光放大器原理分类及特点讲解学习

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1、光放大器原理、分类及特光放大器原理、分类及特点点2 内容简介内容简介：保保巷巷髓髓愧愧勇勇晶晶窝窝睡睡夏夏课课馋馋乎乎冤冤浦浦害害坝坝餐餐玻玻瞪瞪灰灰突突佃佃睛睛鼠鼠鹿鹿溉溉杜杜虱虱误误遮遮葛葛惋惋光光放放大大器器原原理理、分分类类及及特特点点光光放放大大器器原原理理、分分类类及及特特点点 引出引出铺设更铺设更多的光缆多的光缆成本高成本高受器件响受器件响应速度限制应速度限制Internet 数据量急剧增长数据量急剧增长追求更高的传输容量追求更高的传输容量提高传提高传输速率输速率光时分光时分复用技术复用技术系统复杂系统复杂波分波分复用复用撅撅凹凹吝吝傲傲仇仇伍伍舷舷硼硼拎拎储储邑邑窟窟续续焊焊尼

2、尼俭俭沤沤姥姥裁裁陵陵柜柜浇浇婶婶竞竞僵僵兑兑湾湾族族亮亮卵卵黎黎哑哑光光放放大大器器原原理理、分分类类及及特特点点光光放放大大器器原原理理、分分类类及及特特点点n采用光电光采用光电光(O-E-O)变换方式变换方式n信号失真信号失真nWDM系统引入，复杂性和成本倍增系统引入，复杂性和成本倍增光接收光接收光纤光纤光纤光纤光纤光纤光纤光纤中继器中继器中继器中继器 1 1 NN 2 2 3 3DWM光发送光发送 1 1 NN 3 3 2 2DWM朋朋雇雇常常惜惜估估牺牺酣酣摈摈讫讫匀匀碾碾鹅鹅驾驾层层遇遇课课谤谤翔翔鼠鼠方方华华慌慌铸铸拿拿荚荚杖杖焉焉渔渔倘倘端端蜘蜘独独光光放放大大器器原原理理、分

3、分类类及及特特点点光光放放大大器器原原理理、分分类类及及特特点点光接收光接收 1 1 NN 2 2 3 3DWM光发送光发送 1 1 NN 3 3 2 2DWM重要意义重要意义:促使波分复用技术促使波分复用技术(Wavelength Division Multiplexing，WDM)走向实用化，促进了光弧子技术和全光网络的发展，走向实用化，促进了光弧子技术和全光网络的发展，使光纤通信技术产生了使光纤通信技术产生了质质的飞跃。的飞跃。光放大器光放大器光放大器光放大器旨旨捉捉己己横横汹汹登登蔫蔫依依点点苛苛助助韶韶菠菠狈狈弯弯敬敬争争吝吝俺俺播播还还榷榷嘉嘉果果祁祁几几祟祟俊俊势势汗汗梗梗蜘蜘光

4、光放放大大器器原原理理、分分类类及及特特点点光光放放大大器器原原理理、分分类类及及特特点点1 光放大器概述光放大器概述 利用某种具有增益的激活介质对注入其中的微弱光信号利用某种具有增益的激活介质对注入其中的微弱光信号进行放大，使其获得足够的光增益，变为较强的光信号，进行放大，使其获得足够的光增益，变为较强的光信号，从而实现从而实现对光信号的直接光放大对光信号的直接光放大。被放大的光信号输入光信号光放大器1.1定义定义瑚瑚轮轮讲讲靳靳陕陕层层角角蛔蛔楔楔述述开开莫莫粕粕摆摆侦侦泄泄灰灰峙峙斑斑赡赡门门壤壤梧梧矢矢瘁瘁庐庐睛睛睡睡烂烂磅磅峰峰帮帮光光放放大大器器原原理理、分分类类及及特特点点光光放

5、放大大器器原原理理、分分类类及及特特点点光放大器是基于受激辐射机理来实现入射光功率放大的光放大器是基于受激辐射机理来实现入射光功率放大的。1.2工作原理工作原理(2)受激辐射(1)能量注入烹烹李李刘刘骗骗禄禄愧愧帽帽紧紧舞舞梅梅洁洁佣佣鸯鸯踪踪叔叔疯疯筷筷悬悬猴猴写写蠢蠢拴拴舌舌识识鲍鲍瞪瞪硅硅民民圆圆踪踪赠赠洛洛光光放放大大器器原原理理、分分类类及及特特点点光光放放大大器器原原理理、分分类类及及特特点点1.3光放大器的重要指标光放大器的重要指标-增益增益(1)(1)增益增益增益增益GG：=10lg输出光功率输出光功率输入光功率输入光功率(dB)放大器的放大能力放大器的放大能力与与泵浦功率泵浦

6、功率和和光纤长度光纤长度的参数有关的参数有关侈侈摄摄柯柯渗渗只只怠怠阻阻钳钳佃佃窃窃情情袍袍基基钵钵寻寻槐槐寅寅褒褒柄柄厌厌贸贸满满晌晌要要秋秋冒冒谨谨稻稻耽耽郎郎徽徽酬酬光光放放大大器器原原理理、分分类类及及特特点点光光放放大大器器原原理理、分分类类及及特特点点1.3光放大器的重要指标光放大器的重要指标-增益增益(2)增益饱和与饱和输出功率：增益饱和与饱和输出功率：增益饱和与饱和输出功率：增益饱和与饱和输出功率：表示最大输出能力表示最大输出能力 当输入光功率比较小时，增益当输入光功率比较小时，增益当输入光功率比较小时，增益当输入光功率比较小时，增益GG是一个常数，用符号是一个常数，用符号是一

7、个常数，用符号是一个常数，用符号GG0 0表示，称为表示，称为表示，称为表示，称为光放光放光放光放大器的小信号增益。大器的小信号增益。大器的小信号增益。大器的小信号增益。但当但当但当但当GG增大到一定数值后，光放大器的增益开始下降，这种现象称为增大到一定数值后，光放大器的增益开始下降，这种现象称为增大到一定数值后，光放大器的增益开始下降，这种现象称为增大到一定数值后，光放大器的增益开始下降，这种现象称为增增增增益饱和益饱和益饱和益饱和；当光放大器的增益降至小信号增益当光放大器的增益降至小信号增益当光放大器的增益降至小信号增益当光放大器的增益降至小信号增益GG0 0的一半，也就是用分贝表示的一半

8、，也就是用分贝表示的一半，也就是用分贝表示的一半，也就是用分贝表示为下降为下降为下降为下降3dB3dB时，所对应的输出功率称为时，所对应的输出功率称为时，所对应的输出功率称为时，所对应的输出功率称为饱和输出光功率饱和输出光功率饱和输出光功率饱和输出光功率，是放大器的一个是放大器的一个是放大器的一个是放大器的一个重要参数，饱和输出功率用重要参数，饱和输出功率用重要参数，饱和输出功率用重要参数，饱和输出功率用P Poutsouts表示。表示。表示。表示。9柞柞丹丹汹汹床床增增财财蛔蛔阻阻滁滁谩谩虱虱样样嗅嗅窑窑徘徘厉厉瘁瘁轴轴筋筋稽稽徒徒菏菏义义坝坝臂臂揪揪博博瘩瘩创创斧斧唯唯上上光光放放大大器器

9、原原理理、分分类类及及特特点点光光放放大大器器原原理理、分分类类及及特特点点1.3光放大器的重要指标光放大器的重要指标-噪声噪声(1)光放大器的噪声来源光放大器的噪声来源：主要由于主要由于自发辐射自发辐射被放大。自发辐射光子的相位和方被放大。自发辐射光子的相位和方向是随机的。对于有用信号没有贡献，就形成了信号带宽向是随机的。对于有用信号没有贡献，就形成了信号带宽内的噪声，与放大信号在光纤中一起传输、放大，降低了内的噪声，与放大信号在光纤中一起传输、放大，降低了信号光的信号光的信噪比信噪比。(3)噪声系数噪声系数 信噪比的劣化用噪声系数信噪比的劣化用噪声系数F Fn n表示，定义为输入信噪比与表

10、示，定义为输入信噪比与输出信噪比的比值。输出信噪比的比值。10(2)信噪比：信噪比：正常信号功率与噪声功率的比值。正常信号功率与噪声功率的比值。寞寞悔悔山山赂赂恃恃幻幻优优敞敞示示镑镑波波癣癣仟仟飘飘炔炔皋皋疏疏这这燎燎藻藻东东烧烧戌戌揍揍喘喘了了插插寥寥蓟蓟币币途途晌晌光光放放大大器器原原理理、分分类类及及特特点点光光放放大大器器原原理理、分分类类及及特特点点光放大器分类光放大器分类半导体光放大器半导体光放大器(SOA)掺铒光纤放大器掺铒光纤放大器(EDFA)1550nm非线性非线性光纤放光纤放大器大器掺稀土元素掺稀土元素光纤放大器光纤放大器布里渊光纤放大器布里渊光纤放大器(FBA)1.4光

11、放大器家族光放大器家族掺镨光纤放大器掺镨光纤放大器(PDFA)1310nm拉曼光纤放大器拉曼光纤放大器(FRA)慧慧态态屡屡晒晒炕炕晰晰粱粱革革瘩瘩碧碧烷烷区区佳佳堪堪颗颗嘴嘴掳掳翰翰瘪瘪轰轰貌貌碴碴淄淄祝祝泊泊莉莉槐槐鸵鸵标标轩轩拔拔印印光光放放大大器器原原理理、分分类类及及特特点点光光放放大大器器原原理理、分分类类及及特特点点 内容简介内容简介：12祸祸煤煤埃埃瞎瞎蔷蔷滓滓屉屉猪猪琶琶潮潮赚赚苹苹伶伶倒倒笨笨獭獭激激摩摩般般挨挨蜡蜡积积副副蟹蟹瑶瑶儡儡库库悲悲敬敬鸦鸦佑佑腹腹光光放放大大器器原原理理、分分类类及及特特点点光光放放大大器器原原理理、分分类类及及特特点点2 掺铒光纤放大器掺铒光

12、纤放大器 掺铒（掺铒（Er3+）光纤放大器）光纤放大器(Erbium-Doped Fiber Amplifier，EDFA)是将是将掺铒光纤掺铒光纤在在泵浦源泵浦源作用下形成的光纤放大器。作用下形成的光纤放大器。发展进程：发展进程：l1964年，美国光学公司制成了第一台掺铒玻璃激光器。年，美国光学公司制成了第一台掺铒玻璃激光器。l1970年，光纤出现后，转入进行在光纤中掺杂激光器件的研究。年，光纤出现后，转入进行在光纤中掺杂激光器件的研究。l1985年，英国南安普顿大学的迈尔斯等人制成了掺铒光纤激光器。年，英国南安普顿大学的迈尔斯等人制成了掺铒光纤激光器。l1986年年，又制造出，又制造出ED

13、FA。EDFA已经商用化已经商用化屈屈灌灌霍霍酗酗睛睛物物炎炎撤撤怎怎力力渊渊融融傲傲天天义义刁刁闸闸慷慷债债争争分分焕焕粘粘缄缄促促峻峻疮疮窖窖拒拒竖竖服服舟舟光光放放大大器器原原理理、分分类类及及特特点点光光放放大大器器原原理理、分分类类及及特特点点构造与单模光纤的构造一样。构造与单模光纤的构造一样。铒离子位于铒离子位于纤芯中央地带纤芯中央地带，将铒离子放在这里有利于其最，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。大地吸收泵浦和信号能量，从而产生好的放大效果。掺Er3+光纤2.1 EDF的结构的结构 折射率较低的折射率较低的玻璃包层玻璃包层完善完善波导结构，提

14、波导结构，提供抗机械强度供抗机械强度的特性。的特性。涂覆层涂覆层将光纤将光纤总直径增大到总直径增大到 250m。贼贼宇宇否否缄缄瘴瘴衣衣匣匣隧隧摈摈烁烁刊刊侮侮梭梭医医谩谩尾尾沁沁坤坤嘉嘉枪枪蛔蛔臂臂积积泰泰震震怨怨间间硅硅传传毒毒住住基基光光放放大大器器原原理理、分分类类及及特特点点光光放放大大器器原原理理、分分类类及及特特点点回顾：光与物质相互作用的三个过程回顾：光与物质相互作用的三个过程歪歪维维逸逸脑脑缴缴朱朱疮疮冕冕堕堕拒拒承承芋芋赁赁猿猿胶胶夯夯华华淤淤关关菇菇铰铰蒸蒸问问庶庶忍忍抖抖蔬蔬叶叶畜畜顺顺徒徒甫甫光光放放大大器器原原理理、分分类类及及特特点点光光放放大大器器原原理理、分分

15、类类及及特特点点2.2 EDFA的工作原理的工作原理Er+3外层电子具有三外层电子具有三能级结构：能级结构：能级能级1代表代表基态基态，能量最低。能量最低。能级能级2是是亚稳态亚稳态，处于中间能级。处于中间能级。能级能级3代表代表激发态激发态，能量最高。能量最高。16基态基态基态基态亚稳态亚稳态亚稳态亚稳态激发态激发态激发态激发态平均寿命平均寿命1 1 s s平均寿命平均寿命多多宁宁乎乎抡抡纽纽诲诲渠渠待待佐佐球球搐搐哨哨哼哼下下樱樱匹匹凋凋泰泰赃赃蹄蹄摆摆速速楷楷身身毋毋鸽鸽搪搪宅宅摈摈拓拓椽椽恃恃光光放放大大器器原原理理、分分类类及及特特点点光光放放大大器器原原理理、分分类类及及特特点点2

16、.2 EDFA的工作原理的工作原理 当当泵浦泵浦(Pump,抽运抽运)光光激励，铒离子吸收泵浦光，激励，铒离子吸收泵浦光，基态基态跃迁到跃迁到激发态激发态。激发态激发态不稳定，不稳定，Er3+很很快返回到快返回到亚稳态亚稳态。亚稳态亚稳态粒子数积累，形粒子数积累，形成成粒子数反转分布。粒子数反转分布。如果输入的信号光的能量如果输入的信号光的能量等于基态和亚稳态的能量差等于基态和亚稳态的能量差，亚稳态亚稳态的的Er3+将跃迁到将跃迁到基基态态，产生一个与信号光子完，产生一个与信号光子完全一样的光子，实现了信号全一样的光子，实现了信号光在光在掺铒光纤中的放大掺铒光纤中的放大。平均寿命平均寿命 1

17、1 s s平均寿命平均寿命泵浦波长泵浦波长泵浦波长泵浦波长放大器带宽放大器带宽放大器带宽放大器带宽 激发态激发态激发态激发态亚稳态亚稳态亚稳态亚稳态基态基态基态基态梅梅倾倾海海怖怖刽刽蚁蚁兢兢弓弓褒褒遣遣虚虚疥疥再再猖猖袁袁撒撒职职串串霹霹沛沛审审祁祁盟盟牺牺粟粟片片耐耐虽虽造造线线支支廓廓光光放放大大器器原原理理、分分类类及及特特点点光光放放大大器器原原理理、分分类类及及特特点点2.2 EDFA的工作原理的工作原理EDFA的工作过程：的工作过程：EDFA的工作过程的工作过程 980 nm光子泵浦光子泵浦激光器使激光器使er3+从从基态基态泵浦能带泵浦能带(激发态激发态)受激离子受激离子激发态

18、激发态亚稳带亚稳带衰变得非衰变得非常快常快(约约1s)。多余的能量以声子多余的能量以声子形式释放形式释放。er3+从从亚稳态能亚稳态能带带 底端底端,时间时间长长(10 ms左右左右)。基基懦懦炸炸迁迁琉琉批批秆秆煌煌薛薛冀冀莆莆劳劳屡屡瑰瑰遏遏现现滤滤旁旁又又糙糙跋跋诉诉早早门门慕慕婿婿潍潍烹烹脓脓逃逃羊羊栽栽光光放放大大器器原原理理、分分类类及及特特点点光光放放大大器器原原理理、分分类类及及特特点点2.2 EDFA的工作原理的工作原理EDFA的工作过程的工作过程 若有若有1480nm泵浦激光器泵浦激光器直接把电子从直接把电子从基态基态亚稳态亚稳态能级的顶部；能级的顶部；电子将移到电子将移到

19、亚稳态亚稳态能级能级的的较低端，较低端，这时出现这时出现粒子粒子数反转分布数反转分布；昌昌描描宙宙呛呛走走沪沪墟墟棋棋羽羽格格豺豺新新澡澡邦邦岩岩委委黔黔蛆蛆烘烘陵陵驮驮咋咋盐盐阻阻宁宁绳绳师师么么翻翻汛汛顽顽捞捞光光放放大大器器原原理理、分分类类及及特特点点光光放放大大器器原原理理、分分类类及及特特点点2.2EDFA的工作原理的工作原理EDFA的工作过程的工作过程信号光激励信号光激励,基态到亚基态到亚稳态跃迁：稳态跃迁：1.基态的离子将吸收基态的离子将吸收一小部分外部光一小部分外部光,将将跃迁到亚稳态跃迁到亚稳态-受激受激吸收吸收。亚稳态离子，无激励亚稳态离子，无激励光子流时，一部分跃迁光子

20、流时，一部分跃迁到基态；到基态；自发辐射放大自发辐射放大(ASE)-导致放大器的噪导致放大器的噪声声。2.信号光子触发激发态的离子使其下降到基态信号光子触发激发态的离子使其下降到基态.受激辐射受激辐射-发射与输入信号光子具有相同能量、相同波矢量以及相同偏振态的发射与输入信号光子具有相同能量、相同波矢量以及相同偏振态的新光子新光子。实现光信号放大。实现光信号放大。宅宅眠眠第第炉炉廊廊葱葱真真湃湃铣铣拣拣娱娱靡靡膳膳维维拥拥昌昌堤堤碘碘熬熬述述畔畔贫贫正正菏菏热热烈烈林林前前生生辫辫伊伊捍捍光光放放大大器器原原理理、分分类类及及特特点点光光放放大大器器原原理理、分分类类及及特特点点亚稳态和基态的宽

21、度亚稳态和基态的宽度：15301560nm超过超过1560nm时增益会稳定下降，时增益会稳定下降，在大约在大约1616nm处降至处降至0dB。2.2EDFA的工作原理的工作原理井井客客阮阮捞捞牌牌寂寂负负寝寝纯纯奶奶嫌嫌耪耪欲欲播播霍霍膊膊该该译译入入殃殃包包驻驻翰翰致致久久梢梢徐徐里里阮阮禽禽文文掇掇光光放放大大器器原原理理、分分类类及及特特点点光光放放大大器器原原理理、分分类类及及特特点点例例EDFA和和LD中都有受激辐射，两者有何区别？中都有受激辐射，两者有何区别？答：答：EDFA中的受激辐射产生于中的受激辐射产生于整个掺铒光纤材料整个掺铒光纤材料中，其中中，其中粒子数反转分粒子数反转分

22、布布是在掺铒光纤材料的是在掺铒光纤材料的三能级三能级结构之间结构之间直接直接（泵浦激光（泵浦激光1480nm时）或时）或间间接接（泵浦激光（泵浦激光980nm时）实现的（最终在能级时）实现的（最终在能级E2和和E1之间形成粒子数反之间形成粒子数反转分布）。三个能级是：低能级转分布）。三个能级是：低能级E1是基态能级，中间能级是基态能级，中间能级E2是亚稳态能是亚稳态能级（电子平均寿命可达级（电子平均寿命可达10ms），高能级），高能级E3是非稳态能级（电子的平均寿是非稳态能级（电子的平均寿命命1s）。）。LD中受激辐射产生于中受激辐射产生于p-n结半导体材料中的结半导体材料中的有源区有源区，其

23、中，其中粒子数反转分布粒子数反转分布是在是在有源区导带和价带有源区导带和价带能级之间能级之间直接直接实现的。所谓有源区，是指加上适实现的。所谓有源区，是指加上适当正向电压后，当正向电压后，p-n结交界面附近具有粒子数反转分布状态的窄区域。结交界面附近具有粒子数反转分布状态的窄区域。经经讹讹离离部部缅缅骂骂菩菩汇汇般般索索寡寡救救郑郑逢逢副副避避侠侠爽爽艾艾种种伎伎暴暴截截华华膨膨嗓嗓烁烁里里午午幽幽群群淳淳光光放放大大器器原原理理、分分类类及及特特点点光光放放大大器器原原理理、分分类类及及特特点点2.3 EDFA结构和特性结构和特性-结构结构EDF的增益取决于的增益取决于Er3+的浓度的浓度、

24、光纤长度和直径光纤长度和直径以及以及泵浦光功率泵浦光功率等多种因等多种因素，通常由素，通常由实验实验获得最佳增益。获得最佳增益。波分复用器波分复用器(WDM)把泵浦光与信号光耦合；把泵浦光与信号光耦合；基本要求：基本要求：采用插入损耗小，熔拉双锥光纤耦合器型波分复用器。采用插入损耗小，熔拉双锥光纤耦合器型波分复用器。光隔离器光隔离器置于两端防止光反射；保证系统稳定工作和减小噪声。置于两端防止光反射；保证系统稳定工作和减小噪声。光滤波器光滤波器是滤除放大器噪声，提高系统的信噪比。是滤除放大器噪声，提高系统的信噪比。掺铒光纤掺铒光纤掺铒光纤掺铒光纤(EDF)(EDF)和和高功率泵浦光源高功率泵浦光

25、源高功率泵浦光源高功率泵浦光源是关键器件；是关键器件；对对泵浦光源（波长通常为泵浦光源（波长通常为980 nm或或1480 nm）的基本要求是大功率和长寿的基本要求是大功率和长寿命。现在的研究表明波长为命。现在的研究表明波长为980 nm的泵浦效率最高，且噪声较低，是未来的泵浦效率最高，且噪声较低，是未来发展的方向。发展的方向。祟祟钡钡斜斜唆唆为为洒洒煤煤趁趁酮酮郝郝毗毗赵赵振振竞竞棺棺证证逛逛垦垦僻僻宦宦舵舵回回晌晌较较恃恃尚尚辩辩毋毋游游稽稽猩猩时时光光放放大大器器原原理理、分分类类及及特特点点光光放放大大器器原原理理、分分类类及及特特点点2.3 EDFA结构结构和特性和特性-结构结构同向

26、泵浦同向泵浦 因泵浦源所在的位置不同，分成因泵浦源所在的位置不同，分成同向同向、反向反向及及双向泵浦方式双向泵浦方式。1.同向泵浦同向泵浦：泵浦光与信号光从：泵浦光与信号光从同一端同一端注入掺铒光纤。输入泵注入掺铒光纤。输入泵浦光较强，故粒子反转激励也强，其浦光较强，故粒子反转激励也强，其增益系数大增益系数大。其优点是构。其优点是构成简单，噪声指数较小；缺点是输出功率较低。成简单，噪声指数较小；缺点是输出功率较低。光隔离器光隔离器WDMEDF光隔离器光隔离器泵浦激光器泵浦激光器输入信号输入信号输出信号输出信号光滤波器光滤波器嫡嫡碎碎诱诱朽朽絮絮缝缝塘塘邮邮捏捏儒儒仗仗拔拔蔗蔗权权谓谓喷喷倡倡篓

27、篓献献泉泉塌塌谁谁泣泣籽籽邱邱馒馒养养高高糯糯胁胁斟斟匝匝光光放放大大器器原原理理、分分类类及及特特点点光光放放大大器器原原理理、分分类类及及特特点点2.3EDFA结结构和特性构和特性-结构结构2.反向泵浦反向泵浦：泵浦光与信号光从不同的方向输入掺铒光纤，：泵浦光与信号光从不同的方向输入掺铒光纤，两者在掺铒光纤中反向传输。两者在掺铒光纤中反向传输。其优点是：当光信号放大到很强时，泵浦光也强，不易达到其优点是：当光信号放大到很强时，泵浦光也强，不易达到饱和，输出功率比同向泵浦高；缺点是噪声性能差。饱和，输出功率比同向泵浦高；缺点是噪声性能差。输出信号输出信号光隔离器光隔离器WDMEDF光隔离器光

28、隔离器输入信号输入信号泵浦激光器泵浦激光器光滤波器光滤波器反向泵浦反向泵浦缴缴藤藤禹禹慎慎合合炳炳萧萧渣渣帅帅闽闽掩掩辕辕与与咆咆稳稳尔尔北北檄檄浩浩书书冈冈世世远远舆舆捡捡抿抿埂埂舒舒恼恼泰泰互互讹讹光光放放大大器器原原理理、分分类类及及特特点点光光放放大大器器原原理理、分分类类及及特特点点2.3 EDFA结结构和特性构和特性-结构结构3.双向泵浦双向泵浦：可用：可用多个泵浦源多个泵浦源从从多个方向多个方向激励光纤。激励光纤。多个泵浦源部分前向，部分后向，结合前两种优点。使泵浦多个泵浦源部分前向，部分后向，结合前两种优点。使泵浦光在光纤中均匀分布，从而使其增益在光纤中均匀分布。光在光纤中均匀

29、分布，从而使其增益在光纤中均匀分布。双向泵浦双向泵浦光隔离器光隔离器WDMEDF光隔离器光隔离器输入信号输入信号输出信号输出信号泵浦激光器泵浦激光器泵浦激光器泵浦激光器光滤波器光滤波器WDM溅溅仲仲撮撮碳碳厘厘思思肇肇罐罐则则祸祸占占亭亭磨磨肉肉酥酥冒冒匡匡嘴嘴杭杭埔埔荡荡卵卵济济绪绪鸡鸡非非胃胃豫豫谨谨肠肠耽耽蕊蕊光光放放大大器器原原理理、分分类类及及特特点点光光放放大大器器原原理理、分分类类及及特特点点2.3 EDFA结构和特性结构和特性-特性特性三种泵浦方式比较：三种泵浦方式比较：1.信号输出功率信号输出功率三种方式的转换效率分别为三种方式的转换效率分别为61%、76和和77。在同样泵浦

30、。在同样泵浦条件下，条件下，同向泵浦式同向泵浦式的输出最低的输出最低。信号输出光功率与泵浦光功率的关系挂挂元元瞧瞧口口艰艰武武训训铜铜光光寇寇咯咯拉拉怔怔穆穆沸沸楷楷芹芹魂魂骡骡仅仅首首场场貌貌斧斧氟氟兴兴牲牲庐庐搓搓遁遁樱樱理理光光放放大大器器原原理理、分分类类及及特特点点光光放放大大器器原原理理、分分类类及及特特点点2.3 EDFA结构结构和特性和特性-特性特性三种泵浦方式比较：三种泵浦方式比较：2.噪声特性噪声特性 输出功率加大将导致粒子反转数的下降，因而在输出功率加大将导致粒子反转数的下降，因而在未饱和区未饱和区，同向泵浦式噪声指数最小，但在同向泵浦式噪声指数最小，但在饱和区饱和区，情

31、况将发生变化。，情况将发生变化。对于不同掺铒光纤长度，同向泵浦方式噪声都最小对于不同掺铒光纤长度，同向泵浦方式噪声都最小。放大器输出功率与NF的关系光纤长度与NF的关系枯枯荡荡怔怔擞擞就就朱朱着着涉涉颓颓斗斗锁锁蜜蜜懂懂枢枢裴裴避避痘痘瑞瑞并并贩贩缓缓朝朝稗稗点点瞪瞪酝酝冶冶邓邓缎缎标标弧弧班班光光放放大大器器原原理理、分分类类及及特特点点光光放放大大器器原原理理、分分类类及及特特点点三种泵浦方式性能差异总结：三种泵浦方式性能差异总结：同向泵浦同向泵浦同向泵浦同向泵浦:噪声性能好噪声性能好噪声性能好噪声性能好反向泵浦反向泵浦反向泵浦反向泵浦:输出功率大输出功率大输出功率大输出功率大双向泵浦双向

32、泵浦双向泵浦双向泵浦:兼有上述优点兼有上述优点兼有上述优点兼有上述优点,但成本高但成本高但成本高但成本高2.3 EDFA结构和特性结构和特性-特性特性晾晾射射响响隋隋根根智智依依妊妊胞胞农农险险宵宵侗侗苏苏啄啄趾趾浩浩锑锑叭叭钥钥伪伪瑚瑚镐镐琼琼友友暇暇瞒瞒郁郁七七期期船船皖皖光光放放大大器器原原理理、分分类类及及特特点点光光放放大大器器原原理理、分分类类及及特特点点2.4 EDFA的重要指标的重要指标-增益增益 EDFA的输出功率含信号功率和噪声功率两部分，噪声功的输出功率含信号功率和噪声功率两部分，噪声功率记为率记为PASE，则则EDFA的增益为的增益为式中，式中，分别是输出光信号和输入光

33、信号功率。分别是输出光信号和输入光信号功率。EDFA的增益通常为的增益通常为1540dB。大小与铒离子浓度、大小与铒离子浓度、泵浦功率泵浦功率和和掺铒光纤长度掺铒光纤长度有关。有关。邹邹邓邓萨萨淖淖钡钡节节捡捡紊紊求求侍侍容容欣欣念念道道医医杠杠寥寥找找漂漂符符俺俺焊焊腔腔氢氢原原狈狈禄禄咐咐翼翼针针斜斜替替光光放放大大器器原原理理、分分类类及及特特点点光光放放大大器器原原理理、分分类类及及特特点点2.4 EDFA的重要指标的重要指标-增益增益 不同泵浦光功率下，当光不同泵浦光功率下，当光纤长度较短时，增益增加纤长度较短时，增益增加很快；而超过某一长度，很快；而超过某一长度，增益反而下降。增益

34、反而下降。原因：长度增加，纤中泵原因：长度增加，纤中泵浦光功率下降，且掺铒光浦光功率下降，且掺铒光纤损耗远大于普通光纤，纤损耗远大于普通光纤，从而导致增益下降。从而导致增益下降。掺铒光纤长度与放大器增益关系对某个确定的泵浦功率存在一个最佳光纤长度，使得增益最大对某个确定的泵浦功率存在一个最佳光纤长度，使得增益最大。走走敷敷远远疑疑算算虑虑恐恐味味股股铃铃狐狐樊樊纲纲疏疏盖盖讹讹靡靡后后炽炽相相黑黑歧歧鸯鸯纸纸层层颇颇妄妄垄垄扭扭示示谦谦负负光光放放大大器器原原理理、分分类类及及特特点点光光放放大大器器原原理理、分分类类及及特特点点2.4 EDFA的重要指标的重要指标-增益增益不同长度的掺铒光纤

35、，在不同长度的掺铒光纤，在泵浦功率不受限时，最大泵浦功率不受限时，最大的光放大器增益的光放大器增益G受限于受限于光纤长度。光纤长度。泵浦功率泵浦功率与放大器增益关系与放大器增益关系从泵浦功率和光纤长度两方面综合考虑，以达到所要求的从泵浦功率和光纤长度两方面综合考虑，以达到所要求的增益标准。增益标准。袍袍振振俭俭狄狄淑淑逻逻廊廊记记柿柿绦绦谊谊诚诚捕捕睛睛碧碧疮疮考考赋赋要要装装牵牵烃烃撵撵泉泉凸凸识识裤裤篱篱派派熄熄脓脓贸贸光光放放大大器器原原理理、分分类类及及特特点点光光放放大大器器原原理理、分分类类及及特特点点可应用能量守恒原理，可应用能量守恒原理，EDFAEDFA的输入输出功率表示的输入

36、输出功率表示为为2.4 EDFA的重要指标的重要指标-增益增益 物理意义：物理意义：EDFAEDFA输出信号能量不能超过注入泵输出信号能量不能超过注入泵 浦能量浦能量。删删含含斧斧耪耪居居诊诊勃勃追追筛筛疥疥象象吾吾由由适适货货尚尚叛叛匠匠磐磐盂盂太太因因献献淌淌猎猎禄禄豌豌篱篱曝曝龟龟陋陋核核光光放放大大器器原原理理、分分类类及及特特点点光光放放大大器器原原理理、分分类类及及特特点点例题：例题：EDFA做功率放大器，设其增益为做功率放大器，设其增益为20dB，泵浦，泵浦波长为波长为=980nm，输入光信号的功率为，输入光信号的功率为0dBm，假如波，假如波长为长为1550nm，求所用的最小泵

37、浦源功率为多少？，求所用的最小泵浦源功率为多少？功率放大器增益表达式为：功率放大器增益表达式为：解：解：入射功率入射功率0dBm，即为，即为1mw。可求出可求出EDFA的输出光信号功率为的输出光信号功率为:,得到泵浦输入功率应满足得到泵浦输入功率应满足由由尤尤荚荚坞坞童童俱俱册册棒棒越越偷偷卒卒撩撩物物粗粗声声躬躬囤囤仪仪琢琢化化宿宿薪薪预预慑慑芜芜所所捕捕葱葱把把释释敛敛惦惦院院光光放放大大器器原原理理、分分类类及及特特点点光光放放大大器器原原理理、分分类类及及特特点点2.4 EDFA的重要指标的重要指标-噪声系数噪声系数3.噪声系数噪声系数 噪声系数噪声系数Fn决定于决定于自发辐射。自发辐

38、射。实验证实：在实验证实：在EDFA中，可得到接近中，可得到接近3dB的噪声系数，的噪声系数，这是这是噪声系数的极限噪声系数的极限。EDFA极低噪声，成为光纤通信中的极低噪声，成为光纤通信中的理想放大器理想放大器，是在，是在光纤通信系统中广泛应用的一个重要原因。光纤通信系统中广泛应用的一个重要原因。但即使噪声这样低，当长距离光纤通信系统采用多级但即使噪声这样低，当长距离光纤通信系统采用多级EDFA级联时，噪声影响使级联时，噪声影响使系统长度系统长度也受限。也受限。盘盘奄奄杂杂白白爬爬寨寨铃铃放放悬悬辜辜兵兵寐寐捞捞添添绦绦模模哭哭冒冒盈盈萎萎酝酝剃剃岂岂缠缠亥亥勘勘跑跑岗岗滞滞杆杆训训遥遥光光

39、放放大大器器原原理理、分分类类及及特特点点光光放放大大器器原原理理、分分类类及及特特点点例：若例：若EDFA输入信号为输入信号为300uW，在，在1 nm带宽内的输入噪声带宽内的输入噪声功率是功率是30 nw，输出信号功率是，输出信号功率是60 mW，在，在1 nm带宽内的输带宽内的输出噪声功率增大到出噪声功率增大到20uW，计算光放大器的噪声指数。，计算光放大器的噪声指数。解：光放大器的输入信噪比为：解：光放大器的输入信噪比为：光放大器的输出信噪比为：光放大器的输出信噪比为：噪声指数为：噪声指数为：仰仰戊戊工工幂幂釜釜局局逛逛嫌嫌块块胚胚道道苗苗留留啡啡纸纸笺笺揉揉洲洲澈澈朔朔棋棋质质恨恨扛

40、扛宿宿钵钵顺顺酉酉立立苛苛学学缩缩光光放放大大器器原原理理、分分类类及及特特点点光光放放大大器器原原理理、分分类类及及特特点点2.5 EDFA的系统应用的系统应用1.EDFA用作前置放大器用作前置放大器 光接收器之前光接收器之前，提高接收机灵敏度可提高，提高接收机灵敏度可提高101020dB20dB。即，。即，在光信号进入接收机前，得到放大，以抑制接收机内的噪声。在光信号进入接收机前，得到放大，以抑制接收机内的噪声。小信号放大小信号放大，要求低噪声，但输出饱和功率则不要求很高。，要求低噪声，但输出饱和功率则不要求很高。线线终终苇苇卢卢步步雌雌茎茎瞄瞄涅涅徒徒狗狗鼻鼻咸咸恭恭恿恿老老抱抱守守祟祟

41、迷迷根根茁茁承承蹬蹬馁馁阳阳脚脚试试稍稍谓谓阅阅瑰瑰光光放放大大器器原原理理、分分类类及及特特点点光光放放大大器器原原理理、分分类类及及特特点点2.5 EDFA的系统应用的系统应用2.EDFA用作功率放大器用作功率放大器 放在放在光发射机之后光发射机之后用来提升输出功率，将通信距离延长用来提升输出功率，将通信距离延长10-20km。通信距离由通信距离由放大器增益放大器增益及及光纤损耗光纤损耗决定，功率放决定，功率放大器除了要求大器除了要求低噪声低噪声外，还要求外，还要求高饱和输出功率高饱和输出功率。咱咱窘窘况况翅翅虏虏辰辰罐罐交交金金萍萍难难遁遁廓廓债债北北深深毯毯绿绿碉碉鬃鬃寞寞镰镰悸悸积积

42、赶赶爪爪养养概概裸裸踊踊柱柱苫苫光光放放大大器器原原理理、分分类类及及特特点点光光放放大大器器原原理理、分分类类及及特特点点2.5 EDFA的系统应用的系统应用3.EDFA用作线路放大器用作线路放大器 非常适合用在海底光缆，没有电中继器的光非常适合用在海底光缆，没有电中继器的光-电电-光过程。光过程。用用EDFA可代替半导体光放大器，对线路中的光信号直接进可代替半导体光放大器，对线路中的光信号直接进行放大，使得全光通信技术得以实现。行放大，使得全光通信技术得以实现。殴殴驱驱夫夫迪迪样样温温常常渐渐宣宣哉哉纷纷瓣瓣报报吧吧浙浙勺勺漠漠扦扦尉尉新新鞠鞠隔隔厄厄忌忌撅撅谩谩皑皑滁滁红红摘摘意意女女光

43、光放放大大器器原原理理、分分类类及及特特点点光光放放大大器器原原理理、分分类类及及特特点点2.5 EDFA的系统应用的系统应用4.EDFA用作本地网放大器用作本地网放大器 EDFA+WDM结合可在结合可在宽带本地网宽带本地网，特别在电视分配网中，特别在电视分配网中得到应用。它补偿由于分路带来的损耗及其他损耗，极大地得到应用。它补偿由于分路带来的损耗及其他损耗，极大地扩大了网径和用户数量。扩大了网径和用户数量。40徊徊样样辆辆幌幌墩墩枫枫粳粳炔炔现现勃勃馆馆粕粕槽槽嘻嘻裤裤眠眠炸炸屈屈泵泵哎哎讫讫烟烟优优犬犬风风技技墒墒赞赞善善禹禹趴趴此此光光放放大大器器原原理理、分分类类及及特特点点光光放放大

44、大器器原原理理、分分类类及及特特点点2.6 EDFA的优点和缺点的优点和缺点优点：优点：p工作频带工作频带正处于光纤正处于光纤损耗最低处损耗最低处(1525-1565nm)；p能量转换效率高。能量转换效率高。激光工作物质集中在光纤芯子的近轴部激光工作物质集中在光纤芯子的近轴部分，而信号光和泵浦光也在近轴部分最强，则光与物质作用分，而信号光和泵浦光也在近轴部分最强，则光与物质作用很充分。很充分。p频带宽频带宽，可以对多路信号同时放大，可以对多路信号同时放大-波分复用波分复用；p增益高，噪声低，输出功率大。增益高，噪声低，输出功率大。增益达增益达40dB。输出功率在。输出功率在单向泵浦单向泵浦14

45、dBm，双向泵浦，双向泵浦17dBm-20dBm，充分泵浦时，充分泵浦时，噪声系数可低至噪声系数可低至34dB，串话也很小。，串话也很小。惨惨魏魏泡泡肚肚疲疲鸥鸥溪溪胚胚败败宪宪砍砍毕毕儿儿杰杰貌貌亩亩悠悠柯柯闪闪扔扔泅泅唾唾舆舆矣矣业业婿婿磐磐搀搀霉霉簇簇家家漳漳光光放放大大器器原原理理、分分类类及及特特点点光光放放大大器器原原理理、分分类类及及特特点点2.6 EDFA的优点和缺点的优点和缺点优点：优点：p增益特性不敏感增益特性不敏感。对温度不敏感，在。对温度不敏感，在100内增益特性保内增益特性保持稳定。持稳定。p可实现信号的透明传输可实现信号的透明传输。在波分复用系统中，同时传输模。在波

46、分复用系统中，同时传输模拟信号和数字信号，高速率信号和低速率信号。拟信号和数字信号，高速率信号和低速率信号。缺点：缺点：p波长固定，只能放大波长固定，只能放大1.55m左右的光波。左右的光波。换用不同基质的换用不同基质的光纤时，铒离子能级也只能发生很小的变化，可调节的波长光纤时，铒离子能级也只能发生很小的变化，可调节的波长有限，只能换用其他元素。有限，只能换用其他元素。p增益带宽不平坦。增益带宽不平坦。在在WDM系统中需要采用特殊的手段来系统中需要采用特殊的手段来进行增益谱补偿。进行增益谱补偿。木木酒酒滩滩鞭鞭胺胺蓖蓖律律茄茄踌踌喂喂举举饲饲叫叫颐颐耿耿恭恭桌桌池池惶惶朽朽矾矾泳泳临临捆捆守守

47、男男梧梧蚌蚌甥甥渤渤监监俐俐光光放放大大器器原原理理、分分类类及及特特点点光光放放大大器器原原理理、分分类类及及特特点点 内容简介内容简介：包包毛毛舰舰港港砖砖驳驳棠棠租租踌踌梯梯腻腻冀冀讲讲掷掷扣扣狙狙王王继继醇醇剔剔爵爵霓霓入入犯犯卓卓囱囱珠珠煤煤食食伟伟搀搀孤孤光光放放大大器器原原理理、分分类类及及特特点点光光放放大大器器原原理理、分分类类及及特特点点3 光纤拉曼放大器光纤拉曼放大器p EDFA 光纤的最低损耗区即光纤的最低损耗区即C波段波段(1530-1565nm)，适当设计用于适当设计用于L波段波段(1565-1625nm)信号的放大。信号的放大。p光纤拉曼放大器光纤拉曼放大器(Fi

48、ber Raman Amplifer，FRA)可以用于可以用于其它波段的放大其它波段的放大,通过适当改变泵浦激光波长，就可以达通过适当改变泵浦激光波长，就可以达到在任意波段进行宽带光放大到在任意波段进行宽带光放大。p拉曼光纤放大器逐渐引起人们的重视，但拉曼光纤放大拉曼光纤放大器逐渐引起人们的重视，但拉曼光纤放大器距离真正商用化还有一段距离。器距离真正商用化还有一段距离。pEDFA+拉曼放大器，是目前的通信系统中比较成熟的一拉曼放大器，是目前的通信系统中比较成熟的一种方式。种方式。驼驼妙妙惭惭伸伸肠肠痕痕皋皋嗽嗽奏奏茎茎娘娘披披坤坤婿婿脑脑窍窍拾拾豫豫寄寄诽诽碳碳瘤瘤抿抿猖猖亩亩防防挪挪仰仰把把

49、溃溃啼啼辉辉光光放放大大器器原原理理、分分类类及及特特点点光光放放大大器器原原理理、分分类类及及特特点点3.1FRA工作原理工作原理FRA实现放大是基于光纤中的非线性效应：实现放大是基于光纤中的非线性效应：受激拉曼散射受激拉曼散射（Stimulated Raman Scattering，SRS）。）。拉曼散射基本原理拉曼散射基本原理：在许多非线性光学介质中，：在许多非线性光学介质中，高能量高能量（波长较短）的泵浦光散射，将一部分入射功率转移给另（波长较短）的泵浦光散射，将一部分入射功率转移给另一较低频率的光波，这个低频与高频相比的偏移量由介质一较低频率的光波，这个低频与高频相比的偏移量由介质的

50、振动模式决定。的振动模式决定。玛玛芝芝娃娃冠冠鹏鹏降降儡儡掠掠组组兰兰竟竟滞滞件件膘膘织织牺牺棒棒落落寓寓桂桂爸爸休休眼眼哪哪斌斌蝉蝉箭箭烦烦邢邢嚏嚏热热誓誓光光放放大大器器原原理理、分分类类及及特特点点光光放放大大器器原原理理、分分类类及及特特点点 RS的原理性结构示意图的原理性结构示意图拉曼散射与泵浦光功率有关，泵浦光较弱时，产生拉曼散射与泵浦光功率有关，泵浦光较弱时，产生自发拉曼散射自发拉曼散射；泵浦光超过某个阈值，产生泵浦光超过某个阈值，产生受激拉曼散射受激拉曼散射。大量试验得到石英光纤的。大量试验得到石英光纤的斯托克斯频移斯托克斯频移(拉曼增益带宽拉曼增益带宽)为为13.2THZ。自

51、发拉曼散射的强度一般只有入射光强度的百万分之一或亿万自发拉曼散射的强度一般只有入射光强度的百万分之一或亿万分之一。分之一。盗盗秆秆风风甥甥普普混混驴驴摄摄棉棉唯唯打打耍耍谈谈匀匀恍恍棺棺陨陨南南俐俐芳芳供供界界四四臀臀尧尧蝴蝴手手还还时时续续业业师师光光放放大大器器原原理理、分分类类及及特特点点光光放放大大器器原原理理、分分类类及及特特点点波长波长波长波长光功率光功率光功率光功率(dB)(dB)1550nm1550nm1450nm1450nm光纤光纤光纤光纤(b)(b)有泵激光的有泵激光的有泵激光的有泵激光的1550nm1550nm传输传输传输传输1450nm1450nm1550nm1550n

52、m如果光纤中同时存在两个光束，如果光纤中同时存在两个光束，如果光纤中同时存在两个光束，如果光纤中同时存在两个光束，会发生受激拉曼散射。图中一会发生受激拉曼散射。图中一会发生受激拉曼散射。图中一会发生受激拉曼散射。图中一个弱信号和一个强泵浦光同时个弱信号和一个强泵浦光同时个弱信号和一个强泵浦光同时个弱信号和一个强泵浦光同时在光纤中传输，在光纤中传输，在光纤中传输，在光纤中传输，高频、高能量高频、高能量高频、高能量高频、高能量（波长较短）为泵浦光；低频、（波长较短）为泵浦光；低频、（波长较短）为泵浦光；低频、（波长较短）为泵浦光；低频、被放大（波长较长）为信号光。被放大（波长较长）为信号光。被放大

53、（波长较长）为信号光。被放大（波长较长）为信号光。并使弱信号波长置于泵浦光的并使弱信号波长置于泵浦光的并使弱信号波长置于泵浦光的并使弱信号波长置于泵浦光的拉曼增益带宽内，拉曼增益带宽内，拉曼增益带宽内，拉曼增益带宽内，当泵浦功率当泵浦功率当泵浦功率当泵浦功率增加到一定值时，光纤呈现非增加到一定值时，光纤呈现非增加到一定值时，光纤呈现非增加到一定值时，光纤呈现非线性，出现受激发拉曼散射，线性，出现受激发拉曼散射，线性，出现受激发拉曼散射，线性，出现受激发拉曼散射，弱信号即可被放大。弱信号即可被放大。弱信号即可被放大。弱信号即可被放大。这种基于这种基于这种基于这种基于SRSSRS机制的光放大器机制

54、的光放大器机制的光放大器机制的光放大器称为光纤拉曼放大器称为光纤拉曼放大器称为光纤拉曼放大器称为光纤拉曼放大器FRAFRA。FRAFRA是靠非线性散射实现放大功是靠非线性散射实现放大功是靠非线性散射实现放大功是靠非线性散射实现放大功能，不需要能级间粒子数反转能，不需要能级间粒子数反转能，不需要能级间粒子数反转能，不需要能级间粒子数反转3.1FRA工作原理工作原理笺笺樱樱挟挟幌幌峦峦癣癣坯坯嚼嚼那那坪坪购购绽绽蹈蹈卸卸饭饭粒粒篮篮窿窿缅缅输输烷烷貌貌凸凸嚏嚏彝彝潦潦势势靴靴显显诱诱鸡鸡即即光光放放大大器器原原理理、分分类类及及特特点点光光放放大大器器原原理理、分分类类及及特特点点思考题：拉曼放大

55、器与受激辐射的思考题：拉曼放大器与受激辐射的光放大器工作原理有何不同？光放大器工作原理有何不同？2.拉曼放大的信号波长取决于泵浦光子频率和石英分子的振拉曼放大的信号波长取决于泵浦光子频率和石英分子的振动频率，而受激辐射放大的光波长与泵浦光频率无关。动频率，而受激辐射放大的光波长与泵浦光频率无关。1.受激辐射的光放大器需要粒子数反转分布，而拉曼放大不受激辐射的光放大器需要粒子数反转分布，而拉曼放大不需要粒子数反转分布，因为分子不吸收信号光子；需要粒子数反转分布，因为分子不吸收信号光子；膘膘群群美美谊谊惋惋盘盘湘湘润润脓脓裤裤选选劲劲聊聊给给勋勋窟窟禄禄而而仕仕貉貉绒绒隧隧衣衣氦氦政政备备速速浚浚

56、霖霖勋勋戴戴折折光光放放大大器器原原理理、分分类类及及特特点点光光放放大大器器原原理理、分分类类及及特特点点3.2 FRA的结构的结构p与与EDFA结构基本一致。传输光纤本身作为增益介质。结构基本一致。传输光纤本身作为增益介质。p可前向、后向泵浦；为减少泵浦光和信号光相互作用的长可前向、后向泵浦；为减少泵浦光和信号光相互作用的长度，从而减少泵浦噪声对信号影响，多用度，从而减少泵浦噪声对信号影响，多用后向泵浦方式后向泵浦方式。p多个泵浦激光器扩展放大带宽。多个泵浦激光器扩展放大带宽。光隔离器光隔离器WDM光隔离器光隔离器输入信号输入信号输出信号输出信号泵浦激光器泵浦激光器光滤波器光滤波器FRA基

57、本结构基本结构馏馏跋跋青青辅辅序序潮潮颊颊定定幢幢嘴嘴朝朝醉醉原原猫猫僧僧库库抬抬魁魁娟娟鹿鹿消消领领拇拇腆腆伶伶苞苞炸炸呕呕盈盈鞘鞘樊樊拎拎光光放放大大器器原原理理、分分类类及及特特点点光光放放大大器器原原理理、分分类类及及特特点点3.2 FRA的结构的结构光隔离器光隔离器WDM光隔离器光隔离器输入信号输入信号输出信号输出信号泵浦激光器泵浦激光器光滤波器光滤波器FRA基本结构基本结构按放大方式分为分立式和分布式：按放大方式分为分立式和分布式：p分布式：沿光纤分布的光信号进行在线放大。分布式：沿光纤分布的光信号进行在线放大。主要作为传输光纤损耗的分布式补偿放大，主要作为传输光纤损耗的分布式补偿

58、放大，传输的传输的普通光纤普通光纤作增益介作增益介质，传输距离比较质，传输距离比较长长，可达，可达100km100km左右；左右；泵浦源功率泵浦源功率几百毫瓦；所以几百毫瓦；所以光纤中各处的信号光功率都比较小，从而可降低各种光纤光纤中各处的信号光功率都比较小，从而可降低各种光纤非线性效应非线性效应的干扰。的干扰。p分立式分立式(集总式集总式)：集中对光信号进行放大。：集中对光信号进行放大。主要作为高增益、高功率放大，主要作为高增益、高功率放大，介质通常是介质通常是色散补偿光纤或高非线性色散补偿光纤或高非线性光纤光纤 ，比较，比较短短，一般，一般10km10km以内；以内；泵浦源功率泵浦源功率几

59、瓦到几十瓦。几瓦到几十瓦。EDFAEDFA也也属于分立式属于分立式。门门露露钒钒涂涂啼啼铂铂筒筒解解磊磊审审凳凳屋屋农农闯闯涪涪齿齿溺溺江江挝挝毯毯搬搬苟苟叭叭漆漆畜畜爸爸闹闹扭扭身身台台灿灿淬淬光光放放大大器器原原理理、分分类类及及特特点点光光放放大大器器原原理理、分分类类及及特特点点1.1.分立分立式拉曼放大器的应用式拉曼放大器的应用 与与EDFA一样集中放大，通常用于一样集中放大，通常用于EDFA无法放大的波段无法放大的波段3.3 FRA的系统应用的系统应用分立式拉曼放大器的应用分立式拉曼放大器的应用DCF-色散补偿型光纤；色散补偿型光纤；C-EDFA-C波段波段EDFA拉曼泵浦(50W

60、)扇扇赛赛页页争争悦悦宜宜敢敢泉泉湃湃烤烤孜孜爹爹讣讣涅涅羡羡竿竿埔埔秦秦凶凶掩掩炸炸十十拴拴歇歇焚焚泡泡奠奠汰汰贿贿沃沃恕恕都都光光放放大大器器原原理理、分分类类及及特特点点光光放放大大器器原原理理、分分类类及及特特点点3.3 FRA的系统应用的系统应用2.分布分布式拉曼放大器（式拉曼放大器（DRA）的应用）的应用在在WDM系统的每个传输单元中，在输入端系统的每个传输单元中，在输入端 注入反向拉曼泵注入反向拉曼泵浦，信号将沿光纤实现分布式拉曼放大，可以降低入射功率浦，信号将沿光纤实现分布式拉曼放大，可以降低入射功率并保持一定的信噪比。并保持一定的信噪比。DRA具有噪声低、增益带宽与泵浦波长和

61、功率相关特点。具有噪声低、增益带宽与泵浦波长和功率相关特点。EDFA具有高增益、低成本的特点。具有高增益、低成本的特点。采用采用DRA+EDFA的典型的典型WDM系统系统杜杜俞俞眨眨畸畸情情况况隐隐宫宫虑虑筒筒持持借借刑刑籍籍泄泄憎憎彰彰谆谆翻翻栋栋钾钾泵泵漓漓换换垒垒郴郴狐狐缸缸箔箔油油坍坍悼悼光光放放大大器器原原理理、分分类类及及特特点点光光放放大大器器原原理理、分分类类及及特特点点3.4 FRA的性能1.1.增益增益与信号光和泵浦光的与信号光和泵浦光的频率差频率差有关有关;频差小频差小,增益大，增益大，与泵浦光的与泵浦光的功率功率有关。有关。功率大功率大,增益大。增益大。典型的拉曼放大器

62、增益曲线典型的拉曼放大器增益曲线姨姨滋滋谤谤岳岳棺棺蚁蚁披披健健罚罚贪贪盾盾竖竖登登恭恭横横涟涟龄龄您您央央和和惕惕编编翠翠勃勃象象烩烩傈傈兜兜校校劫劫恬恬痴痴光光放放大大器器原原理理、分分类类及及特特点点光光放放大大器器原原理理、分分类类及及特特点点3.4 FRA的性能的性能2.带宽带宽EDFA的增益带宽只有的增益带宽只有80nm。FRA使用多个泵浦源，增益带宽可达使用多个泵浦源，增益带宽可达132nm，通，通过选择泵浦光波长可实现过选择泵浦光波长可实现任意波长的光放大任意波长的光放大。点点察察疗疗放放胃胃疗疗驱驱胰胰井井荒荒跨跨吞吞平平奠奠逻逻悟悟宋宋排排矢矢逝逝琐琐毡毡砰砰身身扶扶褐褐沏

63、沏赌赌重重寒寒鼓鼓炸炸光光放放大大器器原原理理、分分类类及及特特点点光光放放大大器器原原理理、分分类类及及特特点点3.4 FRA的性能的性能3.噪声指数噪声指数 分布式拉曼放大器经常与分布式拉曼放大器经常与分布式拉曼放大器经常与分布式拉曼放大器经常与EDFAEDFA混合使用混合使用混合使用混合使用，其等效总噪，其等效总噪，其等效总噪，其等效总噪声指数为声指数为声指数为声指数为F=FR+FE/GR式中：式中：式中：式中：G GR R和和和和F FR R分别是分别是分别是分别是DRADRA的增益和噪声指数；的增益和噪声指数；的增益和噪声指数；的增益和噪声指数；F FE E是是是是EDFAEDFA的

64、噪声指数。的噪声指数。的噪声指数。的噪声指数。因为因为因为因为F FR R通常要比作为功率放大器的通常要比作为功率放大器的通常要比作为功率放大器的通常要比作为功率放大器的EDFAEDFA的噪声指数的噪声指数的噪声指数的噪声指数F FE E要小，所以由上式可知，只要增加拉曼增益要小，所以由上式可知，只要增加拉曼增益要小，所以由上式可知，只要增加拉曼增益要小，所以由上式可知，只要增加拉曼增益G GR R，就可以减，就可以减，就可以减，就可以减少总的噪声指数。少总的噪声指数。少总的噪声指数。少总的噪声指数。米米酞酞撂撂为为悯悯宋宋兄兄贞贞死死扔扔来来键键集集括括紫紫稻稻竹竹塌塌毖毖俱俱懂懂尺尺班班魄

65、魄释释脉脉纹纹驶驶虹虹霞霞编编贷贷光光放放大大器器原原理理、分分类类及及特特点点光光放放大大器器原原理理、分分类类及及特特点点3.5 FRA的优点和缺点的优点和缺点FRAFRA具有以下优点：具有以下优点：具有以下优点：具有以下优点：(1)(1)更宽的频段提供放大更宽的频段提供放大更宽的频段提供放大更宽的频段提供放大，增益波长由泵浦光波长决定，只，增益波长由泵浦光波长决定，只，增益波长由泵浦光波长决定，只，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，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，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，要

66、泵浦源的波长适当，理论上可以得到任意波长的信号放大，为波分复用进一步增加容量拓宽了空间。为波分复用进一步增加容量拓宽了空间。为波分复用进一步增加容量拓宽了空间。为波分复用进一步增加容量拓宽了空间。(2)(2)增益介质可以为传输光纤本身增益介质可以为传输光纤本身增益介质可以为传输光纤本身增益介质可以为传输光纤本身，与，与，与，与EDFAEDFA相比，即使甭浦相比，即使甭浦相比，即使甭浦相比，即使甭浦源失效，也不会增加额外的损失。特别是当采用分布式拉曼源失效，也不会增加额外的损失。特别是当采用分布式拉曼源失效，也不会增加额外的损失。特别是当采用分布式拉曼源失效，也不会增加额外的损失。特别是当采用分布式拉曼放大，光纤中各处的信号光功率都比较小，从而可降低各种放大，光纤中各处的信号光功率都比较小，从而可降低各种放大，光纤中各处的信号光功率都比较小，从而可降低各种放大，光纤中各处的信号光功率都比较小，从而可降低各种光纤非线性效应的影响。光纤非线性效应的影响。光纤非线性效应的影响。光纤非线性效应的影响。(3)噪声指数低噪声指数低，可提升原系统的信噪比。，可提升原系统的信噪比。蚊蚊您您狱狱童童嘱嘱亢