第3章 通信用光器件-3

3.4光放大器第3章通信用光器件3.4光放大器3.4.1光放大器概念与分类3.4.2EDFA的基本结构与工作原理3.4.3EDFA的工作特性3.4.4EDFA的应用第3章通信用光器件光放大器的重要性影响：光放大器最重要的意义在于促使波分复用技术(WDM)走向实用化、促进了光接入网的实用化历史：以1989年诞生的掺铒光纤放大器(ErbiumDopedFiberAmplifier,EDFA)为代表的全光放大技术，是光纤通信史上的一次革命动机：解决电中继器设备复杂、维护难、成本高的问题第3章通信用光器件光放大器的基本应用和类型在线光放大：用于不需要光再生只需要简单放大的场合前置光放大：用于提高接收机的灵敏度功率放大：增加发送功率，从而增加光纤中继距离、补偿插入损耗和功率分配损耗(如PON中)第3章通信用光器件放大器的类型1.半导体光放大器(SOA)结构大体上与激光二极管(LaserDiode,LD)相同2.掺杂光纤放大器(DFA)利用稀土金属离子(铒)作为激活工作物质的一种放大器第3章通信用光器件光放大器的工作原理光放大器与激光器的唯一区别就是光放大器没有正反馈机制(2)受激辐射(1)能量注入第3章通信用光器件半导体光放大器(SOA)pn外加正向偏压实现结区粒子数反转外部光照导致受激辐射，信号光被放大内部的自发辐射产生自发辐射噪声(ASE)，它也会被放大没有谐振腔的选择，SOA将同时输出放大的光信号和自发辐射噪声半导体光放大器结构第3章通信用光器件SOA的分类容易制作，但光信号增益对放大器温度及入射光频率变化都很敏感带宽宽、饱和功率高以及偏振灵明度低，因此使用更为广泛第3章通信用光器件掺铒光纤放大器(EDFA)原理：把泵浦光能量转化为信号光能量工作范围：1300~1560nm铒离子的三能带结构hvhvhvhvhvhvhvhv980nm亚稳态能带泵浦能带转化成机械能第3章通信用光器件EDFA的结构构成：掺铒光纤、一个或多个泵浦激光器、光隔离器、耦合器噪声大放大倍数高噪声小第3章通信用光器件3.4.3EDFA的工作特性1.功率增益2.增益饱和特性3.噪声特性掺铒光纤第3章通信用光器件3.4.4EDFA的应用功率放大器直接放在光发射机后面，输入一般在-8dBm左右，输出功率根据系统需求而定功率放大器第3章通信用光器件在线放大器在线放大器主要用在长距离传输系统中周期性地恢复因光纤损耗而减弱的光功率。每个EDFA能恰好补偿前面通过长为L的光纤中的功率损耗，即G=exp(-aL)。但补偿过程中积累的ASE噪声会造成信噪比的恶化，它可以通过损伤因子衡量：2ln11GGGGFpath3.4.4EDFA的应用第3章通信用光器件在线放大器增益控制长距离传输系统中光缆损耗的变化或者前置光放大器功能减弱会引起链路功率发生波动。此时，保持在线放大的输出功率不变是非常必要的。自动补偿这种变化的一个办法就是使放大器工作在增益饱和区：输入功率减小时增益变大，输入功率增加时增益变小。3.4.4EDFA的应用第3章通信用光器件1*2*minminNNNGSS前置放大器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。定义Smin和S*min分别为没有和有前置放大器时所要求的最小光功率，二者的比值即为检测灵敏度的改善量：其中N为接收机噪声电功率，N*为光前置放大器中由ASE引入的噪声3.4.4EDFA的应用