大三下光纖通信13achapt6-1ofa

1、中繼/再長(zhǎng)途光纖傳輸系統(tǒng)中，需要每隔一定的距離就加一個(gè)再生中繼器將劣化的信號(hào)進(jìn)行恢復(fù)的機(jī)制。中繼/再生的要求23R再中繼/再長(zhǎng)途光纖傳輸系統(tǒng)中，需要每隔一定的距離就加一個(gè)再生中繼器將劣化的信號(hào)進(jìn)行恢復(fù)的機(jī)制。中繼/再生的要求23R再再生器的種類(lèi)O/E/O再再生器的種類(lèi)O/E/O再生全光放大3O/E/O型再生器再生過(guò)程優(yōu)點(diǎn)3R再缺點(diǎn)價(jià)格昂貴/體積大/可靠性4光中繼的優(yōu)勢(shì)優(yōu)點(diǎn)缺光中繼的優(yōu)勢(shì)優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)5OEO再生11OEO再生11 1116泵浦工作介與WDM技與WDM技術(shù)珠聯(lián)璧合，奠定了更長(zhǎng)距離更高容傳7光放大器簡(jiǎn)介及其光放大器簡(jiǎn)介及其一般特8G光放大器分類(lèi)光放大光纖放大半導(dǎo)體光放大（SOA，Semi

2、conductor lifier摻稀土光放大器分類(lèi)光放大光纖放大半導(dǎo)體光放大（SOA，Semiconductor lifier摻稀土元素放大非線(xiàn)性效應(yīng)放大諧振行波(DFA,Doped放大放大95.1.1.半導(dǎo)體激光放大器5.1.1.半導(dǎo)體激光放大器FPA：諧振式的法布里-珀羅放大TWA：非諧振式的行波放大半導(dǎo)體激光放大半導(dǎo)體激光放大圖SOA的基本結(jié)基于LD形成圖SOA的基本結(jié)FPA: 圖SOA的基本結(jié)FPA: F-P式，端面反射系數(shù)TWA: 行波式，端面反射系數(shù)LD端面FPA工作特點(diǎn)在兩端FPA工作特點(diǎn)在兩端面間產(chǎn)生正反饋諧振放輸入信號(hào)頻率與FP腔間要求嚴(yán)格的匹當(dāng)略低于閾值電流Ith時(shí)，放大區(qū)

3、的增益可達(dá)由于高度諧振性的要求，帶寬較窄TWA工作特點(diǎn)TWA工作特點(diǎn)比FPA使用廣圖SOA增益與電流圖SOA增益與電流的關(guān)曲線(xiàn)A:FPA(L=200mR=0.3,曲線(xiàn)B:TWA(L=500mR=810-4半導(dǎo)體激光放大器)半導(dǎo)體激光放大器)非線(xiàn)性光纖放大非線(xiàn)性光纖放大受激拉曼散射光纖放大器受激布里淵散射光纖放大器(SBA)受激拉曼散射光纖放大器1928科學(xué)家拉曼發(fā)現(xiàn)的由受激拉曼散射光纖放大器1928科學(xué)家拉曼發(fā)現(xiàn)的由受激輻射產(chǎn)生的散射現(xiàn)利用石英光纖的非線(xiàn)性效應(yīng)而制在合適波長(zhǎng)的強(qiáng)光作用下，石英光纖會(huì)出現(xiàn)受激喇曼散射(SRS)在許多非線(xiàn)性介質(zhì)中，受激拉曼散射將一小部分入射功率由光束轉(zhuǎn)移到另一頻率下

4、移的光束，頻率下移量由介質(zhì)的振動(dòng)模式?jīng)Q定，此過(guò)程稱(chēng)為受激拉曼效應(yīng)。量子力學(xué)描述為入射光波的一個(gè)光子被一個(gè)分子散射成為另一個(gè)低頻光子，同時(shí)分子完成振動(dòng)態(tài)之間的躍遷，入射光作為泵浦光產(chǎn)生稱(chēng)為斯托克斯波的頻移光。1480nm1580nm波移1480nm1580nm波移受激拉曼散射的特點(diǎn)受激拉曼散射的特點(diǎn)中的信號(hào)電受激拉曼散射的特受激拉曼散射的特點(diǎn)石英光纖的喇曼頻移約為13.5THz(或EDFA中的14601480nm泵源正適合15501600nm信號(hào)的喇曼放但FRA要求的泵功率較高(大干喇曼放大器分喇曼放大器分可產(chǎn)生 40dB與 EDFA要用于 EDFA喇曼放大器分喇曼放大器分使用傳輸光纖作為增益介

5、質(zhì)（一般為幾十公里主要與 EDFA混合使在不同波長(zhǎng)泵浦下的喇曼增在不同波長(zhǎng)泵浦下的喇曼增譜形狀幾乎不變，而且之間以相，這樣可以利用 譜，并可根據(jù)需要調(diào)整增益的范圍，即通過(guò)多波長(zhǎng)泵浦現(xiàn)寬帶放大。已的采到120nm左右用7拉曼放大具有廣拉曼放大具有廣闊的光譜范圍。拉曼放大FRA是唯一能在1260nm到1675nm的光譜上進(jìn)放大的器件。拉曼放大器適合于任何類(lèi)型的光纖，且成本較低。A可采用同向、反向或雙向泵浦，增益帶寬可達(dá)6THz。絡(luò)中發(fā)揮重要作用分布式光放大分布式光放大噪聲低，適合超長(zhǎng)傳輸系頻帶寬：適合m波段也可以在5m波段工作工作波長(zhǎng)和帶寬由泵浦波長(zhǎng)決定采用多波長(zhǎng)泵浦可實(shí)現(xiàn)寬帶光放大采用偏振復(fù)用泵

6、浦可消除偏振敏感增益平坦帶寬已達(dá)到80 nm以上，整個(gè)增益帶寬可達(dá)到120 nm缺點(diǎn): 泵浦效率低、閾值高，反向泵浦喇曼反向泵浦喇曼放大反向泵浦喇曼放大器的一種結(jié)構(gòu)，泵浦光來(lái)自包層泵浦的光纖激光器摻雜光纖放大器(X-Doped摻雜光纖放大器(X-Doped石英摻稀土元素（如餌Er 、銩Tm 、鐠Pr 、銣等）摻銩光纖放大器摻鐠光纖放大器摻雜光纖放大器摻銣由于摻雜光纖放大器摻銣由于工作波長(zhǎng)為1060nm和1330nm，不摻銩工作波長(zhǎng)在S波段（ 14601560nm），摻餌摻鐠工作波長(zhǎng)處于1300nm和1550nm，更適尤其是摻餌Er光纖放大器已經(jīng)實(shí)用化波命波長(zhǎng)范圍間隔O起始波E延長(zhǎng)波S短波波命波

7、長(zhǎng)范圍間隔O起始波E延長(zhǎng)波S短波C傳統(tǒng)波L長(zhǎng)波U超長(zhǎng)波摻鉺光纖放大器(Erbium-Doped摻鉺光纖放大器(Erbium-Doped 鉺(Er)是一種稀土元素(屬于鑭系元素)，原子序數(shù)68，原子量為167.3。光放大利用了瀾系元素的4f能摻Er3+光材粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布的受激輻射產(chǎn)生的放機(jī)在石英光纖或氟在石英光纖或氟化物光纖中適量摻入三價(jià)的鉺Er）金屬元素，就形成EDFA的工作介質(zhì)摻光纖EDFA光纖放大器的工作原EDFA光纖放大器的工作原EDFA光纖放大器的工作EDFA光纖放大器的工作原是自發(fā)輻射的光也會(huì)被放大，引入自發(fā)輻射噪聲EDFA光纖放大器的工作原EDFA光纖放大器的工作原Er+3能吸收泵

8、浦光的能量，由基態(tài)4I 15/2躍遷至處于高能 用980nm波長(zhǎng)的光泵浦時(shí)，Er+3從基態(tài)躍遷至泵浦態(tài)4I11/2 時(shí)間只有1us，電子迅速以非輻由于泵浦態(tài)上載流子方式由泵浦態(tài)豫馳至亞穩(wěn)態(tài)4I13/2 ，在亞穩(wěn)態(tài)上載流子有較，在源源不斷的泵浦下, 亞穩(wěn)態(tài)上的粒子數(shù)積累, 從的實(shí)現(xiàn)了粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布EDFA光纖放大器的工作原當(dāng)有1.55umEDFA光纖放大器的工作原當(dāng)有1.55um信號(hào)光通過(guò)已被激活的摻餌光纖時(shí)，在信號(hào)的感應(yīng)下，亞穩(wěn)態(tài)上的粒子以受激輻射的方式躍遷到基態(tài). 對(duì) 應(yīng)于每一次躍遷, 都將產(chǎn)生一個(gè)與感應(yīng)光子完全一樣的光子,過(guò)程中不斷放大. 在放從而實(shí)現(xiàn)了信號(hào)光在摻鉺光纖過(guò)程中，亞穩(wěn)態(tài)的粒子

9、也會(huì)以自發(fā)輻射的方式躍遷到基態(tài)自發(fā)輻射產(chǎn)生的光子也會(huì)被放大，這種放大的自發(fā)輻射lifiedSpontaneous)會(huì)消耗泵浦功率并引入噪聲EDFA光纖放大器的EDFA光纖放大器的工作原當(dāng)用1480nm波長(zhǎng)的光泵浦時(shí)，Er+3從基態(tài)躍遷至該能的上部，然后粒子迅速以非輻射方式由泵浦態(tài)豫馳至亞穩(wěn)態(tài)，在亞穩(wěn)態(tài)上積累。EDFA的泵浦光波激發(fā)態(tài)吸收ESA是指粒子吸收泵浦光后已處于激發(fā)態(tài)，EDFA的泵浦光波激發(fā)態(tài)吸收ESA是指粒子吸收泵浦光后已處于激發(fā)態(tài)，但它又進(jìn)一步吸收泵浦光向更的能級(jí)躍遷，從而降低泵浦效率泵浦波吸收強(qiáng)次最弱弱弱無(wú)無(wú)泵浦效5-EDFA基本工作原放大的自發(fā)發(fā)射噪（ASE）放大的自發(fā)發(fā)射噪15

10、50nm 1550nm 泵浦光輸（1480nm980nm）泵浦光輸EDFA 的典型譜曲-波EDFA基本工作原放大的自發(fā)發(fā)射噪（ASE）放大的自發(fā)發(fā)射噪1550nm 1550nm 泵浦光輸（1480nm980nm）泵浦光輸EDFA 的典型譜曲-波長(zhǎng)（ASE）摻鉺光纖泵摻鉺光光纖放大原波分復(fù)用輸入信輸出信泵摻鉺光光纖放大原波分復(fù)用輸入信輸出信EDFA光纖放大器的結(jié)EDFA光纖放大器的結(jié)EDFA光纖放大器的結(jié)EDFA光纖放大器的結(jié)摻餌石英光纖：芯徑35 ，摻雜濃度(251000)10-泵浦光源:990或熱沉光輸05監(jiān)激光器驅(qū)動(dòng)輸實(shí)用光纖放大器外形圖及方框輸輸出耦合輸光輸探測(cè)泵PD摻光泵浦監(jiān)和控制電監(jiān)

11、視告警電電泵5輸器輸熱沉光輸05監(jiān)激光器驅(qū)動(dòng)輸實(shí)用光纖放大器外形圖及方框輸輸出耦合輸光輸探測(cè)泵PD摻光泵浦監(jiān)和控制電監(jiān)視告警電電泵5輸器輸實(shí)實(shí)EDFA光纖放大器的EDFA光纖放大器的工作波長(zhǎng)范EDFA光纖放大器的自發(fā)發(fā)射（ASE）EDFA光放大器泵浦方前向泵器器EDFA光放大器泵浦方前向泵器器輸入信輸入信泵浦激光EDFA光放大器泵浦方后向泵器器EDFA光放大器泵浦方后向泵器器輸入信輸入信泵浦激光EDFA光放大器泵浦方器器雙向泵輸入EDFA光放大器泵浦方器器雙向泵輸入信輸入信弛豫時(shí)間(relaxation time)即達(dá)到熱動(dòng)平衡所需的時(shí)間泵浦激光泵浦激光三種泵浦方式三種泵浦方式的放大器的比ED

12、FA的優(yōu)增益輸出功率泵浦效率損耗偏振不敏噪聲能EDFA的優(yōu)增益輸出功率泵浦效率損耗偏振不敏噪聲能放大不同速率和調(diào)制方式的信具有幾十納米的放大帶EDFA的增益譜特W EDFA的增益譜特W P光子通量所起的受激躍遷幾PA模式面圖典型Al-Ge鉺光纖的發(fā)射譜和吸收增益特根據(jù)上下能級(jí)增益特根據(jù)上下能級(jí)粒子數(shù)密度比N2/N1，決定最圖Al-Ge鉺光纖增益譜與粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的關(guān)功率增輸出飽和功功率增輸出飽和功增益特噪聲系值，說(shuō)明有最佳圖計(jì)算的小信號(hào)增益與泵功率(a) 及放大器長(zhǎng)度(b)的關(guān)功增益的大小與泵浦功率以及光纖長(zhǎng)功增益的大小與泵浦功率以及光纖長(zhǎng)度等有關(guān)放大器的功率增益隨泵浦功率的增加而增加有飽和現(xiàn)象當(dāng)

13、泵浦功率達(dá)到一定值時(shí)，放大器增益出現(xiàn)和，即泵浦功率再增加，而增益基本保持不變率增功率增益101g(輸出光功率/輸入光功率)dB。表示放大器的放大能力。功率增益與光纖長(zhǎng)度功率增益與光纖長(zhǎng)度之間的關(guān)開(kāi)始時(shí)功率增益隨摻餌光纖長(zhǎng)度的增加而上升，當(dāng)光纖長(zhǎng)達(dá)到一定值后，增益反而逐漸下降當(dāng)光纖為某一長(zhǎng)度時(shí)，可獲得最佳增益，這個(gè)光纖長(zhǎng)度稱(chēng)最大增益的光纖長(zhǎng)度在給定的摻鉺光纖的情況下，應(yīng)選擇合適的泵浦功率和光長(zhǎng)度, 以達(dá)到最大增益輸出飽和功輸出飽和功率是一個(gè)輸出飽和功輸出飽和功率是一個(gè)描述輸入信號(hào)功率與輸出信號(hào)功率間關(guān)系的參量從圖中看出，在摻鉺光纖放大中，輸入信號(hào)功率和輸出信號(hào)功率并不完全呈正比關(guān)系，是存在著飽和

14、的趨勢(shì)摻餌光纖放大器的最大輸出功率常用3dB飽和輸出功率 噪聲系摻鉺光纖放大器噪聲系摻鉺光纖放大器的噪聲主要來(lái)源有信號(hào)光的散彈噪聲信號(hào)光波與放大器自發(fā)輻射光波間的差拍噪聲被放大的自發(fā)輻射光的散彈噪聲光放大器自發(fā)輻射的不同頻率光波間差拍噪聲噪聲系數(shù)衡量摻鉺光噪聲系數(shù)衡量摻鉺光纖放大器噪聲特性可用噪聲系數(shù)F來(lái)表示，它義為F(放大器的輸入信噪比)/(放大器的輸出信噪比據(jù)分析，摻鉺光纖放大器噪聲系數(shù)的極限為3dB, 對(duì)于 0.98m泵浦源的EDFA，摻鉺光纖長(zhǎng)度為30時(shí)，測(cè)得的噪聲系數(shù)為3.2dB；采用1.48m泵浦源時(shí)，在摻鉺光纖長(zhǎng)度為60m時(shí)，測(cè)得 0.98 n泵浦的放大器的噪聲系數(shù)要優(yōu)于1.48 m泵浦的放器的噪聲系數(shù)光放大器的特性指標(biāo)總結(jié)輸出光功1.功率光放大器的特性指標(biāo)總結(jié)輸出光功1.功率增益輸入光功放大器的放大能與泵浦功率和光纖長(zhǎng)度的參數(shù)有2.飽和輸最大增益下降3dB時(shí)對(duì)應(yīng)的輸出功表示最大輸出能3.噪聲系表示噪聲的大SNR指的是將輸入光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)檩敵鲭娦盘?hào)時(shí)的信噪比光放大器光放大器在系統(tǒng)中應(yīng)用的四種形光纖功率放大傳輸距離可以增加10100光纖功率放大傳輸距離可以增加10100200250公里的海底無(wú)中繼傳輸在LAN網(wǎng)