光放大器的发展

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,光放大器的发展,山东大学威海分校qcb,光放大器,光放大器是光纤通信系统中能对光信号进行放大的一种子系统产品。光放大器的原理基本上是基于激光的受激辐射，通过将泵浦光的能量转变为信号光的能量实现放大作用。光放大器自从1990年代商业化以来已经深刻改变了光纤通信工业的现状。,指标,光放大器是一个模拟器件，所以它的性能参数都是模拟参数。,增益（Gain）,增益是输出光功率与输入光功率之,比，也就是：增益POUT/PIN,其中POUT和PIN分别是输出光功率,和输入光功率，功率的单位为瓦特；,通常我们用分贝（dB）为单位来表示,增益，也就是：增益（dB）10lg（,POUT/PIN）,噪声指数（NF,）光放大器的噪声指数（NF，Noise,Figure）的定义式为光放大器输入输,出端口的信噪比（SNR，Signal to,Noise Ratio）的比值：,增益带宽,所谓增益带宽是指光放大器有效的频率（或,波长）范围，通常指增益从最大值下降3dB,时，对应的波长范围，如1.3.3中a、b之,间。增益带宽的单位是纳米（nm）。对于,WDM系统，所有光波长通道都要得到放大，,因此，光放大器必须具有足够宽的增益带宽。,饱和输出功率,光放大器的输入光功率范围有一定的要求，,当输入光功率大于某一阈值时，就会出现增,益饱和；增益饱和是指输出功率不再随输入,功率增加而增加或增加很小。根据ITU-T的建,议，当增益比正常情况低3dB时的输出光功,率称为饱和输出功率，其单位通常用dBm表,示。,分类,光放大器,半导体光放大器(SOA，Semiconductor Optical Amplifier),非线性光纤放大器,掺稀土元素光纤放大器(EDFA),光放大器,解决了衰减对光传输网络(OTN)传输速率与距离的限制,并使超高速、超大容量、超长距离的波分、密集波分、全光传输、光孤子传输等成为现实,。主要应用为发射机后的功率放大,(BA)、接收机前的预放大(PA)和线路中的中继放大(LA),用来补偿线路传输衰减,节点分配衰减,色散补偿,并降低非线性效应等,.,掺铒光纤放大器EDFA,EDFA为掺铒光纤放大器,以掺铒光纤为增益介质,利980nm和1480nm泵浦作为泵浦光源,使铒离子Er3+粒子数反转,信号光入射使亚稳态Er3+粒子受激辐射,产生信号放大。,EDFA技术,增益平坦技术 GFF(Gain Flatness Filter),DGE(DynamicGainEqualizer),铒纤掺杂。实现GFF,的技术主要有介质薄膜技术和光纤光栅技术;实现,DGE的技术主要有声光、磁光、MZ、AWG等;在银,纤中掺杂Al、氟化物、碲化物等使铒纤增益平坦,降,低增益起伏。,增益可调技术,利用VOA(VariableOptical At,tenuator),VASC(VariableAttenuationSlopeCompen,sation)等衰减器,调节增益斜率(GainTilt),达到调,节增益的目的,.,滤波技术,采用BPF(BandpassFilter),OTF,(Optical TunableFilter)等,滤除ASE噪声功率。,高功率输出技术,双包层ErYb共掺,采用泵浦,方式是V形槽,高功率多模注入泵浦;,多功能技术,中级功能模块接入,AGC/APC/,ACC可选,瞬态响应控制,ASE补偿,Truly AGC;,小型化技术,小型无制冷泵,Hybrid器件,80mm铒纤及80mm尾纤器件。,大带宽,C+LBand可以实现80nm的放大带宽,低插损,高增益,低噪声,高输出功率,偏振无关,信道串扰小,对传输码率与格式及系统升级透明等。,EDFA的优点,带宽还不够大,只利用了光纤低损耗窗口的一部分,高性能产品基本为客户定做,属非标准产品,开发周期长。,EDFA的,缺点,EDFA的发展,高性能,(宽带宽,高功率,高增益,增益平坦,低噪,声);,多功能,(中级接入,大动态范围增益可调,快速的,瞬态响应控制,ASE补偿实现truly AGC,AGC/,APC/ACC多工作模式);,EDFA+FRA混合放大,;,小型化EDFA,(Mini EDFA)。,半导体光放大器（SOA）,S,OA是偏置电流靠近振荡阈值但在阈值之下半导体激光二极管,其放大特性主要取决于有源层的介质特性和激光腔的特性,。,尺寸小、频带宽、增益高；容易集成，适宜同光集成和光,电集成电路结合使用。,但缺点是与光纤的耦合损耗太大、易受环境温度的影响、工,作稳定性较差。,SOA优点,缺点,由于半导体光放大器的工作原理决定了其放大增益不是高，因此半导体放大器在现代光通信系统中作为纯粹功率放大应用较少，它更多的是被用作高速通信网中光开关、光复用解复用器和波长变换器等光信号处理模块。,SOA发展,工作原理是基于光纤的受激喇曼散射(SRS)效应,。,分为集总式(LRA)和分布式(DRA)两种类型。,喇曼光纤放大器,FRA,1)宽频谱、大功率输出；,2)将FRA与局部平坦的EDFA串联使用，可获得带宽高于,100nm的超宽带增益平坦放大器；,3)采用双向拉曼泵浦，可使传输距离扩大2倍，达1040km；,4)采用波长为1420nm和1450nm两个泵源的FRA可得到很宽的带宽(14801620nm)；5)智能化。,FRA的发展,光纤放大器的发展方向,由于超高速率、大容量、长距离光纤通信系统的发展，对作为光纤通信领域的关键器件光纤放大器在功率、带宽和增益平坦方面提出了新的要求，因此，在未来的光纤通信网络中，光纤放大器的发展方向主要有以下几个方面：,(1),EDFA从C-Band向L-Band发展；,(2)宽频谱、大功率的光纤拉曼放大器；,(3)将局部平坦的EDFA与光纤拉曼放大器进行串联使用，获得超宽带的平坦增益放大器；,(4)发展应变补偿的无偏振、单片集成、光横向连接的半导体光放大器光开关；,(5)研发具有动态增益平坦技术的光纤放大器；,(6)小型化、集成化光纤放大器。,随着新材料、新技术的不断突破，光纤放大器在12921660nm波长范围内获得带宽为300nm超宽带将不是梦想，Tbit/s DWDM光网络传输系统将一定会实现。,谢谢！,