工程硕士光纤课件第六章

第六章第六章 光放大器光放大器v6.1 光纤放大器 6.11 EDFA的原理 Er 的能级图 6.11 EDFA的原理v 在未受任何光激励的情况下，处在基态上。但有泵浦光入射时，铒粒子吸收泵浦光的能量，向高能态跃迁。泵浦光的波长不同，粒子所跃迁到的高能态也不同 泵浦光波长（nm）跃迁能级 1480 980 807 655 6.1.2 EDFA的基本组成vFA主要由掺铒光纤（EDF），泵浦源和隔离器等组成。如图所示 6.1.2 EDFA的基本组成vEDFA按泵浦方式分为三种最基本的结构 1.同向泵浦 上图即为同向泵浦结构。这是一种信号光与泵浦光以同一方向从掺铒光纤的输入端注入的结构。2.反向泵浦v反向泵浦结构中，信号光和泵浦光从两个不同的方向注入掺铒光纤。3.双向泵浦v这种结构同时采用同向泵浦和反向泵浦，放大器性能与输入信号方向无关 6.1.3 EDFA的特性vEDFA的基本特性主要有增益特性、最大输出特性和噪声特性。v1.增益特性 增益定义为输出信号光功率和输入信号光功率之比。掺铒光纤的增益主要依赖于EDF的长度和横断面结构。如纤芯折射率差、芯径、Er离子及其他共掺剂浓度等因素。6.1.3 EDFA的特性 EDFA的增益饱和特性 信号增益与泵浦功率关系 6.1.3 EDFA的特性v2.最大输出功率vEDFA的最大输出功率定义为当饱和增益下降3dB时，所对应的输出功率。他代表了EDFA的最大输出能力。vEDFA的饱和输出特性与泵浦功率大小和掺铒光纤长短有关。泵浦光功率越大，光纤长度越长，最大输出功率越大。6.1.3 EDFA的特性v3.噪声指数vNF是输入端与输出端信噪比的比值。是放大的自发辐射输出功率 是普朗克常数 是信号光频率 是光学带宽 G是增益 6.1.4 EDFA的基本种类v按其具体应用场合，EDFA可分为线路放大器（LA）、前置放大器（PA）和功率放大器（BA）。v线路放大器是将EDFA直接插入到光纤传输链路中对信号进行放大的应用形式。v功率放大器是将EDFA放在发射光源后面对信号进行放大的应用形式。v前置放大器放在光接收机前面，对接受到的光信号进行预放大用来改善整个接收系统的噪声特性，从而大大提高了接收机的灵敏度。6.1.5 EDFA的应用v1.大容量高速光通信系统v2.长距离光通信系统，如下图：v3.光纤用户接入网系统长途光通信系统框图6.1.5 EDFA的应用v4.波分复用系统：v5.光纤CATV系统光纤传输CATV系统框图 6.2 半导体激光放大器vSLA可以分为两类，即FP型(FPA)和行波型(TWA)。v两者的主要差别在于端面反射率的不同，从而导致了性能上的巨大差异。本节将主要介绍这两类放大器的基本原理、特点及应用特性。6.2 半导体激光放大器 输 入 信号 波导 输出信号 输出光纤输入光纤增透镀复 内增益 +24dB 净增益 +18dB SLA的基本结构 R R L6.2 半导体激光放大器 FPA（R1=R2=0.3,L=200um,Ith=150mA）TWA(R1=R2=8E-4,L=500um,Ith=550um)最大增益Gmax3dB带宽温度变化(G1Db)(C)正交偏振态的增益变化(Db)饱和输出功率(dBm)25 6 0.11 12 -4.5 33 75 1.5 2.5 10 FPA和TWA特性的比较6.2 半导体激光放大器增 40益 30 B 20 10 A Psin=40dB 0 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 归一化偏置电流 SLA的增益与电流关系 曲线A：FPA（L=20um，R=0.3,Ith=15mA）曲线B：TWA(L=500um,R=8E-4,Ith=55Ma