光通信复习及课件(5)

输 出 信 号 光 功 率 /mW 增 益 /dB
80 转换效率
60 92.6％
40
40
30 增益系数
20
6.3 dB / mW
20
10
0 0 20 40 60 80
输入 泵浦光 功率 / mW
0 0 5 10 15 20
输入 泵浦光 功率 / mW
(a) 图7.2
(b)
(a) 输出信号光功率与泵浦光功率的完整关版系课件；pp(t b) 小信号增益与泵浦光功率的9 关系
1550 nm EDFA在各种光纤通信系统中得到广泛应用，并取 得了良好效果。
已经介绍过的副载波CATV系统，WDM或OFDM系统，相干 光系统以及光孤子通信系统，都应用了EDFA，并大幅度增加了 传输距离。
• 噪声指数小， 一般为4～7 dB； 用于多信道传输时， 隔离度大，无串扰，适用于波分复用系统。
• 频带宽，在1550 nm窗口，频带宽度为20～40 nm， 可
进行多信道传输，有利于增加传输容量。
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13
如果加上1310 nm掺镨光纤放大器(PDFA)，频带可以增加一 倍。
所以“波分复用+光纤放大器”被认为是充分利用光纤带宽 增加传输容量最有效的方法。
输 出 信 号 光 功 率 /mW 增 益 /dB
20
10
0 0 20 40 60 80
输入 泵浦光 功率 / mW
0 0 5 10 15 20
输入 泵浦光 功率 / mW
(a) 图7.2
(b)
(a) 输出信号光功率与泵浦光功率的完整关版系课件；pp(t b) 小信号增益与泵浦光功率的8 关系
图7.2(b)是小信号条件下增益和泵浦光功率的关系，当泵浦 光功率小于6mW时，增益系数为6.3dB/mW。
7.1.2
图7.3为光纤放大器构成原理图
掺铒光纤(EDF)和高功率泵浦光源是关键器件，把泵浦光与 信号光耦合在一起的波分复用器和置于两端防止光反射的光隔离 器也是不可缺少的。
泵浦
掺铒光纤
输入信号
输出信号
光隔离器
波分复用器
图7.3 光纤完整放版课大件器ppt 构成原理图
光隔离器
10
波长为980 nm的泵浦光转换效率更高，达10 dB/mW， 而 且噪声较低，是未来发展的方向。
图 7.1
10
8
6
6 4 2 0
1.48
吸收
增益 1.50 1.52 1.54 波 长/m
(b)
4 2 0 1.56
(a) 硅光纤中铒离子的能级图； (b) EDFA的吸收和增益频谱
为提高放大器增益， 应提高对泵浦光的吸收，使基态Er3+尽
可能跃迁到激发态，图7.1(b)示出EDFA增益和吸收频谱。
性能与光偏振方向有关，器件与光纤的耦合损耗大。
光纤放大器的性能与光偏振方向无关，器件与光纤的耦 合损耗很小， 因而得到广泛应用。
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3
光纤放大器的实质是： 把工作物质制作成光纤形状的固体激光器，所以也称为光 纤激光器。
20世纪80年代末期，波长为1.55 μm的掺铒(Er)光纤放大器 (EDFA： Erbium Doped Fiber Amplifier)研制成功并投入实 用，把光纤通信技术水平推向一个新高度，成为光纤通信发展 史上一个重要的里程碑。
12
7.1.3 掺铒光纤放大器的优点和应用
EDFA的主要优点有：
• 工作波长正好落在光纤通信最佳波段(1500～1600 nm)； 其主体是一段光纤(EDF)，与传输光纤的耦合损耗很小， 可达 0.1 dB。
• 增益高，约为30～40 dB; 饱和输出光功率大， 约为 10～15 dBm； 增益特性与光偏振状态无关。
由此可见，这种放大是由于泵浦光的能量转换为信号光的结 果。
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6
损耗或增益 /(dB·m－1) 截面 /(×10 －25m2)
4F9 / 2
4I9 / 2 4I11 / 2
4I13 / 2 1.48m
泵浦 4I15 / 2
0.65m
0.80m 3 0.98m 2 1.53m
光信号
1
(a)
本章主要介绍一些已经实用化或者有重要应用前景的新技 术，如光放大技术，光波分复用技术，光交换技术，光孤子通 信，相干光通信，光时分复用技术等。
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2
7.1 光 纤 放 大
光放大器有半导体光放大器和光纤放大器两种类型。
• 半导体光放大器的优点是：
小型化，容ห้องสมุดไป่ตู้与其他半导体器件集成
• 半导体光放大器的缺点是：
第 7 章 光纤通信新技术
7.1 光纤放大器
7.2 光波分复用技术
7.3 光交换技术
7.4 光孤子通信
7.5 相干光通信技术
7.6 光时分复用技术
7.7
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1
第 7 章 光纤通信新技术
光纤通信发展的目标是提高通信能力和通信质量，降低价 格，满足社会需要。进入20世纪90年代以后，光纤通信成为一 个发展迅速、 技术更新快、新技术不断涌现的领域。
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4
7.1.1
图7.1示出掺铒光纤放大器(EDFA)的工作原理，说明了光信 号放大的原因。
从图7.1(a)可以看到，在掺铒光纤(EDF)中，铒离子(Er3+) 有三个能级：
• 能级1代表基态， 能量最低 • 能级2是亚稳态，处于中间能级 • 能级3代表激发态， 能量最高
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5
当泵浦(Pump, 抽运)光的光子能量等于能级3和能级1的能量差 时，铒离子吸收泵浦光从基态跃迁到激发态(1→3)。但是激发态是 不稳定的，Er3+很快返回到能级2。
如果输入的信号光的光子能量等于能级2和能级1的能量差， 则处于能级2的Er3+将跃迁到基态(2→1)，产生受激辐射光，因而 信号光得到放大。
• 对波分复用器的基本要求是： 插入损耗小，熔拉双锥光纤耦合器型和干涉滤波型波分复用 器最适用。 • 光隔离器的作用是: 防止光反射，保证系统稳定工作和减小噪声 • 对光隔离器的的基本要求是： 插入损耗小，反射损耗大。
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下表列出国外几家公司EDFA商品的技术参数p121。
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7
图7.2(a)示出输出信号光功率和输入泵浦光功率的关系， 泵浦
光功率转换为信号光功率的效率很高，达到92.6%。当泵浦光功率
为60 mW时，吸收功率［(信号输入光功率-信号输出光功率)/泵浦
光功率］为88%。
80 转换效率
60 92.6％
40 30
增益系数
40
20
6.3 dB / mW