掺铒光纤放大器教案.pptx

会计学光放大器基本概念基本概念一、光增益谱宽和放大器带宽二、增益饱和与饱和输出功率四、应用半导体光放大器（SOA)多峰值、带宽窄，不适合系统应用，只可用于一些信号处理二、行波半导体放大器特性增益偏振相关性
起因：限制因子和微分增益系数随输入光的偏振态变化而变化
解决方法：采用宽、厚可比拟的有源层设计；使用方法着手。三、脉冲放大四、应用B、光脉冲压缩：
利用SOA自相位调制，形成啁啾脉冲，经负色散光纤传输，实现压缩掺铒光纤放大器(EDFA)二、EDFA的工作原理
EDFA采用掺铒离子单模光纤为增益介质，在泵浦光作用下产生粒子数反转，在信号光诱导下实现受激辐射放大
EDFA中的Er3+能级结构：
受激辐射对应于4I13/2到4I15/2的跃迁
泵浦波长可以是520、650、800、980、1480nm
由于波长短于980nm的泵浦存在着较强的受激带吸收，泵浦效率低，因而通常采用980和1480nm泵浦
上述两波长的泵浦效率可高达11dB/mW和5dB/mW
泵浦可以同向、逆向形式泵浦
由于光纤对1480nm的光损耗较小，所以1480nm泵浦光又常用于遥泵方式基本结构：三、EDFA的增益谱特性
吸收截面a和发射截面e：表示Er3+在不同波长的吸收和发射几率
增益展宽：石英纤芯结构的无序导致非均匀展宽；各能级的斯塔克分裂导致均匀展宽
在数学上，增益系数应对粒子跃迁频率的分布求平均四、EDFA的小信号增益和饱和特性
EDFA的增益与Er3+浓度与径向分布、光纤尺寸、放大器长度、泵浦功率、输入信号功率等参数有关
计算表明：
对于给定的放大器长度（EDF长度），增益随泵浦功率在开始时按指数增加，当泵浦功率超过一定值时，增益增加变缓，并趋于一恒定值。
当泵浦功率一定时，放大器在某一最佳长度时获得最大增益，如果放大器长度超过此值，由于泵浦的消耗，最佳点后的掺铒光纤不能受到足够泵浦，而且要吸收已放大的信号能量，导致增益很快下降。
因此，在EDFA的设计中，需要在掺铒光纤结构参数的基础上，选择合适的泵浦功率和光纤长度，使放大器工作于最佳状态。掺铒光纤放大器(EDFA)五、EDFA的噪声特性
对于EDFA，同样有掺铒光纤放大器(EDFA)六、高速与多信道放大特性
码型效应（Patterneffect）
A、脉宽s>>g(增益恢复时间)：无码型效应，小的波形失真
B、s~g：有码型效应，大的波形失真
C、s<<g：无码型效应，无波形失真掺铒光纤放大器(EDFA)多信道放大中存在的其它问题：
要求：增益平坦、增益钳制、高的输出功率

1、增益平坦增益平坦/均衡技术增益平坦EDFA新型宽谱带掺杂光纤：
如掺铒氟化物玻璃光纤（30nm平坦带宽）、铒/铝共掺杂光纤（20nm）等，静态增益谱的平坦，掺杂工艺复杂2、增益钳制增益钳制技术：
电锁定：监测EDFA的输入光功率，根据其大小调整泵浦功率，从而实现增益钳制，是目前最为成熟的方法，其响应时间由Er3+三能级至二能级的跃迁时间决定（~1s）光锁定：在放大器中对某一波长形成激射--存储载流子（蓄水池原理），优点：只须对第一级放大器进行增益钳制，即可实现对整个传输链路的钳制；确定；瞬态特性不如电锁定；激射波长产生的非线性效应应设法避免。
在系统中附加一波长信道，根据其它信道的功率，改变附加波长的功率，而实现增益钳制5、多级设计：第一级设计以提供高增益、低噪声为目的；第二级设计以提供高输出功率为目的。此外，两极之间可接入损耗元件的EDFA被色散补偿系统及光网络中所需求，设计要求：损耗元件的接入对噪声指数影响尽可能小FRA原理简介：拉曼增益特性：取决于光学声子的振动能带
峰值增益频移：～13.2THz
反向泵浦为主，也可同向泵浦
支撑技术:14nm的大功率泵浦激光器，目前以取得实用化FRA以传输光纤作为放大介质－分布式放大，从而实现一种“无损耗”传输（可降低入纤光功率，避免非线性效应）机制：拉曼增益与泵浦波长相关
方法：多波长泵浦
增益：各个泵浦波长拉曼增益谱的加权和（以dB为单位）损耗限制与光放大光放大器仅对光信号进行简单放大，不能再生信号
光放大器对信号进行放大的同时引入ASE噪声
光放大器的ASE噪声积累导致的OSNR下降，在不考虑色散的情况下（损耗限制系统），成为限制系统传输距离的主要因素
系统的自调整：EDFA的增益饱和可使系统工作于一种自调整状态，即EDFA的输入信号功率发生变化时，放大器增益作相应改变，输出功率保持恒定，保证系统稳定工作
级联EDFA系统设计的主要任务：
设计放大器间隔使系统在满足传输要求的情况下，具有最小的成本放大器增益（忽略放大器产生的ASE引起的自饱和）：因此，在自调整系统中，有：F、系统总的ASE噪声功率根据上式和前述的系统对OSNR的要求，可以得出系统在不同