光放大器课件.

1光传输技术2光传输技术光电光放大器原理全光放大器分类掺铒光纤放大器的结构、原理和特性3光传输技术了解光电光放大器原理熟悉全光放大器分类掌握掺铒光纤放大器的结构、原理和特性4光传输技术2.全光放大器3.掺铒光纤放大器1.光电光放大器5光传输技术光放大器的出现和发展克服了高速长距离传输的最大障碍——光功率受限，这是光通信史上的重要里程碑。光放大器可以是光/电/光变换，也可以直接对光信号进行放大1.光电光放大器6光传输技术图传统的光电光放大器原理框图光电变换(O/E)放大器电光变换(E/O)光纤光纤光的范围电的范围光的范围1.光电光放大器光信号电信号光信号7光传输技术2.全光放大器3.掺铒光纤放大器1.光电光放大器8光传输技术光放大器光纤光纤2.全光放大器常用的有法布里—泊罗半导体激光放大器（FPA）和行波放大器。此类放大器的工作原理与激光器相同半导体激光放大器利用光纤中的非线性现象进行光信号放大，即利用受激拉曼散射和受激布里渊散射。放大的过程，就是能量从泵浦源向信号光转移的过程非线性光学放大器光纤中掺入适量稀土金属杂质，利用稀土金属原子特有的能级结构实现光信号放大。常用掺铒光纤放大器（EDFA）。掺稀土金属光纤放大器9光传输技术2.全光放大器3.掺铒光纤放大器1.光电光放大器10光传输技术3.掺铒光纤放大器EDFA主要是由掺铒光纤、泵浦源、耦合器和光隔离器组成耦合器光隔离器光隔离器掺铒光纤泵浦激光器输入信号输出信号是为了保证泵浦光与EDFA中合波器的反射光不向外洩漏，光隔离器的特点是只允许正方向的光进入。信号光和与泵浦光同时沿掺铒光纤传输，泵浦光的能量被光纤中的铒离子吸收而跃迁到更高的能级，并可以通过能级间的受激发射转移为信号光的能量。信号光沿掺铒光纤长度不断放大，泵浦光沿掺铒光纤长度不断衰减把铒离子从E1能级“泵”到E3能级，使其形成粒子数反转分布状态，为受激幅射创造条件。把泵浦光与信号光合并在一起输入到掺铒光纤中11光传输技术同向（前向）泵浦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(a)(b)铒光纤输入光输出光信号泵浦LDWDM铒光纤输入光泵浦LDWDM输出光(c)铒光纤输入光泵浦LDWDM输出光信号泵浦LDWDM光隔离器偏振器3.掺铒光纤放大器12光传输技术反向泵浦信号光与泵浦光从两个不同方向注入掺铒光纤的结构(a)(b)铒光纤输入光输出光信号泵浦LDWDM铒光纤输入光泵浦LDWDM输出光(c)铒光纤输入光泵浦LDWDM输出光信号泵浦LDWDM光隔离器偏振器3.掺铒光纤放大器13光传输技术双向泵浦双向泵浦是同向泵浦与反向泵浦结合的方式(a)(b)铒光纤输入光输出光信号泵浦LDWDM铒光纤输入光泵浦LDWDM输出光(c)铒光纤输入光泵浦LDWDM输出光信号泵浦LDWDM光隔离器偏振器3.掺铒光纤放大器14光传输技术图铒的能级图4I11/2泵浦980nm4I15/21550nm4I13/2泵浦1480nm受激辐射亚稳态高能态基态工作原理铒的能级图如图所示,其发光原理可用三能级系统来解释，基态为4I15/2，激发态为4I13/2，I11/2。在泵浦光的激励下，4I11/2能级上的粒子数不断增加，又由于其上的粒子不稳定，很快跃迁到亚稳态4I13/2能级，从而实现了粒子数反转3.掺铒光纤放大器15光传输技术采用1480的泵浦源的EDFA特点：较高的泵浦效率，可以输出较大功率，但噪声较高。有两种泵浦源：980nm和1480nm980nm采用980nm的泵浦源的EDFA特点：低噪声1480nm3.掺铒光纤放大器16光传输技术3.掺铒光纤放大器EDFA重要性能指标增益G噪声系数NF带宽增益平坦度Gp-p总输入/输出功率范围输入/输出光反射系数17光传输技术3.掺铒光纤放大器DWDM系统中使用的EDFA必须具有:足够的带宽平坦的增益低噪声系数高输出功率特别是增益平坦度，这是DWDM系统对EDFA的特殊要求。18光传输技术3.掺铒光纤放大器合波器λ1λ2λn•••光功率放大分波器λ1λ2λn•••光线路放大光前置放大光线路放大用于对合波后的信号进行功率提升；对于噪声系数、增益要求不高，要求有较大的输出功率用在中继设备上，用于补偿线路的传输损耗；要求有较小的噪声系数和较大输出光功率用于提高接收机的灵敏度；要求噪声系数较小，对于输出功率没有太大的要求EDFA应用场景19光传输技术3.掺铒光纤放大器增益EDFA增益谱波长均衡器增益波长铝或其它离子光纤得到的增益谱增益波长+解决增益均衡的途径首先是实现增益谱的平坦。可采用的方法大体上可分为滤波器型和本征型两类EDFA增益平坦度20光传输技术西复用器东复用器LALALALALALALALAT1R2T2R1OTSOMSAR0T0T3R3当WDM系统的传输链路突然断开，如果光放大器的泵浦源不关闭，继续向掺铒光纤“泵浦”，使处于稳态的铒离子越积累越多；若此时有一个较高功率的光信号输入，将使所有处于稳态的铒离子发生受激幅射，从而导致光放大器的输出光功率出现“尖峰”，“烧坏”光连接器和光接收机，给系统带来无法弥补的损伤EDFA光浪涌问题3.掺铒光纤放大器21光传输技术描述EDFA的工作原理及作用？22光传输技术