半导体光放大器的应用

光放大器发展历史

历史： 1954年第一台NH3分子微波盆子放大器研制成功，人们发现，可通过原子或分子中的受激放大来获得单色的相干电磁波，称为脉塞(Maser——Microwave Amplification by Stimulated Emission of radiation)。1958年肖洛(Schawlow ) 和汤斯(Townes) 将Maser原理推广到光频波段，1960年梅曼(Mamain)利用红宝石介质的受激放大原理研制成第一台红宝石激光器，称为莱塞(Laser—Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) 或称激光。不管是Maser还是Laser，其产生相干电磁波辐射的机理都是基于电滋波的受激放大。自1960年以来激光器已得到了飞跃的发展和广泛的应用，然而作为激光器先导的光放大的发展却比较缓慢，直到80年代，在光纤通信发展的推动下，才开始引起足够的重视。进人90年代后光纤放大器的问世已引起了光纤通信技术的重大变革，在60年代半导体激光二极管尚未成熟，但已在77K下，首先进行了GaAs同质结行波半导体放大器的研究，开创了半导体光放大器研究的先河，确立了半导体光放大器的基本理论。至1970年，双异质结结构（DH）激光器问世后，又实现了TW半导体光放大器的室温连续工作。在1973年至1975年间，开始从光纤通信应用要求出发，研究双异质结结构TW和F-P光放大器的特性并取得重要进展。80年代初，采用消除反射光的光隔离器和精确的光频率调谐技术，深人研究了AlGaAs F-P 光放大器的增益、带宽、饱和增益与噪声特性及其对光纤通信系统性能的影响。同时开始研究半导体放大器的注人锁定现象、机理、设计和放大特性。随着光纤通信技术的发展,80年代中期开始研究适用于1. 3μm和1. 5μm波长的InGaAsP半导体光放大器 60年代初，与半导体光放大现象研究的同时，也对掺稀土元素的光纤的光谱特性进行了研究,Koesker发现了掺钕(Nd)光纤的激光辐射现象，Snitzerr发现了掺铒光纤在1.5μm处的激光辐射特性,当时这些研究都是期望研制稀土光纤激光光源而不是光纤放大器，由于稀土光纤的热悴灭效应难以解决，而半导体激光器发展迅速并日趋成熟，因此稀土光纤放大器的研究处于停步不前状态。直至80年代初，在光纤中发现了受激喇受效应，人们又开始恢复了对光纤放大器研究的兴趣，期望能用于光纤通信系统中但这种放大方案效率低，需要高功率的泵浦光源，无法在通信系统中应用。当时光纤通信的研究重点集中在高性能再生中继器和高灵敏度相干检测技术。但是在1985~ 1986年间，英国南安普顿大学的Payne等人有效地解决了掺铒光纤(EDF)的热淬灭问题，首次用MCVD方法研制成纤芯掺杂的铒光纤，并实现了1. 55μm低损耗窗口的激光辐射,1987年他们采用650nm染料激光器作为泵浦光源，获得了28dB小信号增益。同年AT&TBell实验室的Desurvire等人，采用514nm氢离子激光器作为泵浦光源，也获得了22. 4dB的小信号增益。接着在1989年，利用1. 49μm半导体激光器作为泵浦源获得了37dBE小信号增益，Laming等利用980nm, 11mW泵浦功率也得到24dB小信号增益，同年日本NTT实验室首次利用1. 48μm半导体激光泵浦的掺饵光纤放大器作为全光中继器放大5Gb/s孤子脉冲，实现了100km的无误码传输。980nm和1 480nm 半导体激光泵浦的掺铒光纤放大器具有增益高、频带宽、噪声低、效率高，连接损耗低，偏振不灵敏等特点，在90年代初得到了飞速发展，成为当时光放大器研究发展的主要方向，极大地推动了光纤通信技术的发展。自此以后，掺饵光纤放大器的研究在多方面开展，建立了多种理论分析模型，提出了增益均衡和扩大增益带宽的方案和方法，进行了多种系统应用研究，同时进行了氟化玻璃饵光纤放大、分布式光纤放大器和双向放大器的研究，使掺饵光纤放大器及其应用得到了飞速发展。此外又开展了掺镨(Pr),掺镱(Yb) ,掺钬(Ho},掺铥(Tm)等光纤放大器的研究。使光纤放大器的研究全面发展。 60年代初，在激光技术发展起来后，以高强度单色光照射光学介质，开辟了非线性光学的研究领域，揭示了受激喇曼散射、受激布里渊散射、四波混频和参量过程的物理机制。1972年Stolen等首先在光纤喇曼激光器的实验中发现了喇曼增益，初期的研究主要侧重于制成光

光纤通信课后习题解答第7章光放大器参考题答案 (1)

第七章光放大器 复习思考题答案 1．光放大器在光纤通信中有哪些重要用途？ 答：（1）利用光放大器代替原有的光电光再生中继器，能够大幅度延长系统传输距离。 （2）在波分复用系统中，它一方面可以同时实现多波长的低成本放大，另一方面，可以补偿波分复用器，波分解复用器、光纤光缆等无源器件带来的损耗。 （3）光放大器在接入网中使用，可以补偿由于光分支增加带来的损耗，使得接入网服务用户增加，服务半径扩大。 （4）光孤子通信必须依靠光放大器放大光信号，使光脉冲能量大到可以在光纤中满足孤子传输条件，从而实现接近无穷大距离的电再生段传输。 （5）光放大器在未来的光网络中必将发现越来越多的新用途。 2．光放大器按原理可分为几种不同的类型？ 答：光放大器按原理不同大体上有三种类型。 （1）掺杂光纤放大器，就是将稀土金属离子掺于光纤纤芯，稀土金属离子在泵浦源的激励下，能够对光信号进行放大的一种放大器。 （2）传输光纤放大器，就是利用光纤中的各种非线性效应制成的光放大器。 （3）半导体激光放大器，其结构大体上与激光二极管（Laser Diode，LD）相同。如果在法布里－派罗腔（Fabry-Perot cavity，F-P）两端面根本不镀反射膜或者镀增透膜则形成行波型光放大器。半导体光放大器就是行波光放大器。 3．光放大器有哪些重要参数？ 答：光放大器参数主要有（1）增益；（2）增益带宽；（3）饱和输出光功率；（4）噪声指数。 4．简述掺杂光纤放大器的放大原理。 答：在泵浦源的作用下，掺杂光纤中的工作物质粒子由低能级跃迁到高能级，得到了粒子数反转分布，从而具有光放大作用。当工作频带范围内的信号光输入时，信号光就会得到放大，这就是掺杂光纤放大器的基本工作原理。只是掺杂光纤放大器细长的纤形结构使得有源区能量密度很高，光与物质的作用区很长，有利于降低对泵浦源功率的要求。 5．EDFA有哪些优缺点？ 答：EDFA之所以得到迅速的发展，源于它的一系列优点： （1）工作波长与光纤最小损耗窗口一致，可在光纤通信中获得广泛应用。 （2）耦合效率高。因为是光纤型放大器，易于与光纤耦合连接，也可用熔接技术与传输光纤熔接在一起，损耗可降至0.1dB，这样的熔接反射损耗也很小，不易自激。 （3）能量转换效率高。激光工作物质集中在光纤芯子，且集中在光纤芯子中的近轴部分，而信号光和泵浦光也是在近轴部分最强，这使得光与物质作用很充分。 （4）增益高，噪声低。输出功率大，增益可达40dB，输出功率在单向泵浦时可达14dBm，双向泵浦时可达17dBm，甚至可达20dBm，充分泵浦时，噪声系数可低至3~4dB，串话也很小。 （5）增益特性不敏感。首先是EDFA增益对温度不敏感，在100 C内增益特性保持稳定，另外，增益也与偏振无关。

半导体光放大器(SOA)

半导体光放大器(SOA) SOA的放大原理与半导体激光器的工作原理相同，也是利用能级间受激跃迁而出现粒子数反转的现象进行光放大。SOA有两种：一种是将通常的半导体激光器当作光放大器使用，称作F—P半导体激光放大器(FPA)；另一种是在F—P激光器的两个端面上涂有抗反射膜，消除两端的反射，以获得宽频带、高输出、低噪声。 早在半导体激光器出现时，就开始了对SOA的研究，但由于初期的半导体材料激光放大器偏振灵敏度较高，使得SOA一度沉寂。但近几年来应变量子阱材料的研制成功，克服了偏振敏感的缺点，性能也有许多改进。半导体光放大器的增益可以达到30dB以上，而且在1310nm窗口和1550nm窗口上都能使用。如能使其增益在相应使用波长范围保持平坦，那么它不仅可以作为光放大的一种有益的选择方案，还可促成l310nm窗口WDM系统的实现。SOA的优点是：结构简单、体积小，可充分利用现有的半导体激光器技术，制作工艺成熟，成本低、寿命长、功耗小，且便于与其他光器件进行集成。另外，其工作波段可覆盖l.3～1．6／μm波段，这是EDFA或PDFA所无法实现的。但最大的弱点是与光纤的耦合损耗太大，噪声及串扰较大且易受环境温度影响，因此稳定性较差。SOA除了可用于光放大外，还可以作为光开关和波长变换器。 2．拉曼光纤放大器拉曼放大技术是采用受激拉曼散射(SRS)这种非线性效应来进行放大的。石英光纤具有很宽的受激拉曼散射增益谱，并在13THz附近有一较宽的主峰。如果一个弱信号与一强泵浦光波同时在光纤中传输，并使弱信号波长置于泵浦光的拉曼增益带宽内，弱信号光即可得到放大，这种基于受激拉曼散射机制的光放大器即称为拉曼光纤放大器。 (1)拉曼光纤放大器的类型拉曼光纤放大器有两种类型：一种是集总式拉曼光纤放大器；另一种是分布式拉曼放大器。集总式拉曼光纤放大器所用的光纤增益介质比较短，一般在几km，泵浦功率要求很高，一般为几W左右，可产生40dB以上的高增益，可作为功率放大器，放大EDFA所无法放大的波段。分布式拉曼放大器所用的光纤比较长，一般为几十km，泵源功率可降低到几百mW，主要辅助EDFA用于WDM通信系统性能的提高，抑制非线性效应，提高信噪比。在WDM系统中，采用分布式拉曼光纤放大辅助传输可大大降低信号的入射功率，同时保持适当的光信号信噪比(OSNR）。(2)拉曼光纤放大器的优点 拉曼光纤放大器的增益高、串扰小、噪声系数低、频谱范围宽、温度稳定性好，将拉曼光纤放大器与常规EDFA混合使用时可大大降低系统的噪声指数，增加传输跨距。①增益介质为传输光纤本身，与光纤系统有良好的兼容性这使得拉曼光纤放大器可以对光信号进行在线放大，构成分布式放大，实现长距离的无中继传输和远程泵浦，尤其适用于海底光缆通信等不方便设立中继器的场合。而且因为放大是沿光纤分布而不是集中作用，光纤中各处的信号光功率都比较小，从而可降低非线性效应尤其是四波混频(FWM)效应的干扰。②增益波长由泵浦光波长决定，不受其他因素的限制理论上只要泵浦源的波长适当，就可以放大任意波长的信号光。所以拉曼光纤放大器可以放大：EDFA所不能放大的波段，使用多个泵源还可得到比EDFA宽得多的增益带宽，对于开发光纤的整个低损耗区1260～1675nm具有无可替代的作用。 总之，拉曼光纤放大器结合EDFA等稀土掺杂光纤放大器必将成为未来宽带、高速、长距离光通信传输实现光放大的理想方案。 3．掺铒光纤放大器(EDFA) (1)掺杂光纤放大器简介 在介绍EDFA之前，首先来了解以下掺杂光纤放大器的基本概念。掺杂光纤放大器又称为掺稀土离子光纤放大器，是利用稀土金属离子作为激光工作物质的一种放大器。掺杂光纤放

激光的发展与应用

激光的发展与应用 摘要：激光作为20世纪的新发明，从1960年第一台激光器问世以来，激光技术与应用发展迅猛。它不仅在产业上有了飞速发展，而且还为科学技术、国民经济和国防建设做出了积极贡献。本文综述性描写激光的发展与应用，首先简要的介绍激光的发展史，其次介绍激光的特性，最后结合激光的特性和发展史以典型的实例来简要的说明激光在各个方面的主要应用。 关键词：激光；发展；应用；特性；实例 １.引言 激光，作为高新技术的研究成果，它不仅广泛应用于科学技术研究的各个前沿领域，而且已经在人类生活和生产的许多方面得到了大量的应用，与激光相关的产业已在全球形成了超过千亿美元的年产值，可见它对人类社会的影响之深刻而广泛。 ２.激光的发展简史 1916年，爱因斯坦在研究黑体辐射的普朗克公式时曾寓言了受激辐射的存在，从而提出受激辐射的概念，并预见到受激辐射光放大器诞生,也就是激光产生的可能性[1]。 20世纪50年代美国科学家汤斯及前苏联科学家普罗克霍洛夫等人分别独立发明了一种底噪声微波放大器，即一种在微波波段的受激辐射放大器(Microwave amplification by stimulate emission of radiation)，并以其英文的第一个

字母缩写命名为maser[1]。1958年美国科学家汤斯和肖洛提出在一定的条件下，可将这种微波受激辐射放大器的原理推广到光波波段，制成受激辐射光放大器(Light amplification by stimulated emission of radiation，缩写为laser)。1960年7月美国的梅曼宣布制成了第一台红宝石激光器[2]。1961年我国科学家邓锡铭、王之江制成我国第一台红宝石激光器，在1961年11期《科学通报》上发表了相关论文，称其为“光量子学放大器”。其后在我国科学家钱学森的建议下，统一翻译为“激光”或“激光器”[3]。1962年雅文等人在美国贝尔实验室制成了氦氖激光器[1]。自此新的激光器不断的被研制出来，激光开始走上了高速发展的道路。 ３.激光的特性 由于激光产生的机制与普通光不同,因此，它具有许多与普通光不同的特性。 3.1.单色性好。激光几乎是严格的单色光。通常所谓的单色光，实际上其波长并不只为某一数值，而是由许多波长相近的光所组成，其波长取值范围,称为谱线宽度[2]。不同光源发出的光有不同的谱线宽度。过去作为长度基准的单色性最好的氪灯，它的谱线宽度为，而氦氖激光器所发的632.8nm的激光，它的谱线宽度可达，由此可见其单色性之好[4]。正是由于激光单色性好，目前国际上采用甲烷稳定的氦氖激光器（激光波长为3392.23140nm）作为体现米定义的标准辐射源[4]。 3.2.方向性好。与普通光源以立体角不同，激光发射限定在很小的立体角内。它大致等于激光器通过光孔径的圆孔衍射的发散角因此是几乎平行的光

光纤通信的应用与发展趋势

光纤通信的应用与发展趋势 【摘要】随着科学技术的日益更新，通讯事业的逐步发展。光纤通信时代已经到来。光纤通信一直是推动整个通信网络发展的基本动力之一，是现代电信网络的基础。光纤通信不仅可以应用在通信的主干线路中，还可以应用在电力通信控制系统中，进行工业监测、控制，而且在军事领域的用途也越来越为广泛。本文介绍了现代光纤通信系统的特点、基本组成，光纤通信系统的应用及光纤通信系统发展趋势 【关键字】光纤;光纤通信系统;应用;发展趋势 1.前言 1966年，美籍华人高锟(C.K.1cao)和霍克哈姆(C.A.Hockham)发表论文，预见了低损耗的光纤能够用于通信，敲开了光纤通信的大门，引起了人们的重视。1970年，美国康宁公司首次研制成功损耗为20dB/km的光纤，与此同时GaAlAs-GaAs双异质结半导体激光器实现了室温下连续运转，光纤通信时代由此开始。光纤通信系统的传输容量从1980年到2000年增加了近一万倍．传输速度在过去的10年中大约提高了100倍，光纤的衰减系数在1550nm的最小值已经做到0.16db/km，接近理论极限值0.15db/km，这使得光纤能够广泛用于通信系统。光纤通信是以很高频率(1014Hz数量级)的光波作为载波、以光纤作为传输介质的通信。随着光纤通信技术的不断进步，其在通信领域的地位越来越重要，逐步成为现代通信系统中不可或缺的组成部分。 2.光纤通信系统 2.1光纤通信的特点 光纤通信与电通信的主要差异：一是以很高频率的光波作为载波传输信号；二是用光导纤维构成的光缆作为传输线路。 光纤通信之所以能够飞速发展，是由于它具有以下的突出优点所决定：（1）传输频带宽，通信容量大 由信息理论知道，载波频率越高通信容量越大，因目前使用的光波频率比微波频率高104～105倍，所以通信容量约可增加104～105倍。

光电子技术的发展与应用

题目：光电子技术的发展与应用 姓名：刘欢 学号：2015953024 班级：光电一班 指导老师：李宏棋 日期：2018.12.1

目录 1摘要：___________________________________________________________________________3 2光电子技术的发展________________________________________________________________3 2.1世界光电子技术和产业的发展__________________________________________3 2.2我国的光电子技术和产业的发展________________________________________4 3光电子技术的应用探讨____________________________________________________________5 3.1在通信领域的应用____________________________________________________________5 3.2在军事领域的应用 _____________________________________________________________5 3.3在医药领域的应用 _____________________________________________________________5 3.4在工业领域的应用 _____________________________________________________________5 3.5在光通信的应用__________________________________________________6 3.6在RS光应用的应用___________________________________________________________6 3.7在光智能的应用______________________________________________________________7 3.8在矿井安全中的应用__________________________________________________________7 4结论__________________________________________________________________________7参考文献： ________________________________________________________________________8

关于光放大器的最新发展及应用

2004年6月 第19卷第2期 山东师范大学学报(自然科学版) Journal of Shandong Normal Universi ty(Natural Science) Jun.2004 Vol.19No.2关于光放大器的最新发展及应用 辛化梅1)薛林2) (1)山东师范大学物理与电子科学学院,250014,济南;2)海军工程大学信息与电气学院,433033,湖北武汉M第一作者32岁,女,讲师) 摘要介绍了国际上光放大器的最新发展及应用,主要包括掺铒光纤放大器、Er3+:Yb3+共掺玻璃波导放大器、掺铥光纤放大器、光纤拉曼放大器及半导体光放大器,并指出相关光放大器的发展趋势. 在光纤通信系统中,随着传输速率的增加,传统的O P E P O中继方式的成本迅速增加,于是,人们寻找用光放大的方法来代替传统的中继方式,并延长传输距离.光放大器能直接放大光信号,对信号的格式和速率具有高度的透明性,使得整个系统更加简单灵活,它的出现和实用化在光纤通信发展史上具有里程碑意义,使超高速、超大容量、超常距离的波分、密集波分、全光传输、光孤子传输等成为现实. 光放大器大致可分三种:1稀土掺杂光放大器,如掺铒光纤放大器(EDFA)、掺铥光纤放大器(TDFA)、掺镨光纤放大器(PDFA),Er3+:Yb3+共掺玻璃波导放大器(EDW A)等;o非线性效应光放大器,如光纤拉曼放大器(FRA)等;?半导体光放大器(SOA). 目前,光纤通信的发展从电信光纤低损耗波长1550nm的C波段(1528~1565nm)向邻近波段L波段(1570~1610nm)、S波段(1450~1520nm)发展.可以说,随着光纤大容量、高速率传输技术的发展,对光放大器也提出了新的技术要求与挑战,促使其向高性能、宽带、多功能、智能化、标准化、低功耗、低价位发展. 1掺铒光纤放大器(EDFA) EDFA是密集波分复用(DWDM)光纤传输系统的核心器件之一,是DWD M系统的传输链路的重要组成部分,其性能直接影响到系统的传输特性.EDFA以掺铒光纤为增益介质,利用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的结构如图1所示[1] 图1EDFA结构 由图1可见,EDFA主要由掺铒光纤、泵浦光源、光耦合器、光隔离器以及光滤波器组成,而其主体部件是泵浦光源和掺铒光纤.按照泵浦光源的泵浦方式不同,EDFA又有三种不同的结构方式,即同向泵浦结构、反向泵浦结构及双向泵浦结构.采用同向泵浦,可获得较好的噪声性能;采用反向泵浦,可获得较高的输出功率;采用双向泵浦,使EDFA的增益和噪声性能都优于单向泵浦,但增加一个泵浦源,成本也增加很多. 目前,对于常规通信段,多采用EDFA对光信号进行放大.EDFA具有饱和输出光功率高、信号增益大、工作带宽宽等特点,且在1520~1610nm都存在放大的可能性;缺点是带宽还不够大,在1530nm~1560nm波段才有较大且平坦的增益,这对WDM宽带宽传输系统放大有很大的限制,并且EDFA中光纤非线性限制入射功率,同时也限制信噪比的提高.在EDFA增益谱上还有潜在L波段的平坦增益谱,其波长范围为1570~1610nm,由于该波段远离铒离子的发射谱中心,增益明显低于C波段,因此其带宽资源一直没有被利用.目前,有以下几种光纤放大器来提高有用带宽[2]:碲化物EDFA、增益漂移碲化物EDFA、1580nm带宽EDFA、掺铥光纤放大器、Raman放大器,而对L波段的放大主要为以宽带放大特性见称的碲化物EDFA,碲化物EDFA是相干光放大器.在掺铒光纤放大器中,激励光和信号光的同向分量与正交分量受到同样程度的放 收稿日期:2003-02-15

光电子技术的发展与应用

光电子技术的发展与应用 摘要 光电子技术产业是由光子技术和电子技术结合而成的新技术，是我国的先导产业, 对我国国防工业、太阳能能源产业、汽车产业和信息技术等产业发展具有重要战略影响。本文重在讨论啦光电子技术发展在世界和国内的态势及其应用。 关键词：光电子技术；发展态势；光电子技术的应用； 引言 光电子技术产业是由光子技术和电子技术结合而成的新技术，是我国的先导产业, 对我国国防工业、太阳能能源产业、汽车产业和信息技术等产业发展具有重要战略影响。 光电技术的发展态势 目前，人们都倾向认为光电子技术的发展历史应从1960年激光器的诞生算起。尽管其历史可追溯到19世纪70年代，但那时期到1960年，光学和电子学仍然是两门独立的学科，因而只能算作光电子学与光电子技术的孕育期。 最早出现的光电子器件是光电探测器，而光电探测器的基础是光电效应的发现和研究。1888年，德国H.R.赫兹观察到紫外线照射到金属上时，能使金属发射带电粒子，当时无法解释。1890年，P.勒纳通过对带电粒子的电荷质量比的测定，证明它们是电子，由此弄清了光电效应的实质。1900年，德国物理学家普朗克在黑体辐射研究中引入能量量子，提出了著名的描述黑体辐射现象的普朗克公式，为量子论坚定了基础。1929年，L.R.科勒制成银氧铯光电阴极，出现了光电管。1939年，前苏联V.K.兹沃雷金制成实用的光电倍增管。20世纪30 年代末，硫化铅（PbS）红外探测器问世，它可探测到3μm辐射。40年代出现用半导体材料制成的温差电型红外探测器和测辐射热计。50年代中期，可见光波段的硫化镉（CdS）、硒化镉（CdSe）、光敏电阻和短波红外硫化铅光电探测器投入使用。50年代末，美国军队将探测器用于代号为“响尾蛇”的空空导弹，取得明显作战效果。1958年，英国劳森等发明碲镉汞（HgCdTe）红外探测器。在军事需求牵引和半导体工艺等技术发展的推动下，红外探测器自60年代以来迅速发展 1.世界光电子技术和产业的发展 光纤通信技术的发展速度远远超过当初人们的预料,光纤已经成为通信网的重要传输媒介,现在世界上大约有60% 的通信业务经光纤传输,到20 世纪末将达到85%,但从目前光纤通信的整体水平来看,仍处于初级阶段,光纤通信的巨大潜力 还没有完全开发出来。目前,各种新技术层出不穷,密集波分复用技术( D W D M , 在同一根光纤内传输多路不同波长的光信号,以提高单根光纤的传输能力)、掺铒光纤放大器技术( E D F A ,可将光信号直接放大,具有输出功率高、噪声小,增益带宽等优点)已取得突破性进展并得到广泛的应用。

半导体光放大器在光纤通信中的作用

半导体光放大器在光纤通信中的作用 摘要： 中国现在的的光纤通信产业已经初具规模，光缆、光纤、半导体、光电子器件以及光纤通信系统都已经能够自己生产供应，不用进口。我国光纤通信主要干线已经建成，光纤通信容量达到 Tbps，几乎用不完，因此不要发展光纤通信技术了但由于光纤本身制造属性决定，光纤仍然有较大的发展空间：半导体光放大器，新光纤研制，光子晶体随着宽带业务的发展网络需要扩容等，光纤通信仍有巨大的市场。现在每年光纤通信设备和光缆的销售量是上升的，光纤无论是在通信速率还是在传输容量上都有突破性进展。 光纤通信的价值正在得到社会的广泛认同，在光纤通信系统的组建和维护过程中，半导体光放大器的应用是一个重要的技术要点，应该引起同行业的高度重视和广泛关注。本文立足于光纤通信行业，说明了半导体光放大器在光纤通信中应用的必要性，阐述了光纤通信的特点，通信扩大建设对光纤技术发展的原则性要求，光纤通信新技术在近年研究实验和应用的进展趋向，结合通信技术的具体应用，提出了半导体光放大器在光纤通信中具体应用的要点，希望对提升半导体光放大器的应用水平，扩宽光纤通信中技术的应用空间有所启迪。 关键词：半导体光放大器；光纤通信；通信容量；传输容量；光脉冲；放大；压缩；整形 21 世纪，计算机通信和网络技术必将得到迅速的发展，这为光纤网络的覆盖和扩大提供了客观的前提和需要近些年来，光纤的进步极大程度上促进了科技的发展，并且达到了方便通信加速进步和便利交往的效果，应该利用光纤通信的技术优势和系统优势，以光纤通信的加速作用，推进整个社会和经济的科技化和综合发展进程半导体放大器是光纤通信过程中重要组件和部分，应该坚持半导体光放大器在光纤通信中具体应用的要点，提升半导体光放大器的应用水平，进而促进光纤通信技术的加速发展和应用。 一、光纤通信的特点 光纤通信的容量大，根据理论计算，单根光纤在单方向的通信过程中可以达到 1Tb/s，理论最高值可以达到 10Tb/s，这是其他传输网络所不可及的光纤通信的的距离长，光纤通信的传输过程利用的是光的全反射原理，特别是光纤的介质均匀，适于长距离传输新时期，光纤传输通信信号可以实现陆地海洋的跨越，并不会出现过大的信号损失光纤通信的带宽宽，光纤通信系统中可以利用不同波段的光波来保障不同线路的信息传输，进而提升光纤通信的带宽根据实验室数据和试用经验，色散平坦的单模光纤对于相对应波段的光信号有着区别的传输作用，并且相互之间不易干扰，这在客观上提高了光纤通信的能力光纤可以实现波

(完整版)掺铒光纤放大器的原理与应用毕业设计

毕业设计（论文）报告 题目掺铒光纤放大器的原理与应用 系别尚德光伏学院 专业应用电子技术（光电子技术方向）班级0903 学生姓名刘钰华 学号090264 指导教师

2012年4 月

掺铒光纤放大器的原理与应用 摘要:光纤通信就是利用光纤来传输携带信息的光波以达到通信的目的。光纤通信具有通信容量大、传输速率高、使用寿命长,等诸多特点。因而得到了普遍的应运，其中光放大器是光纤系统中的重要组成部分。光纤放大器（简写OFA）是指运用于光纤通信线路中，实现信号放大的一种新型全光放大器。 本论文介绍了掺铒光纤放大器(简写EDFA)的相关理论。首先对光纤放大器的种类进行大致的简介，其次阐述了掺铒光纤放大器的历史和发展，以及对掺铒光纤放大器工作原理进行了介绍。重点关注了掺铒光纤放大器在现代光纤通信系统中的应运。 关键字：光纤、光纤通信、掺铒光纤放大器、应运

Principles and applications of the erbium-doped fiber amplifier Abstract：Optical Fiber Communication, is the use of optical fiber to transmit light waves carry information in order to achieve the purpose of communication. Large capacity optical fiber communication with the communication, transmission rate, long life and many other features. And so it generally should be shipped, in which optical fiber amplifier is an important component of the system. Fiber amplifier is used in optical fiber communication lines. A new type of signal amplification to achieve all-optical amplifiers.

半导体光放大器1半导体光放大器的工作原理由半导体激光器的相关

半导体光放大器 1.半导体光放大器的工作原理 由半导体激光器的相关知识可知，由一些半导体材料形成的PN结有源区，在入射光子的作用下会发生受激辐射而产生光放大，半导体的这种光放大作用是制作半导体激光器的基础。由于半导体激光器的两端面形成了F—P（法布里—珀罗）谐振腔，它起到对光信号选择合适的波长并提供光学正反馈作用。而半导体光放大器与半导体激光器所不同的是，它没有谐振腔（半导体光放大器的PN 结有源区两端面涂有抗反射膜，形成透明区，不发生反射）。因而，通过半导体光放大器的光波为行波。图3—69为半导体光放大器的工作原理示意图。 当向半导体光放大器中注入正向电流，并达到一定值时，N区自由电子增多并不断进入PN结中与空穴复合，以光子形式释放能量。该光子在输入光信号的感应下形成受激辐射，使释放出的光子和入射光子同频、同向、同相位、同偏振方向、同模式并在光子不断前进中继续受感应而产生受激辐射，进而产生更多的新的光子，使输入光信号得到放大。放大器的增益是沿着有源区的长度按指数增长的，而且注入电流越大，产生的光子数越多。一个光放大器输出的最大功率取决于注入电流的大小。当保持注入电流不变，而不断增大输入信号强度时，放大器的增益将不能恒定，放大器增益较小信号增益减小3dB时，对应的放大器输出光功率值称为输出饱和功率，这种现象称为增益饱和效应。 以上讨论的放大器特性是对没有反馈的光放大器而言的,这种放大器被称作行波放大器。半导体激光器由于在解理面产生的反射而具有相当大的反馈。当注入电流低于阈值时，它被作为放大器使用，但是必须考虑在法布里—珀罗腔体界面上的多次反射。这种放大器就称为F—P腔放大器。如图3—70所示，入射光从左端面进入，通过具有增益的有源层介质之后到达右端面，部分从端面反射，大部分从端面出射。反射光反向通过有源层至左端面，又经过一次放大，部分从左端面出射，其余部分又从左端面反射，再次通过有源层得到放大，如此反复，使反射光得到多次放大。

光放大器现状及发展方向分析

光放大器现状及发展方向分析 1. 背景 光通信系统中的光信号，经过一定距离或者一些功能器件后，引起的损耗必须进行功率补偿，才能在接收端正确接收。完成这些功率补偿的器件，就是光放大器。最早的光放大器是光电光（OEO）方式光路科技，即接收下来的信号光转换成电路信号，经过电路处理，再通过光发射器发射出去。这种形式的放大，受电路器件频带的制约，放大的功率也不大。现在波分复用系统（WDM）中已经基本不用OEO 放大，但在在一些低速的短距离传输中，还有这种应用。后来发展的全光放大器，信号光直接在光波导中放大，不经过电路转换，解决了OEO 电路制约的问题，并且提供宽谱多波放大，在长距离密集波分复用（DWDM）系统中，得到广泛应用。光放大器经过多年的发展，主要有以下几类： （1）反转粒子放大器：掺杂离子光纤放大器，例如掺铒光纤放大器（EDFA）光路科技、掺镨光纤放大器（PDFA）、掺铥光纤放大器（TDFA）等，半导体光放大器是直接电泵浦的反转粒子放大器； （2）非线性散射放大器：例如：拉曼放大器、布里渊放大器； （3）非线性折射放大器：参量放大器； 第一类放大器的放大波段取决于放大介质掺杂离子或材料类型，第二类和第三类放大器放大波段取决于泵浦波长和材料类型。 各种类型的光放大器，应用于光通信系统的不同应用中，主要有应用为三类：后置（功率）放大器、线路放大器、前置放大器。这些放大器提供放大的同时，也给系统带来了放大的自发辐射（ASE）噪声。降低噪声的设计，在近来高速系统中是一个迫切的要求。 2. 光放大器现状 光放大器目前的主流是掺铒光纤放大器（EDFA），掺铒光纤放大器适合于CBand、L Band，速率透明、大增益、大带宽、低噪声、高功率是使其成为光通信低损耗窗口理想的光放大器。经过多年发展，EDFA 发展了多种应用形式，有单波应用、多波应用、增益可调、可重构等多种形式；EDFA 的小型化和密集程度也在提高，小型化方面，从MSA 模块到HalfMSA 模块甚至Micro 模块，阵列式放大器从4 Array 到8 Array 甚至16 Array。各种系统应用形式不断推动了EDFA 行业的发展，近年来ROADM 和高速系统的发展，使小型化、阵列化成为发展趋势。拉曼放大器，主要是分布式拉曼放大器（DRA），用于长距离传输，传输光纤作为放大介质，可以在光通信的任意波段进行放大，带宽大、有效噪声小，和EDFA 相比，提高了系统的信噪比。经过多年发展，拉曼放大器应用也有很多形式，单波、多波、前向、后向、分布式、分立式等。近年来，随系统速率的提高，对信噪比越来越敏感，系统对放大器的噪声提出了越来越高的要求，利用DRA 的低噪声特点，发展了DRA 和EDFA 的混合放大器。多阶分布式拉曼放大器的进一步降低了噪声，在400Gbps 系统中已经有应用。 半导体放大器（SOA）是放大器中唯一电泵浦的放大器，可以和很多器件一起实现集成，实现放大、开关、转换再生等功能。其放大波长范围宽，可以从0.6um到1.6um，带

半导体光放大器

F-P 半导体光放大器的频率响应特性摘要: 从描述F2P 型半导体光放大器( FPSOA)中光子与载流子相互作用的行波速率方程出发,利用小信号分析法得到了光腔内部前、后向光场的微扰量的微分方程组,并利用其分析了FPSOA 的 频率响应特性。计算结果表明:FPSOA 具有高通的频率响应特性。所得结论与已有文献报道的实验 结果符合较好。 关键词: 半导体光放大器; 频率响应; 小信号分析 0 引言 目前,半导体光放大器( SOA) 由于具有体积小、功耗低、响应速度快(皮秒量级) 以及易于集成等优点,在光通信及光信息领域引起了越来越多的关注。SOA 对不同调制频率下的输入信号的响应特性是其应用于通信领域时的一个重要参量。事实上,一些学者已经从理论和实验两个方面对行波式半导体光放大器( TWSOA ,即两个端面反射率为0的SOA) 的频率响应特性进行了比较系统的研究。文献[ 1 ]通过理论分析得出了TWSOA 具有高通频率响应的结论,并提出利用这种高通特性来抑制低频模式分配噪声的方法。文献[ 2 ]在更为详细的计算基础上指出工作在饱和状态下的TWSOA 的频率响应不仅具有高通特性,而且应该存在两个特征频率,最后利用实验验证了理论结果。文献[3 ]中作者提出了一种基于直接扣除法的TWSOA 的频率响应测量系统,所得结果也进一步地验证了以往文献中的结论。众所周知,由于制造工艺上的一些不可克服的原因,我们不可能真正镀制出具有零端面反射率的TWSOA 。而且,最近有学者指出将SOA 的一个端面镀上一定的减反射膜而在另一个端面保持较高的反射率会有助于提高SOA 的动态增益响应速度,能够优化SOA 在全光信号处理中的性能。为此,从理论上对这类具有一定端面反射率的SOA ———即Fabry2Perot 型SOA ( FPSOA) 的频率响应特性的研究是十分必要的。但至今为止还鲜有相关的报道。本文将对输入光为一束调幅波情形下FPSOA的频率响应特性进行比较深入的分析和讨论。首先,从FPSOA 的行波速率方程组出发,利用小信号分析得到描述有源区内前、后向光场的微扰量的微分方程组,推导过程中我们还考虑了两个方向传播光场之间相干叠加的因素。然后,在一定边界条件下利用有限差分法求解了关于微扰量的微分方程组,得到了FPSOA 的频率响应。最后,我们在计算结果的基础上分析了FPSOA 的频率响应特性,并与前人的实验研究结果进行了对比,本文结论与实验结果吻合较好。 1 理论分析 在SOA 有源区内的总光场可以表示为前向波和后向波的叠加,其各自分别服从如下的行波方程: 其中,A 和B 分别表示前向波和后向波的慢变复振幅,i= ,Γ为限制因子, N 为载流子 浓度, g 和α分别为材料增益和吸收系数, 其中g = g0( N -N tr) , N tr为透明载流子浓度。而β= 2πn1νsig为传播常数, n1为有效折射率,νsig 为信号光频率。而前向波和后向波必须满足如下边界条件:

激光技术的应用与发展

激光技术的应用与发展 论 文 系别 专业 班级 姓名 学号

摘要 自1960年第一台红宝石激光器问世以来，激光器和激光放大器的发展非常迅速。激光工作物质已包括晶体、玻璃、光纤、气体、半导体、液体及自由电子等数百种之多。激光作为新型强相干光源的出现，是现代信息光学发展的三大事件之一。激光器所辐射的光束因具有高方向性、高单色性、高亮度、高相干性四大宏观特性导致了光学领域的巨大革命，同时对整个科学领域的进步和发展起到了巨大帮助，已被广泛的运用到了工农业生产、科学、医学、国防等各个领域，带动了许多新兴学科的发展。随着激光技术的不断发展和成熟，必将对我们的生活生产和科技起到不可估量的作用。 关键词：激光、医学、军事、生物

目录 引言 (2) 第一章关于激光的概述 (3) 1.1 激光的产生与发展 (3) 1.2 激光的特性 (4) 第二章激光技术的应用 (6) 2.1 激光技术在医学上的应用 (6) 2.2 激光技术在工业领域的应用 (6) 2.3 激光技术在军事上的应用 (8) 第三章光纤激光器的发展现状 (8) 3.1 国外的发展现状 (10) 3.2 国内的发展现状 (11) 第四章激光技术的发展前景 (11) 参考文献 (12) 引言

激光最初的中文名叫做“镭射”、“莱塞”，是它的英文名称LASER的音译，是取自英文Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation的各单词头一个字母组成的缩写词。意思是“通过受激辐射光扩大”。激光的英文全名已经完全表达了制造激光的主要过程，激光的原理早在1916年已被著名的美国物理学家爱因斯坦发现。1964年按照我国著名科学家钱学森建议将“光受激辐射”改称“激光”。激光应用很广泛，主要有激光打标、光纤通信、激光光谱、激光测距、激光雷达、激光切割、激光武器、激光唱片、激光指示器、激光矫视、激光美容、激光扫描、激光灭蚊器等等。 第一章关于激光的概述 1.1 激光的产生与发展 激光是20世纪以来，继原子能、计算机、半导体之后，人类的又一重大发明，被称为“最快的刀”、“最准的尺”、“最亮的光”和“奇异的激光”。 激光的原理早在1916年已被著名的美国物理学家爱因斯坦发现，但直到 1960 年激光才被首次成功制造。激光是在有理论准备和生产实践迫切需要的背景下应运而生的，它一问世，就获得了异乎寻常的飞快发展，激光的发展不仅使古老的光学科学和光学技术获得了新生，而且导致整个一门新兴产业的出现。激光可使人们有效地利用前所未有的先进方法和手段，去获得空前的效益和成果，从而促进了生产力的发展。 发展时间： 1917年：爱因斯坦提出“受激发射”理论，一个光子使得受激原子发出一个相同的光子。 1953年：美国物理学家Charles Townes用微波实现了激光器的前身：微波受激发射放大（英文首字母缩写maser） 1957年：Townes的博士生Gordon Gould创造了“laser”这个单词，从理论上指出可以用光激发原子，产生一束相干光束，之后人们为其申请了专利，相关法律纠纷维持了近30年。 1960年：美国加州Hughes 实验室的Theodore Maiman实现了第一束激光