2011第7章掺铒光纤放大器

三、掺铒光纤放大器工作原理（1）
掺 铒高 密 度带 (100～ 2000 ppm )
直 径 3～ 6 m 掺 锗的 纤 芯
直 径 125 m
S iO
包
2
层
直 径 250 m 涂 覆 层
掺铒光纤芯层的几何模型
三、掺铒光纤放大器工作原理（2）
三、掺铒光纤放大器工作 原理（3）
1、铒离子从基态跃迁到 激发带能级（吸收泵浦光） 2、从激发带跃迁到亚稳带 （无辐射跃迁） 3、从亚稳态跃迁到基态 （产生受激辐射光，因而 信号光得到放大）
所以，要有中继站： 1、光--电--光转换 2、直接对光信号放大
一、光--电--光转换
1R
2R
3R
光电变换 光纤 (O/E)
放大器
电光变换 (E/O) 光纤
放大
均衡:频率
1R
色散
2R
光的范围
电的范围
光的范围
数字整形 噪声抑制
传统的中继器原理框图
数字再生
(定时、判决) 噪声抑制
三种再生器的功能
3R(Re-timing、Re-shaping、Re-amplification)
中继光放大器。在单模链路中，光纤色散的影响较小，限制中继距离 的主要因素是光纤衰减，这种链路不一定需要信号的完全再生，简单 的光信号放大就足够了。因此，光放大器可以用来补偿传输损耗并且 增加再生中继器间的距离，
前置放大器。光放大器作为光接收机的前端放大器。在光电检测之前 将弱信号放大，可以抑制在接收机中由于热噪声引起的信噪比下降。 与其他前端设备（雪崩光电二极管或光外差检测器）相比较，光前置 放大器提供了较大的增益系数和较宽的带宽。
功率放大器。功率放大器应用是指在光发送机之后安装一个放大器， 以提高发送功率，根据放大器增益和光线损耗，传输距离可以增加 10～100km，如果在接收端同时使用放大技术与光前置放大器，可以 达到200～250km的无中继海底传输。
LAN功率放大器。也可以在局域网中将光放大器用作附加的放大器， 来补偿耦合插入损耗和功率分配损耗。给出了一个在星形耦合器前放 大光信号的例子
增益 / dB
35.0
30.0
增益 / dB
25.0
20.0
15.0
输出光功率 / dBm
10.0
I
I
I
I
5.0
I
0.0
I
噪声指数 / dB
－5.0
I
－10.0 －40 －35 －30 －25 －20 －15 －10 －5 0
输入光功率 / dBm
图7.4 掺铒光纤放大器增益、 噪声指数和输出光功率与输入光功率的关系曲线
输出信号光功率 / mW 增益 / dB
80 转换效率
60 92.6％
40
40
30 增益系数
20
6.3 dB / mW
20
10
0 0 20 40 60 80 输入泵浦光功率 / mW
0 0 5 10 15 20
输入泵浦光功率 / mW
(a)
(b)
掺铒光纤放大器的特性
(a) 输出信号光功率与泵浦光功率的关系； (b) 小信号增益与泵浦光功率的关系
第7章 光纤通信新技术
一、光纤放大器 二、光波分复用技术 三、光交换技术 四、光孤子通信 五、相干光通信 六、光时分复用技术
7.1 光纤放大器
一、引入放大器 二、光放大器种类 三、EDFA原理 四、EDFA结构 五、EDFA应用 六、EDFA特性
第7章：掺铒光纤放大器
第7章：掺铒光纤放大器
影响线路最大中继距离的主要特性： 损耗 ：光信号在光纤中传输，随着距离的增大， 脉冲幅度逐渐减小 色散 ：………………..脉冲展宽。
注：泵浦（pump，抽运）
LD和EDF 区别
外加源 输入信号 工作物质 输出信号 工作机理 放大作用
半导体激光器 正向电压 电信号 半导体 光信号 受激辐射 谐振腔
EDFA 激光 光信号 掺铒光纤 光信号 受激辐射 光纤本身
四、掺铒光纤放大器结构
输入
隔离器
掺铒光纤 (EDF)
熔接头
泵浦激光 (980 nm或1480 nm)
(3) 噪声指数小， 一般为4～7 dB; 用于多信道传输时， 隔离度大， 无串扰，适用于波分复用系统。只要信道间隔大于10KHz，在EDFA 中就不会产生串扰。对于多信道应用，EDFA是理想的放大器
在线放大器
在长距离传输系统中，需要利用光放大器周期性的 恢复因光纤损耗而减弱的光功率。通常在放大器链 中，每个EDFA的增益必须恰好能补偿前面通过的 长为L的光纤中的信号损耗
前置放大器
光放大器可以作为前置放大器，用来提高 由于热噪声限制的直接检测接收机的灵 敏度。
拉曼泵浦
拉曼泵浦
六、掺铒光纤放大器特性
在设计需要光放大器的光纤链路时，放大 器可以放在三种可能的位置。虽然在这三 Hale Waihona Puke Baidu不同的结构中，放大器的物理应用过程 相同，但却需要工作在不同的输入功率范 围，这说明要用到不同的放大器增益。
有三种类型的放大器： 功率放大器、在线放大器、前置放大器。
功率放大器
对于功率放大器，由于它直接放在发送机之后， 因此输入功率很高，在这种应用中，一般需要较 高的泵浦功率。放大器输入一般为-8dBm或更高一 些，为了比在接收机之前使用前置放大器有更多 的优点，功率放大器的增益必须大于5dB。
WDM耦合器
滤波器
各部分作用：
泵浦光在光纤中的路线
信号光在光纤中的放大过程
四、掺铒光纤放大器结构（三种） 正向泵浦
四、掺铒光纤放大器结构（三种） 反向泵浦
四、掺铒光纤放大器结构（三种） 双向泵浦
五、光放大器的应用
（a）中继放大器LA； （b）前置放大器PA； （c）功率放大器BA； （ d） 局 域 网 信 号 功 率 放大器
二、光放大器的种类 1、半导体光放大器（SOA）
普通光放大器的基本工作原理
二、光放大器的种类
2、光纤放大器（DFA） 非线性光纤放大器 掺铒光纤放大器
非线性光纤放大器：利用强的光源对光纤进行激发，使光 纤产生非线性效应，而出现喇曼散射。
激发的光功率>阈值 （0.5~1W）
Pump在几~十几w
掺铒光纤放大器(EDFA） Erbium Doped Fiber Amplifier
六、掺铒光纤放大器
泵浦波长为1480nm、信号波长为1550nm时，EDFA 增益与光纤长度和泵浦功率依存关系
七、掺铒光纤放大器的优点和应用
(1)工作波长正好落在光纤通信最佳波段(1500～1600 nm)； 其主体 是一段光纤(EDF)，与传输光纤的耦合损耗很小， 可达0.1 dB。
(2) 增益高，约为30～40 dB; 饱和输出光功率大， 约为10～15 dBm; 增益特性与光偏振状态无关。