)院安徽大學(xué)半導(dǎo)體發(fā)光二極管(Light-emitting Diode，LED)基本應(yīng)用GaAlAs和InGaAsP材料，可以覆蓋整個(gè)光纖通信系統(tǒng)使用波長范圍，典型值為0.85m、1.31m及1.55m。l通過電子在能帶之間的躍遷，發(fā)出頻譜寬度在幾百 nm 以下的光。在構(gòu)成半導(dǎo)體晶體的原子內(nèi)部，存在著不同的能帶。如果占據(jù)高能帶（導(dǎo)帶）的電子躍遷到低能帶（價(jià)帶）上，就將其間的能量差（禁帶能量）以光的形式放出。這時(shí)發(fā)出的光，其波長基本上由能帶差所決定。4.2 半導(dǎo)體發(fā)光二極管(LED)3課程物理與材料科學(xué)學(xué)院安徽大學(xué)l

2、在構(gòu)成半導(dǎo)體晶體的原子內(nèi)部，存在著不同的能帶；l如果占據(jù)高能帶（導(dǎo)帶）的電子躍遷到低能帶（價(jià)帶）上，就將其間的能量差（禁帶能量）以光的形式放出；l這時(shí)發(fā)出的光，其波長基本上由能帶差所決定。1、LED發(fā)光原理EcEvEg能能量量E空空穴穴電電子子導(dǎo)導(dǎo)帶帶費(fèi)費(fèi)米米能能級(jí)級(jí)價(jià)價(jià)帶帶費(fèi)費(fèi)米米能能級(jí)級(jí)光光子子eVhvEFnEFp狀狀態(tài)態(tài)密密度度vcgEEE hvE vc hcEE 1 2398.（ m） 4課程物理與材料科學(xué)學(xué)院安徽大學(xué)4.2.2 LED工作特性工作特性(1)光譜特性。 發(fā)光二極管發(fā)射的是自發(fā)輻射光， 沒有諧振腔對(duì)波長的選擇，譜線較寬。5課程物理與材料科學(xué)學(xué)院安徽大學(xué)(2) LED的P-

3、I特性4 3 2 1 0 50 100 150 02570電流電流/mA輸出功率輸出功率/ mWP-I特性指輸出的光功率隨注入電流的變化關(guān)系注入電流較小時(shí)，線性度好；注入電流較大時(shí)，發(fā)光效率變低，甚至出現(xiàn)飽和。6課程物理與材料科學(xué)學(xué)院安徽大學(xué)(3) LED的溫度特性80090040 C25 C85 C01740Relative spectral output power840880Wavelength (nm)The output spectrum from AlGaAs LED. Valuesnormalized to peak emission at 25 C.Optoelectronic

4、s (Prentice Hall)LED的溫度特性相對(duì)較好，一般不需要加溫度控制，但不同溫度下，LED的光譜和P-I特性呈現(xiàn)不同的特性。7課程物理與材料科學(xué)學(xué)院安徽大學(xué)l光纖的耦合是指把光源的光功率最大限度的輸送到光纖中去。l直接耦合：方法簡單，效率較低。l透鏡耦合：可以根據(jù)光源做不同的結(jié)構(gòu)，以提高耦合效率。影響耦合效率的主要因素主要是光源的發(fā)散角和光纖的數(shù)值孔徑。(4) LED與光纖的耦合8課程物理與材料科學(xué)學(xué)院安徽大學(xué)LED與光纖的耦合9課程物理與材料科學(xué)學(xué)院安徽大學(xué)光纖連接器光纖連接器電接口電接口驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)電路光源組件光源組件光檢測器組件光檢測器組件放大電路放大電路電接口電接口電信號(hào)輸

5、入電信號(hào)輸入光發(fā)送機(jī)光發(fā)送機(jī)中繼器中繼器光纖跳線光纖跳線光纖連接器光纖連接器光纜總線盒光纜總線盒光纜線路盒光纜線路盒光纜線路盒光纜線路盒光纖跳線光纖跳線光纜終端盒光纜終端盒光接收機(jī)光接收機(jī)電信號(hào)輸出電信號(hào)輸出光纖光纖光纜光纜4.3 光放大器光放大器10課程物理與材料科學(xué)學(xué)院安徽大學(xué)光-電-光轉(zhuǎn)換中繼器結(jié)構(gòu) 1 2 N.光纖光纖 1 2 N光光解解復(fù)復(fù)用用.O/EADME/O光光復(fù)復(fù)用用 1 2 N. 1 2 N.光纖光纖光電中繼光電中繼全光中繼全光中繼11課程物理與材料科學(xué)學(xué)院安徽大學(xué)光放大器的結(jié)構(gòu)工作介質(zhì)工作介質(zhì)泵浦光源泵浦光源輸入信號(hào)輸出信號(hào)工作介質(zhì)從泵浦源吸收足夠的能量，使工作介質(zhì)處在增

6、益狀態(tài)；當(dāng)有信號(hào)光入射時(shí)，由于受激輻射，信號(hào)光將得到放大；只要泵浦的能量足夠強(qiáng)，信號(hào)光就可以得到連續(xù)放大，工作介質(zhì)起到能量傳遞的作用。12課程物理與材料科學(xué)學(xué)院安徽大學(xué)放大器分類 不同類型的工作介質(zhì)，泵浦方式也不同，形成的光放大的性能也不同。目前從工作介質(zhì)上分類，較成熟的放大器有：l工作介質(zhì)是摻稀土光纖，泵浦源為半導(dǎo)體激光器；最常用的是摻鉺光纖放大器（EDFA）。l工作介質(zhì)是常規(guī)光纖，泵浦源為高功率激光器，利用非線性效應(yīng)對(duì)光進(jìn)行放大。典型代表是SRS（受激拉曼）光纖放大器。l工作介質(zhì)是半導(dǎo)體材料，以注入電流作為泵浦源。代表有F-P型光放大器等。13課程物理與材料科學(xué)學(xué)院安徽大學(xué)三種不同類型的放

7、大器性能比較14課程物理與材料科學(xué)學(xué)院安徽大學(xué)l使用鉺離子作為增益介質(zhì)的光纖放大器，稱為使用鉺離子作為增益介質(zhì)的光纖放大器，稱為 。這些離子在光纖制造過程中被摻。這些離子在光纖制造過程中被摻入光纖芯中，使用泵浦光直接對(duì)光信號(hào)放大，提供光增益。入光纖芯中，使用泵浦光直接對(duì)光信號(hào)放大，提供光增益。l雖然摻雜光纖放大器早在雖然摻雜光纖放大器早在19641964年就有研究，但是直到年就有研究，但是直到19851985年才首次研年才首次研制成功摻鉺光纖。制成功摻鉺光纖。19881988年低損耗摻鉺光纖技術(shù)已相當(dāng)成熟，其性能相年低損耗摻鉺光纖技術(shù)已相當(dāng)成熟，其性能相當(dāng)優(yōu)良，已可以提供實(shí)際使用。當(dāng)優(yōu)良，已可

8、以提供實(shí)際使用。l放大器的特性，如工作波長、帶寬由摻雜介質(zhì)所決定。摻鉺光纖放大放大器的特性，如工作波長、帶寬由摻雜介質(zhì)所決定。摻鉺光纖放大器因?yàn)楣ぷ鞑ㄩL在靠近光纖損耗最小的器因?yàn)楣ぷ鞑ㄩL在靠近光纖損耗最小的1.55 1.55 m m 波長區(qū)，它比其它光波長區(qū)，它比其它光放大器更引人注意。放大器更引人注意。4.3.3 4.3.3 摻鉺光纖放大器（摻鉺光纖放大器（EDFAEDFA）15課程物理與材料科學(xué)學(xué)院安徽大學(xué)輸輸入入信信號(hào)號(hào)泵泵浦浦光光隔隔離離器器光光隔隔離離器器波波分分復(fù)復(fù)用用器器摻摻鉺鉺光光纖纖輸輸出出信信號(hào)號(hào)熔熔接接基本組成基本組成各部分作用各部分作用 摻鉺光纖摻鉺光纖(EDF)(ED

9、F)和高功率泵浦光源高功率泵浦光源是關(guān)鍵器件，EDF的增益取決于Er3+的濃度、光纖長度和直徑以及泵浦光功率等多種因素，通常由實(shí)驗(yàn)獲得最佳增益。 把泵浦光與信號(hào)光耦合在一起的也是不可缺少的。 對(duì)泵浦光源的基本要求是大功率和長壽命。對(duì)泵浦光源的基本要求是大功率和長壽命。16課程物理與材料科學(xué)學(xué)院安徽大學(xué)前向泵浦結(jié)構(gòu)后向泵浦結(jié)構(gòu)雙向泵浦結(jié)構(gòu)單級(jí)放大中常用的三種泵浦結(jié)構(gòu)常用結(jié)構(gòu)常用結(jié)構(gòu)17課程物理與材料科學(xué)學(xué)院安徽大學(xué)l前向泵浦：前向泵浦：信號(hào)光與泵浦光以同一方向進(jìn)入摻餌光纖，在摻鉺光纖的輸入端泵浦光較強(qiáng)，其增益系數(shù)大，信號(hào)一進(jìn)入光纖即得到較強(qiáng)的放大。但由于吸收泵浦光將沿光纖長度而衰減，使在一定的光

10、纖長度上達(dá)到增益飽和而使噪聲增加。前向泵浦的優(yōu)點(diǎn)是。l后向泵浦：后向泵浦：信號(hào)光與泵浦光從兩個(gè)不同的方向進(jìn)入摻餌光纖。優(yōu)點(diǎn)是：當(dāng)光信號(hào)放大到很強(qiáng)時(shí)，泵浦光也強(qiáng)，。l雙向泵浦：雙向泵浦：為了使增益光纖中的增益介質(zhì)得到充分激勵(lì)，使用雙泵浦源，兩個(gè)泵浦源從兩個(gè)相反方向進(jìn)入摻餌光纖。這種方式，從而使增益在光纖中也均勻分布，這種配置具有更高的輸出功率，且放大特性與信號(hào)傳輸方向無關(guān)大特性與信號(hào)傳輸方向無關(guān)。18課程物理與材料科學(xué)學(xué)院安徽大學(xué)多級(jí)光纖放大器結(jié)構(gòu)提高泵浦光的利用率19課程物理與材料科學(xué)學(xué)院安徽大學(xué)20課程物理與材料科學(xué)學(xué)院安徽大學(xué)EDFAEDFA的工作原理的工作原理-摻鉺光纖與泵浦選擇摻鉺光纖

11、與泵浦選擇l稀土元素包括15種元素，在元素周期表中位于第五行。目前比較成熟的有源光纖中摻入的 。l摻鉺(Er3+)光纖在波長具有很高的增益，正對(duì)應(yīng)低損耗第三通信窗口，由于其潛在的應(yīng)用價(jià)值，摻鉺(Er3+)光纖激光器發(fā)展十分迅速。l摻鐠光纖放大器工作在1.31m波段。鉺離子能級(jí)圖鉺離子能級(jí)圖21課程物理與材料科學(xué)學(xué)院安徽大學(xué)摻鉺光纖吸收譜可以作為摻鉺光纖泵浦源的波段有：目前常用的泵浦源為22課程物理與材料科學(xué)學(xué)院安徽大學(xué)Energy of the Er3+ ionin the glass fiberE101.54 eV1.27 eV0.80 eVE2E3E31550 nm1550 nmInOut

12、980 nmNon-radiative decayPump980nm泵浦光放大特性摻鉺光纖后的輸出信號(hào)23課程物理與材料科學(xué)學(xué)院安徽大學(xué)l由圖可見，能量從泵由圖可見，能量從泵浦光轉(zhuǎn)換成信號(hào)光的浦光轉(zhuǎn)換成信號(hào)光的效率很高，因此效率很高，因此EDFAEDFA很適合作功率放大器。很適合作功率放大器。l泵浦光功率轉(zhuǎn)換為輸泵浦光功率轉(zhuǎn)換為輸出信號(hào)光功率的效率出信號(hào)光功率的效率為為 92.6 %92.6 %，60 mW60 mW功功率泵浦時(shí)，吸收效率率泵浦時(shí)，吸收效率為為 88 %88 %。008020406020406080泵浦功率泵浦功率輸輸出出信信號(hào)號(hào)功功率率轉(zhuǎn)換效率轉(zhuǎn)換效率92.6%(mW)(mW

13、)輸出信號(hào)功率與泵浦功率的關(guān)系：輸出信號(hào)功率與泵浦功率的關(guān)系：EDFAEDFA的特性的特性24課程物理與材料科學(xué)學(xué)院安徽大學(xué)EDFA增益特性EDFA的增益與鉺離子濃度、摻鉺光纖長度、芯經(jīng)和泵浦功率有關(guān)。增益G定義為輸出光功率與輸入信號(hào)光功率之比的分貝數(shù)：inoutPPGlg10理想的放大器，不管輸入功率多大，光信號(hào)都能按同一比例放大，實(shí)際的放大器并非如此，如下圖，會(huì)出現(xiàn)增益飽和現(xiàn)象。EDFAEDFA的特性的特性25課程物理與材料科學(xué)學(xué)院安徽大學(xué)增益頻譜1.52040102030小小信信號(hào)號(hào)增增益益1.541.56波波長長( ( ) ) m1.58(dB)1.52025101520(dB)1.5

14、41.56波波長長( ( ) ) m1.58大大信信號(hào)號(hào)增增益益3dB譜寬定義為Gsmax-3dB對(duì)應(yīng)的兩個(gè)波長之差。增益平坦性：不同信號(hào)放大增益平坦性也不同，通過上圖可以看出大信號(hào)增益時(shí)平坦性較好。EDFAEDFA的特性的特性26課程物理與材料科學(xué)學(xué)院安徽大學(xué)0-1010302040增增益益02468102015105mL =(mW)泵浦功率泵浦功率(dB)小信號(hào)增益和泵浦功率的關(guān)系l對(duì)于給定的放大器長度對(duì)于給定的放大器長度L L，放大器增益最初隨泵浦功率，放大器增益最初隨泵浦功率按指數(shù)函數(shù)增加，但是當(dāng)泵浦功率超過一定值后，增益按指數(shù)函數(shù)增加，但是當(dāng)泵浦功率超過一定值后，增益的增加就減小的增

15、加就減小EDFAEDFA的特性的特性27課程物理與材料科學(xué)學(xué)院安徽大學(xué)l對(duì)于給定的泵浦功率，放大器的最大增益對(duì)應(yīng)一個(gè)最佳光纖長對(duì)于給定的泵浦功率，放大器的最大增益對(duì)應(yīng)一個(gè)最佳光纖長度，并且當(dāng)超過這個(gè)最佳值后很快降低。度，并且當(dāng)超過這個(gè)最佳值后很快降低。l其原因是鉺光纖的剩余部分沒有被泵浦，反而吸收了已放大的其原因是鉺光纖的剩余部分沒有被泵浦，反而吸收了已放大的信號(hào)。信號(hào)。l因此，選擇合適的光纖長度與泵浦功率在放大器的設(shè)計(jì)中非常因此，選擇合適的光纖長度與泵浦功率在放大器的設(shè)計(jì)中非常重要。重要。增增益益01030200-10102030405040(m)(dB)3 mWPP=24561789鉺鉺光

16、光纖纖長長度度小信號(hào)增益和光纖長度的關(guān)系EDFAEDFA的特性的特性28課程物理與材料科學(xué)學(xué)院安徽大學(xué)3、EDFA的噪聲指數(shù)EDFAEDFA的特性的特性29課程物理與材料科學(xué)學(xué)院安徽大學(xué)EDFA泵浦功率對(duì)噪聲指數(shù)的影響l該圖表示泵浦功率對(duì)放大器噪聲指數(shù)影響的模擬結(jié)果。該圖表示泵浦功率對(duì)放大器噪聲指數(shù)影響的模擬結(jié)果。l數(shù)值計(jì)算表明，強(qiáng)泵浦功率的高增益放大器可以得到接近數(shù)值計(jì)算表明，強(qiáng)泵浦功率的高增益放大器可以得到接近 3 dB 3 dB 的噪聲指數(shù)。的噪聲指數(shù)。l噪聲指數(shù)就像放大器增益一樣，與放大器長度和泵浦功率噪聲指數(shù)就像放大器增益一樣，與放大器長度和泵浦功率有關(guān)。有關(guān)。噪噪聲聲指指數(shù)數(shù)051

17、508020604010010(m)(dB)2mWPP=3510鉺鉺光光纖纖長長度度FnEDFAEDFA的特性的特性30課程物理與材料科學(xué)學(xué)院安徽大學(xué)摻鉺光纖放大器的優(yōu)點(diǎn)(1)(1) 工作波長工作波長：恰好落在光纖通信的最佳波長區(qū)：恰好落在光纖通信的最佳波長區(qū)( 1500 nm )( 1500 nm )；(2) (2) 因?yàn)橐驗(yàn)镋DFAEDFA的主體也是一段光纖，它與線路光纖的的主體也是一段光纖，它與線路光纖的耦合損耗很耦合損耗很小小，甚至可達(dá)到，甚至可達(dá)到0.1 dB;0.1 dB;(3) (3) 噪聲指數(shù)低，增益高，飽和輸出功率大噪聲指數(shù)低，增益高，飽和輸出功率大；(4) (4) 頻帶寬頻

18、帶寬，在，在1 550 nm1 550 nm窗口有窗口有20 -40 nm20 -40 nm帶寬，可進(jìn)行多信道帶寬，可進(jìn)行多信道傳輸，便于擴(kuò)大傳輸容量，從而節(jié)省成本費(fèi)用傳輸，便于擴(kuò)大傳輸容量，從而節(jié)省成本費(fèi)用; ;(5) (5) 所需所需泵浦功率較低泵浦功率較低( (數(shù)十毫瓦數(shù)十毫瓦) )，泵浦效率卻相當(dāng)高；，泵浦效率卻相當(dāng)高；(6) (6) 在多信道應(yīng)用中可進(jìn)行在多信道應(yīng)用中可進(jìn)行無串話傳輸無串話傳輸；(7) (7) 放大器中只有低速電子裝置和幾個(gè)無源器件，放大器中只有低速電子裝置和幾個(gè)無源器件，結(jié)構(gòu)簡單結(jié)構(gòu)簡單，可，可靠性高，體積?。豢啃愿?，體積??；(8) EDFA(8) EDFA需要的需

19、要的工作電流比光工作電流比光- -電電- -光再生器的小光再生器的小，因此可大大減，因此可大大減小遠(yuǎn)供電流，從而降低了對(duì)海纜的電阻和絕緣性能的要求。小遠(yuǎn)供電流，從而降低了對(duì)海纜的電阻和絕緣性能的要求。31課程物理與材料科學(xué)學(xué)院安徽大學(xué)EDFAEDFA的應(yīng)用的應(yīng)用 原則上講只要需要光放大的地方都可以用EDFA，在實(shí)際的光纖鏈路當(dāng)中，EDFA主要用于一下幾個(gè)方面：光光發(fā)發(fā)射射機(jī)機(jī)EDFA光光接接收收機(jī)機(jī)EDFA光光纖纖光光纖纖(a)在在線線放放大大器器在在線線放放大大器器光光發(fā)發(fā)射射機(jī)機(jī)光光接接收收機(jī)機(jī)EDFA光光纖纖(c)前前置置放放大大器器接接收收機(jī)機(jī)前前置置放放大大器器光光發(fā)發(fā)射射機(jī)機(jī)EDF

20、A光光接接收收機(jī)機(jī)光光纖纖(b)功功率率放放大大器器光光發(fā)發(fā)射射機(jī)機(jī)功功率率增增強(qiáng)強(qiáng)器器光光發(fā)發(fā)射射機(jī)機(jī)EDFA光光接接收收機(jī)機(jī)(d)補(bǔ)補(bǔ)償償損損耗耗放放大大器器光光纖纖總總線線節(jié)節(jié)點(diǎn)點(diǎn)在在局局域域網(wǎng)網(wǎng)中中用用于于補(bǔ)補(bǔ)償償分分配配損損耗耗EDFA32課程物理與材料科學(xué)學(xué)院安徽大學(xué) EDFA只能工作在，為了滿足全波光纖工作窗口寬的需要，科學(xué)家們在尋求一種能夠與全波光纖工作窗口相匹配的光放大器，光纖喇曼放大器剛好可以滿足這種要求。4.3.4 光纖喇曼放大器（SRA）受激拉曼散射受激拉曼散射SRSSRS物理機(jī)制：物理機(jī)制：分子間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致分子電偶極矩隨時(shí)間的周期性調(diào)制，這些分子振動(dòng)調(diào)制信號(hào)光后產(chǎn)

21、生了新的光頻， 除此之外還將放大新產(chǎn)生的光。這個(gè)現(xiàn)象稱為拉曼散射。拉曼散射有普通拉曼散射和受激拉曼散射兩種。普通拉曼散射過程屬于自發(fā)散射過程，產(chǎn)生的散射光十分微弱；但是當(dāng)強(qiáng)激光輸入到非線性介質(zhì)中后，一定條件下，散射光具有激光的特性，這就是受激拉曼散射（SRS），SRS過程可以看作是物質(zhì)分子對(duì)光子的散射過程，或者說光子與分子諧振子相互作用的過程。33課程物理與材料科學(xué)學(xué)院安徽大學(xué) 散射光稱為斯托克斯(Stokes)光。另一種情況如右圖所示，產(chǎn)生反斯托克斯光。 sp其過程如下圖所示： 當(dāng)激光束進(jìn)入介質(zhì)后，光子被介質(zhì)吸收，使介質(zhì)分子由E1躍遷到E3，由于E3態(tài)不穩(wěn)定，它很快躍遷到較低的亞穩(wěn)態(tài)E2上，

22、并發(fā)射一個(gè)散射光子，角頻率為ws，然后弛豫回到基態(tài)E1，并產(chǎn)生一個(gè)光學(xué)聲子，這個(gè)非彈性過程前后的能量是守恒的，滿足： spsp即：34課程物理與材料科學(xué)學(xué)院安徽大學(xué)SRS特性受激拉曼散射的光較強(qiáng)，它具有高強(qiáng)度，高方向性，具有閾值特性，通過介質(zhì)時(shí)還將獲得增益。在室溫下，大部分新產(chǎn)生的頻率都處于光載波的低頻區(qū)，對(duì)于二氧化硅玻璃，新峰值頻率比光載頻低13 THz。換言之，當(dāng)信號(hào)波長為1.55 m時(shí)，將在1.65 m處產(chǎn)生新的波長。泵浦波長為泵浦波長為1.0um1.0um時(shí)光纖的拉曼增益譜時(shí)光纖的拉曼增益譜35課程物理與材料科學(xué)學(xué)院安徽大學(xué)可以采用前向泵浦,也可以采用后向泵浦，因后向泵浦減小了泵浦光和

23、信號(hào)光相互作用的長度，從而也就減小了泵浦噪聲對(duì)信號(hào)的影響，所以通常采用后向泵浦。光纖分布式喇曼放大器（光纖分布式喇曼放大器（DRADRA）結(jié)構(gòu)）結(jié)構(gòu)-后向泵浦后向泵浦W WD DM M傳傳輸輸光光纖纖信信號(hào)號(hào)光光泵泵浦浦光光光光復(fù)復(fù)用用器器泵泵浦浦光光增增益益平平坦坦濾濾波波器器入入1 1入入2 236課程物理與材料科學(xué)學(xué)院安徽大學(xué)DRADRA工作原理工作原理l增益介質(zhì)：系統(tǒng)傳輸光纖。l工作原理：基于非線性光學(xué)效應(yīng)。l如果一個(gè)弱信號(hào)光與一個(gè)強(qiáng)泵浦光同時(shí)在一根光纖中如果一個(gè)弱信號(hào)光與一個(gè)強(qiáng)泵浦光同時(shí)在一根光纖中傳輸，強(qiáng)泵浦光產(chǎn)生拉曼效應(yīng)，弱信號(hào)光處在拉曼增傳輸，強(qiáng)泵浦光產(chǎn)生拉曼效應(yīng)，弱信號(hào)光處在

24、拉曼增益曲線內(nèi)；益曲線內(nèi)；l則弱信號(hào)光會(huì)得到放大，獲得喇曼增益。37課程物理與材料科學(xué)學(xué)院安徽大學(xué)l泵浦功率為泵浦功率為200mW200mW時(shí)，最時(shí)，最大增益值為大增益值為7.78 dB7.78 dBl泵浦功率為泵浦功率為100 mW100 mW時(shí)，最時(shí)，最大增益值為大增益值為3.6 dB3.6 dB。l在增益峰值附在增益峰值附近的增益帶寬近的增益帶寬約為約為7-8THz7-8THz。喇喇曼曼增增益益波波長長051015202501234561443147015001530 15601590162078200mW泵泵浦浦功功率率泵泵浦浦光光和和信信號(hào)號(hào)光光的的頻頻率率差差泵泵浦浦C(THz)（

25、nm）泵泵浦浦功功率率100mW(dB)波波段段窗窗口口小信號(hào)光在長光纖內(nèi)的喇曼增益38課程物理與材料科學(xué)學(xué)院安徽大學(xué)l后向泵浦的后向泵浦的光纖分布式光纖分布式喇曼放大器，喇曼放大器，3232個(gè)波長的個(gè)波長的DWDMDWDM信號(hào)光信號(hào)光和和2 2個(gè)波長個(gè)波長的泵浦光在的泵浦光在光纖中反向光纖中反向傳輸。傳輸。l在光纖的后在光纖的后半段，信號(hào)半段，信號(hào)光功率電平光功率電平已足夠低，已足夠低，所以不會(huì)產(chǎn)所以不會(huì)產(chǎn)生光纖的非生光纖的非線性影響。線性影響。0 02 20 04 40 06 60 08 80 00 0- -1 10 01 10 02 20 0功功率率( (d dB Bm m) )傳傳輸輸

26、距距離離（k km m）1 10 00 01 12 20 03 32 2個(gè)個(gè)波波長長的的信信號(hào)號(hào)光光泵泵浦浦光光1 1泵泵浦浦光光2 2E ED DF FA AE ED DF FA A信信號(hào)號(hào)光光泵泵浦浦光光光光接接收收光光發(fā)發(fā)射射D DR RA A泵泵浦浦光功率在傳輸光纖中的分布光功率在傳輸光纖中的分布39課程物理與材料科學(xué)學(xué)院安徽大學(xué)喇曼放大技術(shù)應(yīng)用喇曼放大技術(shù)應(yīng)用l分布式喇曼放大器不但能夠工作在EDFA常使用到的 C 波段（1530 -1564 nm）l而且也能工作在波長較短的 S 波段（1350-1450 nm）和較長的 L 波段（1564-1620 nm），完全滿足全波光纖對(duì)工作窗口

27、的要求。40課程物理與材料科學(xué)學(xué)院安徽大學(xué)l對(duì) 于 半 導(dǎo) 體 光 放 大 器(SOA, Semiconductor Optical Amplifiers)的研究，早在1962年發(fā)明半導(dǎo)體激光器不久就已開始了。l然而，只有在上世紀(jì)80年代，在認(rèn)識(shí)到它將在光波系統(tǒng)中具有廣泛應(yīng)用前景的驅(qū)使下，才對(duì)SOA進(jìn)行了廣泛的研究和開發(fā)。4.3.5 4.3.5 半導(dǎo)體光放大器半導(dǎo)體光放大器41課程物理與材料科學(xué)學(xué)院安徽大學(xué)半導(dǎo)體光放大器的機(jī)理半導(dǎo)體光放大器的機(jī)理l半導(dǎo)體光放大器的機(jī)理與激光器的相同，即通過。l光放大器只是一個(gè)，其核心是當(dāng)放大器被光或電泵浦時(shí)，使粒子數(shù)反轉(zhuǎn)獲得光增益。該增益通常不僅與入射信號(hào)的頻率（或波長）有關(guān)，而且與放大器內(nèi)任一點(diǎn)的局部光強(qiáng)有關(guān)，該頻率和光強(qiáng)與光增益的關(guān)系又取決于放大器介質(zhì)。42課程物理與材料科學(xué)學(xué)院安徽大學(xué)(1)FPA 半導(dǎo)體激光器由于在解理面存在反射，當(dāng)偏流低于閾值時(shí)是放大器。l減小腔體界面反射，可使激光器變?yōu)榉糯笃鳌?/p>