《光纤通信》 第5讲_光放大器

光放大器在现代光纤通信系统中的应用一、引言随着信息技术的快速发展，光纤通信系统已成为现代通信领域的主流技术。

而在光纤通信系统中，光放大器是一个非常重要的组成部分。

本文将对光放大器在现代光纤通信系统中的应用进行全面详细的介绍。

二、什么是光放大器光放大器是一种能够对光信号进行放大的设备。

它可以将弱光信号放大到足够强度以便于传输和处理。

目前常见的光放大器有半导体光放大器、掺铒光纤放大器和掺铒波导放大器等。

三、半导体光放大器在现代光纤通信系统中的应用半导体光放大器是一种基于半导体材料制成的可调谐激光源。

它具有高带宽、低噪声、小尺寸等优点，因此被广泛应用于现代光纤通信系统中。

1. 充当预调制器在直接调制激光（DML）输出时，由于其输出功率受限制，容易受到外界噪声干扰，因此需要一个预调制器来对其进行调制。

半导体光放大器可以作为预调制器，通过对输入信号进行放大和调制，从而提高系统的传输性能。

2. 充当放大器半导体光放大器可以作为信号放大器，将弱光信号放大到足够强度以便于传输和处理。

在光纤通信系统中，它通常被用作前置放大器或中间放大器。

四、掺铒光纤放大器在现代光纤通信系统中的应用掺铒光纤放大器是一种基于掺铒光纤材料制成的激光源。

它具有高增益、低噪声等优点，因此也被广泛应用于现代光纤通信系统中。

1. 充当前置放大器掺铒光纤放大器可以作为前置放大器，将输入的弱光信号进行增益，从而提高整个系统的传输性能。

2. 充当中间放大器在长距离传输时，由于信号衰减严重，需要在传输过程中加入一些中间放大器来对信号进行增益。

掺铒光纤放大器可以作为中间放大器，在传输过程中对信号进行增益，从而保证信号的传输质量。

五、掺铒波导放大器在现代光纤通信系统中的应用掺铒波导放大器是一种基于掺铒波导材料制成的激光源。

它具有高增益、低噪声等优点，因此也被广泛应用于现代光纤通信系统中。

1. 充当前置放大器掺铒波导放大器可以作为前置放大器，将输入的弱光信号进行增益，从而提高整个系统的传输性能。

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。
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。
副载波CATV系统，WDM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。
Thank You
拉曼光纤激光放大器简介
一、 引言
拉曼光纤激光放大器是基于光纤的非线性效应实现 光的放大，典型的为拉曼光纤激光放大器和布里渊光纤 激光放大器。
由于EDFA尚存在诸多不足之处：首先是对于所利用 单模光纤低损耗区的巨大带宽资源而言，明显存在着工 作波段和带宽的局限性。其次是自发辐射噪声的影响， 尤其是当系统级联时，自发辐射噪声的影响会大大降低 系统接收机端的信噪比。
第五讲
光放大器
主要内容
一、引言 二、光纤放大器的分类 ☆ 三、掺铒光纤放大器 ☆ 四、拉曼光纤放大器简介
一、引言
目前研制的光放大器分为: 光纤放大器（OFA）和半导体光放大器
（SOA）两大类。 SOA早期因受噪声、偏振相关性等因素
的影响，性能达不到实用要求，但SOA结构简 单、适于批量生产、成本低、寿命长、功耗小， 还能与其它部件一块集成以及使用波长范围可 望覆盖EDFA和PDFA的应用窗口。因此，SOA是 进一步研究的重要器件之一。
拉曼光纤放大器的类型：
拉曼光纤放大器有两种类型：
一种为集总式拉曼放大器：所用的光纤增益介质比 较短，一般在几公里，泵浦功率要求很高，一般在几到 十几瓦特，可产生40dB以上的高增益，象EDFA一样用 来对信号光进行集中放大，主要作为高增益、高功率放 大，可放大EDFA所无法放大的波段。
在2000年的欧洲光通信会议上，斯坦福大学的研 究人员报道了他们进行的集总式拉曼放大实验的结果， 用十种不同的光纤分别做增益放大介质比较得出，色散 补偿型光纤是得到高质量集总式拉曼光纤放大器的最佳 选择。这预示我们可以在进行系统色散补偿的同时对信 号进行高增益、低噪声的放大，而且互相不影响。

EDFA 工作波长为1530 ~ 1560nm。
（二）EDFA 是 3 能级系统，其泵浦源是光源，波长为 980nm 或 1480nm。EDFA 可以是单泵浦源，也可以是双泵浦源。体积大，结构较 复杂。（见2-p348 图11.5）
EDFA 的典型增益为 15 ~ 35dB。
EDFA 采用同向泵浦时增益较高，采用反向泵浦时噪声较小；采用 980nm 泵浦可获得较高的粒子数反转和较低的噪声。
19
4、光放大器
（6）EDFA 的基本特点
（五）EDFA 噪声的主要来源是放大的自发辐射（ASE），其物理机 制是增益介质中电子-空穴的自发复合所产生的光子被增益介质放大。自 发辐射的功率谱密度可以表示为：
S ASE
(
f
)
hv
•
nsp [G(
f
)
1]
hv
•
n2 n2
n1
[G(
f
)
1]
PASE vopt
18
4、光放大器
（6）EDFA 的基本特点
（三）EDFA 中载流子在亚稳态能级有较长的寿命（0.1 ~ 10ms）。 所以，EDFA 中亚稳态能级上可以储存足够的载流子。这使得：
（1） EDFA 的饱和输出功率较高，且随泵浦功率的增加而线性增加； （2）当信号码率超过数 kbit/s 后，其增益响应与信号的峰值功率无 关。
2qI ph B 2qB
(6.13) 量子 噪声电流
F
S N in
S
1
2nsp (G
G
1)
2nsp
N out
21
4、光放大器
（7）EDFA 的应用
EDFA 级连后光信噪比逐步下降，

10
增 益 / dB
35 .0
30 .0
增 益 / dB
25 .0
20 .0
15 .0
输 出 光 功 率 / dBm
10 .0
I
I
I
I
5.0
I
0.0
I
噪 声 指 数 / dB
－ 5.0
I
－ 10 .0 － 40 － 35 － 30 － 25 － 20 － 15 － 10 － 5 0
输 入 光 功 率 / dBm
7
掺铒光纤放大器的构成和特性
图7.3(a)为光纤放大器构成原理图，图7.3(b)为实用光纤放 大器构成方框图。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。
设计高增益掺铒光纤(EDF)是实现光纤放大器的技术关键， EDF的增益取决于Er 3+的浓度、光纤长度和直径以及泵浦光功 率等多种因素，通常由实验获得最佳增益。对泵浦光源的基 本要求是大功率和长寿命。波长为1480 μm的InGaAsP多量子 阱(MQW)激光器， 输出光功率高达100 mW, 泵浦光转换为信 号光效率在6 dB/mW以上。
波 长 /m
(b)
图 7.1掺铒光纤放大器的工作原理 (a) 硅光纤中铒离子的能级图； (b) EDFA的吸收和增益频谱
5
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。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。
20世纪80年代末期，波长为1.55 μm的掺铒(Er)光纤放大 器(EDFA： ErbiumDoped 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。