光放大器的種類和比較

光放大器

2004.10.26第八講光放大器的種類和比較共37頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第1頁(yè)!DWDM工作原理DWDM光纖傳輸系統(tǒng)OMUXODMUXOA光發(fā)送光發(fā)送光發(fā)送λ１λ２λΝλ１，λ２……λΝ光接收光接收光接收λ１λ２λΝ后置放大前置放大λ２λ２光放大器的種類和比較共37頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第2頁(yè)!內(nèi)容提要１、光放大器的形式（分類）２、EDFA的結(jié)構(gòu)與部件３、EDFA的工作原理４、EDFA在光纖通信中的應(yīng)用形式光放大器的種類和比較共37頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第3頁(yè)!0.1序光放大器的出現(xiàn)，可視為光纖通信發(fā)展史上的重要的里程碑。在光纖放大器出現(xiàn)之前，光纖通信的中繼器無一例外的采用光/電/光變換的方式，導(dǎo)致通信系統(tǒng)的復(fù)雜化，進(jìn)而系統(tǒng)效率降低因此人們一直致力于全光型中繼器的研制，出現(xiàn)了很多種光放大器。光放大器的種類和比較共37頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第4頁(yè)!發(fā)展歷程：80年代中、后期SOA的研究為主；90年代EDFA獲得巨大成功，成為光纖通信系統(tǒng)必不可少的器件。Erbium-dopedfiberamplifier(EDFA)光放大器的種類和比較共37頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第5頁(yè)!0.3幾種類型放大器的比較光放大器的種類和比較共37頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第6頁(yè)!1.1常規(guī)光纖放大器所謂常規(guī)光纖放大器：用傳輸光纖制作的放大器，這種光纖放大器是利用光纖的非線性光學(xué)效應(yīng)產(chǎn)生增益機(jī)制從而對(duì)光信號(hào)放大。特點(diǎn)：傳輸線路和放大線路同為一體(都是光纖）不足：?jiǎn)挝婚L(zhǎng)度的增益系數(shù)很低，需要很高的泵浦功率，不利于在高速大容量光纖通信系統(tǒng)中使用。光放大器的種類和比較共37頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第7頁(yè)!1.2半導(dǎo)體光放大器一、工作原理：

在電泵浦源的作用下，半導(dǎo)體材料發(fā)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，當(dāng)遇到外來光子激勵(lì)時(shí)，產(chǎn)生受激輻射，對(duì)光的能量進(jìn)行放大。二、放大波段：1300nm-1600nm三、優(yōu)點(diǎn)：1、覆蓋1310nm和1550nm的窗口范圍。2、充分利用激光器技術(shù)，工藝成熟，便于集成。四、缺點(diǎn)：1、與光纖耦合困難。2、對(duì)光的偏振特性敏感。3、噪聲及串?dāng)_大。光放大器的種類和比較共37頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第8頁(yè)!1.已經(jīng)商用化的是EDFA，其大量用于通信系統(tǒng)；2.PDFA的放大波段在1300nm與G-652光纖的零點(diǎn)色散相吻合，在已建立的1.3um通信系統(tǒng)中有著巨大的應(yīng)用市場(chǎng)；但因摻鐠光纖的機(jī)械強(qiáng)度和與普通光纖熔接困難等因素，目前尚未獲得廣泛商業(yè)應(yīng)用。3.工作在1.4um的摻銩光纖放大器（TDFA）為傳輸開辟了新的波長(zhǎng)段資源，它和EDFA組合可以實(shí)現(xiàn)超寬帶合波傳輸。光放大器的種類和比較共37頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第9頁(yè)!1.3.2EDFAEDFA工作在波長(zhǎng)1550nm，與光纖的低損耗波段一致，是最具吸引力的和最成熟的光纖放大器。EDFA優(yōu)點(diǎn)：光放大器的種類和比較共37頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第10頁(yè)!2EDFA的結(jié)構(gòu)和部件一臺(tái)實(shí)用的EDFA由光路和輔助電路組成。光路部分：摻鉺光纖、泵浦光源、合波器、光隔離器、光濾波器等；輔助電路：電源、微處理自動(dòng)控制和告警及保護(hù)電路光放大器的種類和比較共37頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第11頁(yè)!2.2EDFA的三種結(jié)構(gòu)方式１、同向泵浦方式合波器光隔離器光隔離器濾波器泵浦光源優(yōu)點(diǎn)：噪聲小缺點(diǎn)：輸出光功率不大光放大器的種類和比較共37頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第12頁(yè)!合波器光隔離器光濾波器泵浦光源3、雙向泵浦方式泵浦光源EDFA的三種結(jié)構(gòu)方式光隔離器光放大器的種類和比較共37頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第13頁(yè)!4EDFA在光纖通信中的應(yīng)用形式EDFA主要有三種應(yīng)用方式：發(fā)射機(jī)末級(jí)光功率放大；線路（在線）放大器；接收機(jī)預(yù)放。光放大器的種類和比較共37頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第14頁(yè)!4.2系統(tǒng)線路放大器直接接入光傳輸鏈路線路中，作為在線放大器，或光中繼器取代光-電-光中繼器，實(shí)現(xiàn)光-光放大。結(jié)構(gòu)如圖示這種線路放大器是全光通信系統(tǒng)和全光網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵器件，也是長(zhǎng)距離和CATV光纖網(wǎng)的關(guān)鍵器件。光放大器的種類和比較共37頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第15頁(yè)!EDFAFRASOA美國(guó)CIBCworrldmarket公司對(duì)2004年光放大器市場(chǎng)預(yù)測(cè)96億美圓7.5億美圓2億美圓光放大器的種類和比較共37頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第16頁(yè)!要點(diǎn)２、EDFA的結(jié)構(gòu)與分類泵浦光源摻鉺光纖光隔離器波分復(fù)用器光濾波器同向泵浦結(jié)構(gòu)ＥＤＦＡ反向泵浦結(jié)構(gòu)ＥＤＦＡ雙向泵浦結(jié)構(gòu)ＥＤＦＡ光放大器的種類和比較共37頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第17頁(yè)!要點(diǎn)４、EDFA的性能指標(biāo)功率增益輸出飽和功率噪聲系數(shù)光放大器的種類和比較共37頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第18頁(yè)!作業(yè)１、光放大器的種類，畫出各自的工作波段２、EDFA的結(jié)構(gòu)及功能３、簡(jiǎn)述EDFA的工作原理，并從量子學(xué)的角度解釋４、EDFA的幾種應(yīng)用形式光放大器的種類和比較共37頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第19頁(yè)!利用光泵浦源對(duì)光纖進(jìn)行激發(fā)，使光纖中產(chǎn)生非線性效應(yīng)（拉曼散射），將泵浦光的能量向信號(hào)光轉(zhuǎn)移，從而實(shí)現(xiàn)光的放大。

2.1拉曼放大器一、工作原理：拉曼散射：介質(zhì)在強(qiáng)光功率下產(chǎn)生對(duì)入射光的非彈性散射，使得短波長(zhǎng)光的能量向長(zhǎng)波長(zhǎng)轉(zhuǎn)移。λ

λ

二、放大波段1270nm-1670nm光放大器的種類和比較共37頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第20頁(yè)!放大整形判決再生O/EE/O0.1傳統(tǒng)放大技術(shù)的缺陷缺點(diǎn)：1、設(shè)備復(fù)雜。2、穩(wěn)定性可靠性不夠。3、不利于波分復(fù)用。4、光電轉(zhuǎn)換限制通信的容量。未來全光網(wǎng)絡(luò)（AON）的發(fā)展趨勢(shì)：光復(fù)用、光交換、光路由，所以必須在光傳輸上實(shí)現(xiàn)全光化。光放大器：直接在光域進(jìn)行放大。光放大器的種類和比較共37頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第21頁(yè)!0.2放大器的形式利用光纖非線性效應(yīng)制作的常規(guī)光纖放大器，如：喇曼放大器；利用半導(dǎo)體制作的半導(dǎo)體放大器；利用稀土摻雜的光纖放大器光放大器的種類和比較共37頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第22頁(yè)!0.4常用光放大器及其工作波段3、摻鉺光纖放大器（EDFA）4、摻鐠光纖放大器（PDFA）2、光纖拉曼放大器（FRA）1、半導(dǎo)體放大器（SOA）損耗1310nm

1550nm波長(zhǎng)SOAFRAEDFAPDFA光放大器的種類和比較共37頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第23頁(yè)!耦合器件激活物質(zhì)耦合器件泵浦源光輸入信號(hào)放大光信號(hào)常規(guī)光纖放大器原理圖光放大器的種類和比較共37頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第24頁(yè)!1.3稀土摻雜光纖放大器利用光纖中稀土摻雜物質(zhì)引起的增益機(jī)制實(shí)現(xiàn)光放大。典型代表:工作波長(zhǎng)為：1550nm的鉺[Er]摻雜光纖放大器EDFA1300nm的鐠[Pr]摻雜光纖放大器PDFA1400nm的銩[T]摻雜光纖放大器TDFA光放大器的種類和比較共37頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第25頁(yè)!1.3.1摻鉺光纖放大器原理圖輸入信號(hào)耦合器980/1550nmWDM泵浦光摻鉺光纖輸出信號(hào)光隔離器光放大器的種類和比較共37頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第26頁(yè)!EDFA優(yōu)點(diǎn)1.2.3.4.5.光放大器的種類和比較共37頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第27頁(yè)!2.1EDFA的泵浦源和泵浦方式EDFA的另一核心是泵浦源，它為信號(hào)放大提供足夠的能量，使物質(zhì)達(dá)到粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布的必要條件。泵浦源直接決定EDFA的性能，所以要求泵浦工作必須穩(wěn)定可靠、壽命長(zhǎng)；光放大器的種類和比較共37頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第28頁(yè)!EDFA的三種結(jié)構(gòu)方式２、反向泵浦方式合波器光隔離器光隔離器光濾波器泵浦光源優(yōu)點(diǎn)：輸出光功率大缺點(diǎn)：噪聲大光放大器的種類和比較共37頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第29頁(yè)!3EDFA工作原理在泵浦光的照射下，摻鉺光纖處于粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的狀態(tài)，接收到光子后產(chǎn)生受激輻射，實(shí)現(xiàn)了對(duì)光的放大。光放大器的種類和比較共37頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第30頁(yè)!4.1發(fā)射機(jī)末級(jí)光功率放大器可直接接在激光二極管后，將信號(hào)放大到10dBm上，而不惡化信號(hào)。圖示：光放大器的種類和比較共37頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第31頁(yè)!4.3系統(tǒng)接收機(jī)預(yù)放如果用光濾波器，EDFA的低噪聲將極大改善直接檢測(cè)式接收機(jī)靈敏度，可改善約10dB，接近或超過相干光接收機(jī)的最好水平。光放大器的種類和比較共37頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第32頁(yè)!要點(diǎn)１、光放大器的分類半導(dǎo)體放大器光纖放大器非線性光放大器EDFA光放大器的種類和比較共37頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第33頁(yè)!要點(diǎn)３、EDFA的工作原理在泵浦光的照射下，摻鉺光纖處于粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的狀態(tài)，接收到光子后產(chǎn)生受激輻射，實(shí)現(xiàn)了對(duì)光的放大。光放大器的種類和比較共37頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第34頁(yè)!要點(diǎn)５、EDFA在光纖通信中的應(yīng)用前置放大器功率放大器中繼器光放大器的種類和比較共37頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第35頁(yè)!2.0EDFA的基本結(jié)構(gòu)及功能合波器光濾波器泵浦光源ＥＤＦ（摻鉺光纖）信號(hào)光光隔離器光隔離器放大的信號(hào)光將輸入光信號(hào)和泵浦光混合在一起送給ＥＤＦ