第6章光纖器件--有源器件2-y

1、2.光源光源 3.光探測器光探測器4.光放大器光放大器1.光調(diào)制器光調(diào)制器 21. 光調(diào)制器光調(diào)制器n直接調(diào)制：信號(hào)直接調(diào)制光源的輸出光強(qiáng)直接調(diào)制：信號(hào)直接調(diào)制光源的輸出光強(qiáng)n外調(diào)制：信號(hào)通過外調(diào)制器對(duì)連續(xù)輸出光進(jìn)行調(diào)制外調(diào)制：信號(hào)通過外調(diào)制器對(duì)連續(xù)輸出光進(jìn)行調(diào)制直接調(diào)制直接調(diào)制 外調(diào)制外調(diào)制 n直接調(diào)制是信號(hào)直接直接調(diào)制是信號(hào)直接調(diào)制光源的輸出光強(qiáng)。調(diào)制光源的輸出光強(qiáng)。n外調(diào)制是信號(hào)通過外外調(diào)制是信號(hào)通過外調(diào)制器對(duì)連續(xù)輸出光調(diào)制器對(duì)連續(xù)輸出光進(jìn)行調(diào)制。進(jìn)行調(diào)制。n用直接調(diào)制時(shí)，注入用直接調(diào)制時(shí)，注入電流的變化要非常大，電流的變化要非常大，并引入不希望有的線并引入不希望有的線性調(diào)頻（啁啾）。性

2、調(diào)頻（啁啾）。3聲光調(diào)制器聲光調(diào)制器聲光介質(zhì)聲光介質(zhì)電極電極耦合介質(zhì)耦合介質(zhì)電聲換能器電聲換能器電極引線電極引線4聲光調(diào)制器聲光調(diào)制器自由空間聲光調(diào)制器自由空間聲光調(diào)制器光纖聲光調(diào)制器光纖聲光調(diào)制器5磁光調(diào)制器磁光調(diào)制器6電光調(diào)制器電光調(diào)制器 線性電光效應(yīng)，線性電光效應(yīng)，nE線性，線性， LiNbO3、KDP7馬赫馬赫-曾德爾幅度調(diào)制器曾德爾幅度調(diào)制器LiNbO3共平面共平面條形電極條形電極偏振光輸入偏振光輸入調(diào)制信號(hào)調(diào)制信號(hào)V(t)波導(dǎo)波導(dǎo)3LiNbO-Ti輸出輸出DCABEa+ +- - -ABtt00輸出輸出光信號(hào)光信號(hào)調(diào)制調(diào)制電信號(hào)電信號(hào)n由于外加電場控制著兩個(gè)分支中由于外加電場控制著

3、兩個(gè)分支中干涉波的相位差，所以外加電場干涉波的相位差，所以外加電場也控制著輸出光的強(qiáng)度，從而對(duì)也控制著輸出光的強(qiáng)度，從而對(duì)幅度進(jìn)行了調(diào)制。幅度進(jìn)行了調(diào)制。n外腔調(diào)制器的性能由開關(guān)比（消外腔調(diào)制器的性能由開關(guān)比（消光比）和調(diào)制帶寬度量。調(diào)制器光比）和調(diào)制帶寬度量。調(diào)制器的消光比大于的消光比大于20，調(diào)制帶寬可達(dá)，調(diào)制帶寬可達(dá) 20 GHz。8鈦擴(kuò)散鈮酸鋰鈦擴(kuò)散鈮酸鋰電光效應(yīng)調(diào)制器，電光效應(yīng)調(diào)制器，工作頻率工作頻率16GHz,波長波長1550nm,最大調(diào)制電壓最大調(diào)制電壓 20V9電吸收波導(dǎo)調(diào)制器電吸收波導(dǎo)調(diào)制器EAM, Electro Absoption Modulator EAM是一種是一種p

4、-i-n半導(dǎo)體器件，其半導(dǎo)體器件，其i層由多量子阱層由多量子阱(MQW)波導(dǎo)構(gòu)成。波導(dǎo)構(gòu)成。 i 層對(duì)光的吸收損耗與外加的調(diào)制電層對(duì)光的吸收損耗與外加的調(diào)制電壓有關(guān)。壓有關(guān)。+pinpin入射光入射光入射光入射光n nhn nhMQWttPP00tV0-V調(diào)制調(diào)制電信號(hào)電信號(hào)VV101). 概述概述2). 發(fā)光機(jī)理發(fā)光機(jī)理3). 器件結(jié)構(gòu)器件結(jié)構(gòu)4). 半導(dǎo)體激光器的特性半導(dǎo)體激光器的特性2. 光源光源11 1).概述概述光纖光源主要有兩種：光纖光源主要有兩種：LD（laser diode）半導(dǎo)體激光器）半導(dǎo)體激光器 LED（light-emitting diode）發(fā)光二極管）發(fā)光二極管 單

5、縱模（或單頻）單縱模（或單頻）LD，在高速率、大容量的數(shù)字光，在高速率、大容量的數(shù)字光纖通訊系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用；纖通訊系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用； LED光纖傳感中應(yīng)用比較廣泛光纖傳感中應(yīng)用比較廣泛波長可調(diào)諧激光器也越來越受到人們的關(guān)注。波長可調(diào)諧激光器也越來越受到人們的關(guān)注。光源發(fā)射的峰值波長，應(yīng)在光纖低損耗窗口之內(nèi)光源發(fā)射的峰值波長，應(yīng)在光纖低損耗窗口之內(nèi);有足夠高的、穩(wěn)定的輸出光功率有足夠高的、穩(wěn)定的輸出光功率;電光轉(zhuǎn)換效率高，驅(qū)動(dòng)功率低，壽命長，可靠性高電光轉(zhuǎn)換效率高，驅(qū)動(dòng)功率低，壽命長，可靠性高;單色性和方向性好，以減少光纖的材料色散，提高光單色性和方向性好，以減少光纖的材料色散，提高光源和

6、光纖的耦合效率；源和光纖的耦合效率；易于調(diào)制，響應(yīng)速度快易于調(diào)制，響應(yīng)速度快;強(qiáng)度噪聲要小。強(qiáng)度噪聲要小。12光的自光的自發(fā)輻射發(fā)輻射Ec cEvhn nhn n光的受光的受激發(fā)射激發(fā)射Ec chn nEvhn n輸入輸入輸出輸出(a) 發(fā)光二極管發(fā)光二極管光的自發(fā)輻射光的自發(fā)輻射(b) 激光器激光器光的受激發(fā)射光的受激發(fā)射Ec c吸收光子后吸收光子后產(chǎn)生電子產(chǎn)生電子Ev光子光子hn n輸入輸入( (輸出電流輸出電流) )(c) 光探測器件光探測器件光的吸收光的吸收光的自發(fā)輻射、受激發(fā)射和吸收光的自發(fā)輻射、受激發(fā)射和吸收2).發(fā)光機(jī)理發(fā)光機(jī)理 13激光基本原理激光基本原理 光的受光的受激發(fā)射激

7、發(fā)射Ec chn nEvhn n輸入輸入輸出輸出(b) 激光器激光器光的受激發(fā)射光的受激發(fā)射LR1R2反射波相互干涉反射波相互干涉M1M2反反射射鏡鏡反反射射鏡鏡ABab2).發(fā)光機(jī)理發(fā)光機(jī)理 14n白熾燈是把被加熱鎢原子的一部分熱激勵(lì)能轉(zhuǎn)變成光能，白熾燈是把被加熱鎢原子的一部分熱激勵(lì)能轉(zhuǎn)變成光能，發(fā)出寬度為發(fā)出寬度為1 000 nm 以上的白色連續(xù)光譜。以上的白色連續(xù)光譜。n發(fā)光二極管（發(fā)光二極管（LED）卻是通過電子在能帶之間的躍遷，）卻是通過電子在能帶之間的躍遷，光的波長由能帶差所決定發(fā)出頻譜寬度在幾百光的波長由能帶差所決定發(fā)出頻譜寬度在幾百 nm 以下以下的光的光.2).發(fā)光機(jī)理發(fā)光機(jī)

8、理 EcEvEg能能量量E空穴空穴電子電子導(dǎo)帶費(fèi)米能級(jí)導(dǎo)帶費(fèi)米能級(jí)價(jià)帶費(fèi)米能級(jí)價(jià)帶費(fèi)米能級(jí)光子光子eVhvEFnEFp狀態(tài)密度狀態(tài)密度vcgEEE- -= =hvE= =D Dvc= =l ll l= = =hcEED DD D12398.（m mm）= =15 半導(dǎo)體發(fā)光原理半導(dǎo)體發(fā)光原理 -PN結(jié)結(jié)16 同質(zhì)、異質(zhì)結(jié)同質(zhì)、異質(zhì)結(jié)LEDn同質(zhì)結(jié)構(gòu)只有一個(gè)簡單同質(zhì)結(jié)構(gòu)只有一個(gè)簡單P-N結(jié)，且結(jié)，且 P 區(qū)和區(qū)和 N 區(qū)都是同一物區(qū)都是同一物質(zhì)。該質(zhì)。該LED閾值電流密度太大，工作時(shí)發(fā)熱非常嚴(yán)重，只閾值電流密度太大，工作時(shí)發(fā)熱非常嚴(yán)重，只能在低溫環(huán)境、脈沖狀態(tài)下工作。能在低溫環(huán)境、脈沖狀態(tài)下工作

9、。n“異質(zhì)結(jié)異質(zhì)結(jié)”是由兩種不同材料（例如是由兩種不同材料（例如 GaAs 和和 GaAlAs ）構(gòu)）構(gòu)成的成的P-N結(jié)。在雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)中，有三種材料，有源區(qū)被禁帶結(jié)。在雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)中，有三種材料，有源區(qū)被禁帶寬度大、折射率較低的介質(zhì)材料包圍。這種結(jié)構(gòu)形成了一寬度大、折射率較低的介質(zhì)材料包圍。這種結(jié)構(gòu)形成了一個(gè)像光纖波導(dǎo)的折射率分布，限制了光波向外圍的泄漏，個(gè)像光纖波導(dǎo)的折射率分布，限制了光波向外圍的泄漏，使閾值電流降低，發(fā)熱現(xiàn)象減輕，可在室溫狀態(tài)下連續(xù)工使閾值電流降低，發(fā)熱現(xiàn)象減輕，可在室溫狀態(tài)下連續(xù)工作。作。 發(fā)光二極管發(fā)光二極管LED17 發(fā)光二極管發(fā)光二極管LED18n除雙異質(zhì)結(jié)除雙異質(zhì)結(jié)

10、 LD 對(duì)載流子進(jìn)行限制外，對(duì)載流子進(jìn)行限制外，n還有另外一種完全不同的對(duì)載流子限制的方式。這就是還有另外一種完全不同的對(duì)載流子限制的方式。這就是對(duì)電子或空穴允許占據(jù)能量狀態(tài)的限制，這種激光器叫對(duì)電子或空穴允許占據(jù)能量狀態(tài)的限制，這種激光器叫做做量子限制激光器量子限制激光器。n它具有閾值低，線寬窄，微分增益高，以及對(duì)溫度不敏它具有閾值低，線寬窄，微分增益高，以及對(duì)溫度不敏感，調(diào)制速度快和增益曲線容易控制等許多優(yōu)點(diǎn)。感，調(diào)制速度快和增益曲線容易控制等許多優(yōu)點(diǎn)。 量子限制激光器量子限制激光器19 量子限制激光器量子限制激光器20 垂直腔表面發(fā)射激光器垂直腔表面發(fā)射激光器 Vertical Cavi

11、ty Surface Emitting Laser 顧名思義，它的光發(fā)顧名思義，它的光發(fā)射方向與腔體垂直，而不射方向與腔體垂直，而不是像普通激光器那樣，與是像普通激光器那樣，與腔體平行。這種激光器的腔體平行。這種激光器的光腔軸線與注入電流方向光腔軸線與注入電流方向相同。相同。有源區(qū)有源區(qū)電極電極電極電極電介電介質(zhì)鏡質(zhì)鏡襯底襯底電介電介質(zhì)鏡質(zhì)鏡+ +表面發(fā)射表面發(fā)射l l/(4/(4n1) )Ll l/(4/(4n2) )ddn1n212z= 0.1m mmInGaAsAlGaAsGaAs21 VCSEL 激光器激光器 有源層通常很薄有源層通常很薄(EgSiO2P+h+e-+ERIpW抗反射膜抗

12、反射膜電極電極電電極極耗盡區(qū)耗盡區(qū)PinL LN28光電二極管光電二極管 光纖通信中最常用的光電檢測器是光纖通信中最常用的光電檢測器是: 光電二極管光電二極管PIN 雪崩光電二極管雪崩光電二極管(APD)nPIN 二極管與二極管與 PN 二極管的主要區(qū)別是，在二極管的主要區(qū)別是，在 P 和和 N 層之間層之間加入了一個(gè)加入了一個(gè) I 層，作為耗盡層。層，作為耗盡層。I 層的寬度較寬，約有（層的寬度較寬，約有（5 50）m mm，可吸收絕大多數(shù)光子，使量子效率提高，使光生，可吸收絕大多數(shù)光子，使量子效率提高，使光生電流增加。電流增加。入射光入射光hvEgSiO2P+h+e-+EIpVout抗反射

13、膜抗反射膜電極電極電電極極耗盡區(qū)耗盡區(qū)Pin輸出輸出電壓電壓RLI-SiWN+Vr-RLCdIpVout空穴空穴h+e-電子電子負(fù)載電阻負(fù)載電阻RIp光生電流光生電流L LW = =m mm550EVr/WCdPINPIN管分布電容管分布電容0dnpnp1d2VVNNNNeW=29n雪崩光電二極管（雪崩光電二極管（APD）是利用雪崩倍增效應(yīng)使光電）是利用雪崩倍增效應(yīng)使光電流得到倍增的高靈敏度探測器。流得到倍增的高靈敏度探測器。APD的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使它能承受高的反向偏壓，從而在它能承受高的反向偏壓，從而在 PN 結(jié)內(nèi)部形成一個(gè)結(jié)內(nèi)部形成一個(gè)高電場區(qū)，能提供內(nèi)部增益。高電場區(qū)，能提供內(nèi)

14、部增益。n工作速度高。工作速度高。雪崩光電二極管雪崩光電二極管SiO2P+h+e-ERIpVout電極電極電電極極耗盡區(qū)耗盡區(qū)入射光入射光hvEgL L(a)雪崩光電二雪崩光電二極管（極管（APDAPD）的結(jié)構(gòu)）的結(jié)構(gòu)WN+Vr-P E( )x0 0各區(qū)電場分布各區(qū)電場分布, ,雪崩發(fā)生在雪崩發(fā)生在P P區(qū)，區(qū)，吸收發(fā)生在吸收發(fā)生在 區(qū)區(qū)(b)x吸收區(qū)吸收區(qū)雪崩區(qū)雪崩區(qū) EN+ Ph+e-雪崩區(qū)雪崩區(qū)(c)離子碰撞過程釋放電子空穴對(duì)，離子碰撞過程釋放電子空穴對(duì)，導(dǎo)致雪崩導(dǎo)致雪崩晶格晶格30光電探測器的性能參數(shù)光電探測器的性能參數(shù)n工作波長范圍和截止波長工作波長范圍和截止波長截止波長截止波長gg

15、24. 1EEhcc=l硅硅(Si)材料制作的光材料制作的光電二極管電二極管l lc=1.06m mm對(duì)鍺對(duì)鍺(Ge)制作的光電制作的光電二極管二極管l lc=1.6mmInGaAs材料制作的光材料制作的光電二極管電二極管l lc=1.7mm31光電探測器的性能參數(shù)光電探測器的性能參數(shù)n量子效率量子效率 和和 響應(yīng)度響應(yīng)度hPeI/p=入射光子數(shù)產(chǎn)生的電子空穴對(duì)數(shù)nheR =由光生載流子穿越耗盡層的寬由光生載流子穿越耗盡層的寬度度W W所決定。增加所決定。增加W可吸收更多可吸收更多的光子，從而增加量子效率，的光子，從而增加量子效率，但是載流子穿越但是載流子穿越W的時(shí)間增加，的時(shí)間增加，響應(yīng)速度

16、變慢。載流子在響應(yīng)速度變慢。載流子在W區(qū)區(qū)的漂移時(shí)間為的漂移時(shí)間為式中式中Vd是漂移速度。為了減小是漂移速度。為了減小漂移時(shí)間，漂移時(shí)間，可增加施加的電壓?？稍黾邮┘拥碾妷?。響應(yīng)時(shí)間響應(yīng)時(shí)間ttr=W/Vd324. 光放大器光放大器n摻鉺光纖放大器摻鉺光纖放大器n光纖喇曼放大器光纖喇曼放大器n半導(dǎo)體光放大器半導(dǎo)體光放大器33n光纖系統(tǒng)傳輸距離受光纖損耗或色散限制光纖系統(tǒng)傳輸距離受光纖損耗或色散限制n再生中繼器的基本功能是進(jìn)行光再生中繼器的基本功能是進(jìn)行光-電電-光轉(zhuǎn)換，并在光信號(hào)轉(zhuǎn)光轉(zhuǎn)換，并在光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)時(shí)進(jìn)行再生、整形和定時(shí)處理，恢復(fù)信號(hào)形狀和變?yōu)殡娦盘?hào)時(shí)進(jìn)行再生、整形和定時(shí)處理，恢復(fù)

17、信號(hào)形狀和幅度，然后再轉(zhuǎn)換回光信號(hào)，沿光纖線路繼續(xù)傳輸。幅度，然后再轉(zhuǎn)換回光信號(hào)，沿光纖線路繼續(xù)傳輸。n這種方式有許多缺點(diǎn)。首先，通信設(shè)備復(fù)雜，系統(tǒng)的穩(wěn)定性這種方式有許多缺點(diǎn)。首先，通信設(shè)備復(fù)雜，系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性不高，其次，傳輸容量受到一定的限制。和可靠性不高，其次，傳輸容量受到一定的限制。再生中繼及其缺點(diǎn)再生中繼及其缺點(diǎn) l l1l l2l lN.光纖光纖l l1l l2l lN光光解解復(fù)復(fù)用用.O/EADME/O光光復(fù)復(fù)用用l l1l l2l lN.l l1l l2l lN.光纖光纖34光放大器的應(yīng)用光放大器的應(yīng)用光發(fā)光發(fā)射機(jī)射機(jī)FA光接光接收機(jī)收機(jī)FA光纖光纖光纖光纖(a)在線放大器

18、在線放大器在線放大器在線放大器FA光纖光纖(b)功率放大器功率放大器光發(fā)射機(jī)功率增強(qiáng)器光發(fā)射機(jī)功率增強(qiáng)器光接光接收機(jī)收機(jī)FA光纖光纖(c)前置放大器前置放大器接收機(jī)前置放大器接收機(jī)前置放大器光接光接收機(jī)收機(jī)光發(fā)光發(fā)射機(jī)射機(jī)FA(d)補(bǔ)償損耗放大器補(bǔ)償損耗放大器光纖總線光纖總線節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)在局域網(wǎng)中用于補(bǔ)償分配損耗在局域網(wǎng)中用于補(bǔ)償分配損耗光接光接收機(jī)收機(jī)光發(fā)光發(fā)射機(jī)射機(jī)光發(fā)光發(fā)射機(jī)射機(jī)35 1. 摻鉺光纖放大器摻鉺光纖放大器 品牌：品牌：HZHCGD 型號(hào)：型號(hào)：HCEA-1520 形尺寸：形尺寸：19101.75 工作溫度：工作溫度：-4085() 工作濕度：工作濕度：595(%) 電源電壓：電

19、源電壓：90265市電市電(V) 輸入光功率：輸入光功率：010dBm 輸出光功率：輸出光功率：1325dBMm 光連接器：光連接器：FC/APCSC/APC 光波長：光波長：15401564nm 輸出功率穩(wěn)定度：輸出功率穩(wěn)定度：0.1361). 1). 摻鉺光纖結(jié)構(gòu)摻鉺光纖結(jié)構(gòu) 摻鉺光纖結(jié)構(gòu)摻鉺光纖結(jié)構(gòu) 折射率分布折射率分布 2b2aEr3+-Al203-Ge02-Si02F-Si02D D D D- - Ge02-Si02 直徑直徑125 m mm硅包層硅包層徑向分布場徑向分布場摻鍺區(qū)摻鍺區(qū)（直徑（直徑3 36 6m m m) )D=D=0.010.04 摻鉺區(qū)摻鉺區(qū)（濃度（濃度11001

20、1002500ppm)2500ppm)ErEr3700.20.40.60.81.0010002000300040005000b/appm-wt鉺鉺離離子子濃濃度度 鉺離子濃度與鉺離子濃度與b/a值的關(guān)系值的關(guān)系 38EDFA構(gòu)成構(gòu)成 輸入信號(hào)輸入信號(hào)泵浦泵浦光隔離器光隔離器光隔離器光隔離器摻鉺光纖摻鉺光纖輸出信號(hào)輸出信號(hào)熔接熔接合波器合波器(1) 摻鉺光纖摻鉺光纖:光纖放大器的關(guān)鍵部件光纖放大器的關(guān)鍵部件.(2) 泵浦源泵浦源:對(duì)泵浦源的基本要求是高功率和長壽命。它是對(duì)泵浦源的基本要求是高功率和長壽命。它是保證光纖放大器性能的基本因素。保證光纖放大器性能的基本因素。 EDFA各部分作用各部分作

21、用 (3) 波分復(fù)用器波分復(fù)用器:使泵浦光與信號(hào)光進(jìn)行復(fù)合。使泵浦光與信號(hào)光進(jìn)行復(fù)合。(4) 光隔離器光隔離器: 在輸入、輸出端插入光隔離器是為了抑制光在輸入、輸出端插入光隔離器是為了抑制光路中的反射，從而使系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠、降低噪聲。路中的反射，從而使系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠、降低噪聲。392). EDFA工作原理及其特性工作原理及其特性 1530nm980nm980nm泵浦光泵浦光放大后放大后的信號(hào)光的信號(hào)光.1E2E3E信號(hào)光信號(hào)光1550nm1550nm0能級(jí)能級(jí) 3rE0.80eV1.27eV鉺離子能級(jí)圖鉺離子能級(jí)圖可使用多種不同波長的光來泵浦可使用多種不同波長的光來泵浦 EDFA，但是，但

22、是 0.98 m mm 和和 1.48 m mm的半導(dǎo)體激光泵浦最有效。使用這兩種波長的光泵浦的半導(dǎo)體激光泵浦最有效。使用這兩種波長的光泵浦 EDFA 時(shí)，只用幾毫瓦的泵浦功率就可獲得高達(dá)時(shí)，只用幾毫瓦的泵浦功率就可獲得高達(dá) 30 40 dB 的的放大器增益。放大器增益。40n泵浦光功率轉(zhuǎn)泵浦光功率轉(zhuǎn)換為輸出信號(hào)換為輸出信號(hào)光功率的效率光功率的效率為為 92.6 %.3). 輸出信號(hào)功率與泵浦功率的關(guān)系輸出信號(hào)功率與泵浦功率的關(guān)系008020406020406080泵浦功率泵浦功率輸輸出出信信號(hào)號(hào)功功率率轉(zhuǎn)換效率轉(zhuǎn)換效率92.6%(mW)(mW)泵浦功率信號(hào)輸入功率信號(hào)輸出功率-41 對(duì)于給定

23、的對(duì)于給定的放大器長度放大器長度L，放大器增益最初放大器增益最初隨泵浦功率按指隨泵浦功率按指數(shù)函數(shù)增加，但數(shù)函數(shù)增加，但是當(dāng)泵浦功率超是當(dāng)泵浦功率超過一定值后，增過一定值后，增益的增加就減小益的增加就減小小信號(hào)增益和泵浦功率的關(guān)系小信號(hào)增益和泵浦功率的關(guān)系0-1010302040增增益益02468102015105mL=(mW)泵浦功率泵浦功率(dB)42增增益益01030200-10102030405040(m)(dB)3 mWPP=24561789鉺光纖長度鉺光纖長度小信號(hào)增益和光纖長度的關(guān)系小信號(hào)增益和光纖長度的關(guān)系43 6). 摻鉺光纖放大器的優(yōu)點(diǎn)摻鉺光纖放大器的優(yōu)點(diǎn) (1)工作波長恰

24、好落在光纖通信的最佳波長區(qū)工作波長恰好落在光纖通信的最佳波長區(qū)( 1500 nm )(2)與線路光纖的耦合損耗很小，約與線路光纖的耦合損耗很小，約0.1 dB左右左右(3)噪聲指數(shù)低噪聲指數(shù)低,一般約一般約47 dB(4)增益高，約增益高，約2040 dB，飽和輸出功率大，約，飽和輸出功率大，約815dB(5)頻帶寬，在頻帶寬，在1550 nm窗口有窗口有2040nm帶寬，可進(jìn)行多帶寬，可進(jìn)行多信道傳輸便于擴(kuò)大傳輸容量，從而節(jié)省成本費(fèi)用信道傳輸便于擴(kuò)大傳輸容量，從而節(jié)省成本費(fèi)用(6)與半導(dǎo)體光放大器不同光纖放大器的增益特性與光纖極與半導(dǎo)體光放大器不同光纖放大器的增益特性與光纖極化狀態(tài)無關(guān)化狀態(tài)

25、無關(guān),放大特性與光信號(hào)的傳輸方向也無關(guān)放大特性與光信號(hào)的傳輸方向也無關(guān),光纖放大光纖放大器內(nèi)無隔離器時(shí)可以實(shí)現(xiàn)雙向放大器內(nèi)無隔離器時(shí)可以實(shí)現(xiàn)雙向放大44(7)所需泵浦功率較低所需泵浦功率較低(數(shù)十毫瓦數(shù)十毫瓦)泵浦效率卻相當(dāng)高，泵浦效率卻相當(dāng)高，(8)在多信道應(yīng)用中可進(jìn)行無串話傳輸在多信道應(yīng)用中可進(jìn)行無串話傳輸(9)放大器中只有低速電子裝置和幾個(gè)無源器件放大器中只有低速電子裝置和幾個(gè)無源器件,結(jié)構(gòu)簡單，結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高，體積小?？煽啃愿?，體積小。(10)對(duì)不同傳輸速率的數(shù)字體系具有完全的透明度，即與對(duì)不同傳輸速率的數(shù)字體系具有完全的透明度，即與準(zhǔn)同步數(shù)字體系準(zhǔn)同步數(shù)字體系(PDH)和同步數(shù)字

26、體系和同步數(shù)字體系(SDH)的各種速率的各種速率兼容，調(diào)制方案可任意選擇。兼容，調(diào)制方案可任意選擇。(11) EDFA需要的工作電流比光需要的工作電流比光-電光再生器的小，因此可以電光再生器的小，因此可以可大大減小遠(yuǎn)供電流，從而降低了對(duì)海纜的電阻和絕緣性能可大大減小遠(yuǎn)供電流，從而降低了對(duì)海纜的電阻和絕緣性能的要求。的要求。 6). 摻鉺光纖放大器的優(yōu)點(diǎn)摻鉺光纖放大器的優(yōu)點(diǎn) 45 2. 光纖喇曼放大器光纖喇曼放大器 nEDFA是光纖通信系統(tǒng)中的重要組成部分，目前其單泵是光纖通信系統(tǒng)中的重要組成部分，目前其單泵浦增益典型值為浦增益典型值為17dB，雙泵浦的為，雙泵浦的為35dB，噪聲系數(shù)一，噪聲系

27、數(shù)一般為般為5 7dB，帶寬為，帶寬為30nm，在帶寬內(nèi)的增益偏差為，在帶寬內(nèi)的增益偏差為1dB。但是。但是EDFA只能工作在只能工作在15301564nm之間的之間的C波波段，而光纖喇曼放大器段，而光纖喇曼放大器(FRA)則是一種能夠與全波光則是一種能夠與全波光纖工作窗口相匹配的光放大器。纖工作窗口相匹配的光放大器。WDM傳輸光纖傳輸光纖信號(hào)光信號(hào)光泵浦光泵浦光光復(fù)光復(fù)用器用器泵浦光泵浦光增益平坦增益平坦濾波器濾波器入入1 1入入2 246n增益介質(zhì)：系統(tǒng)傳輸光纖。增益介質(zhì)：系統(tǒng)傳輸光纖。n工作原理：基于非線性光學(xué)效應(yīng)。工作原理：基于非線性光學(xué)效應(yīng)。 如果一個(gè)弱信號(hào)光與一個(gè)強(qiáng)泵浦光同時(shí)在一根

28、光如果一個(gè)弱信號(hào)光與一個(gè)強(qiáng)泵浦光同時(shí)在一根光纖中傳輸，并且弱信號(hào)光的波長在泵浦光的喇曼增益帶纖中傳輸，并且弱信號(hào)光的波長在泵浦光的喇曼增益帶寬內(nèi)，則強(qiáng)泵浦光的能量寬內(nèi)，則強(qiáng)泵浦光的能量, ,通過受激喇曼散射通過受激喇曼散射, ,耦合到光耦合到光纖硅材料的振蕩模中，然后又以較長的波長發(fā)射，該波纖硅材料的振蕩模中，然后又以較長的波長發(fā)射，該波長就是信號(hào)光的波長，從而使弱信號(hào)光得到放大，獲得長就是信號(hào)光的波長，從而使弱信號(hào)光得到放大，獲得喇曼增益。喇曼增益。 FRA工作原理工作原理 WDM傳輸光纖傳輸光纖信號(hào)光信號(hào)光泵浦光泵浦光光復(fù)光復(fù)用器用器泵浦光泵浦光增益平坦增益平坦濾波器濾波器入入1 1入入2

29、 247產(chǎn)品名稱：產(chǎn)品名稱： 通興分布式拉曼光纖放大器通興分布式拉曼光纖放大器型號(hào)：型號(hào)： OIRFA1550 sps)(ddIIgzIR=48 2. 半導(dǎo)體光放大器半導(dǎo)體光放大器 SOA 半導(dǎo)體光放大器的機(jī)理與激光器的相同，即通過受激發(fā)半導(dǎo)體光放大器的機(jī)理與激光器的相同，即通過受激發(fā)射放大入射光信號(hào)。射放大入射光信號(hào)。 光放大器只是一個(gè)無反饋的激光器，當(dāng)放大器被光或電光放大器只是一個(gè)無反饋的激光器，當(dāng)放大器被光或電泵浦時(shí)，使粒子數(shù)反轉(zhuǎn)獲得光增益。該增益通常不僅與入射泵浦時(shí)，使粒子數(shù)反轉(zhuǎn)獲得光增益。該增益通常不僅與入射信號(hào)的頻率有關(guān)，而且與放大器內(nèi)任一點(diǎn)的局部光強(qiáng)有關(guān)，信號(hào)的頻率有關(guān)，而且與放

30、大器內(nèi)任一點(diǎn)的局部光強(qiáng)有關(guān)，該頻率和光強(qiáng)與光增益的關(guān)系又取決于放大器介質(zhì)。該頻率和光強(qiáng)與光增益的關(guān)系又取決于放大器介質(zhì)。49n行 波 光 放行 波 光 放大器是一個(gè)大器是一個(gè)沒有反饋的沒有反饋的激光器。激光器。n其 核 心 是其 核 心 是當(dāng)放大器被當(dāng)放大器被光或電泵浦光或電泵浦時(shí)，使粒子時(shí)，使粒子數(shù)反轉(zhuǎn)獲得數(shù)反轉(zhuǎn)獲得光增益。光增益。 行波半導(dǎo)體光放大器行波半導(dǎo)體光放大器 注入電流注入電流輸入輸入光信號(hào)光信號(hào)輸出光信號(hào)輸出光信號(hào)有源區(qū)有源區(qū)Lz = 0z = Lz z50半導(dǎo)體激光半導(dǎo)體激光器由于在解理面器由于在解理面存在反射，當(dāng)偏存在反射，當(dāng)偏流低于閾值時(shí)是流低于閾值時(shí)是放大器。放大器。減小

31、腔體界減小腔體界面反射，也可使面反射，也可使激光器變?yōu)榉糯蠹す馄髯優(yōu)榉糯笃?。器。這種放大器這種放大器稱稱 F-P 放大器。放大器。F-P SOA的結(jié)構(gòu)和原理的結(jié)構(gòu)和原理注入電流注入電流輸入輸入光信號(hào)光信號(hào)輸出光信號(hào)輸出光信號(hào)有源區(qū)有源區(qū)Lz = z = Lz z反射面反射面R反射面反射面R051nF-P諧振諧振腔反射率腔反射率 R 越大，越大，SOA的增的增益越大。益越大。n但是，當(dāng)?shù)牵?dāng) R 超過一超過一定值后定值后,光光放大器將放大器將變?yōu)榧す庾優(yōu)榧す馄?。器。不同反射率時(shí)的不同反射率時(shí)的F-P SOA的增益頻譜曲的增益頻譜曲頻率頻率增益增益gw wGFPAR=0.03R=0.32R=0w w0GFPAmaxGFPAmin0+2w w0-2w w0行波放大器行波放大器( ) 2ss211w ww wRGGR- - -maxFPA)(w wG= =52n角度解理面或有源區(qū)傾斜結(jié)構(gòu)。在解理面處的反射光角度解理面或有源區(qū)傾斜結(jié)構(gòu)。在解理面處的反射光束，因角度解理面的緣故已與前向光束分開。在大多束，因角度解理面的緣故已與前向光束分開。在大多數(shù)情況