光放大器原理、分类及特点.ppt

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1、1光放大器介绍2内容简介：1光放大器概述2掺铒光纤放大器3光纤拉曼放大器4其它放大器引出铺设更多的光缆成本高受器件响应速度限制Internet数据量急剧增长追求更高的传输容量提高传输速率光时分复用技术系统复杂波分复用采用光－电－光(O-E-O)变换方式信号失真WDM系统引入，复杂性和成本倍增光接收光纤光纤中继器1N23DWM光发送－1N32DWM－光接收1N23DWM光发送－1N32DWM－重要意义:促使波分复用技术(WavelengthDivisionMultiplexing，WDM)走向实用化，促进了光弧子技术和全光网络的发展，使光纤通信技术产生

2、了质的飞跃。光放大器1光放大器概述利用某种具有增益的激活介质对注入其中的微弱光信号进行放大，使其获得足够的光增益，变为较强的光信号，从而实现对光信号的直接光放大。被放大的光信号输入光信号光放大器1.1定义光放大器是基于受激辐射机理来实现入射光功率放大的。1.2工作原理(2)受激辐射(1)能量注入1.3光放大器的重要指标-增益(1)增益G：功率增益=10lg输出光功率输入光功率(dB)放大器的放大能力与泵浦功率和光纤长度的参数有关1.3光放大器的重要指标-增益(2)增益饱和与饱和输出功率：表示最大输出能力当输入光功率比较小时，增益G是一个常数，用符号G0表示，称为光放大器的小信号增益

3、。但当G增大到一定数值后，光放大器的增益开始下降，这种现象称为增益饱和；当光放大器的增益降至小信号增益G0的一半，也就是用分贝表示为下降3dB时，所对应的输出功率称为饱和输出光功率，是放大器的一个重要参数，饱和输出功率用Pouts表示。91.3光放大器的重要指标-噪声(1)光放大器的噪声来源：主要由于自发辐射被放大。自发辐射光子的相位和方向是随机的。对于有用信号没有贡献，就形成了信号带宽内的噪声，与放大信号在光纤中一起传输、放大，降低了信号光的信噪比。(3)噪声系数信噪比的劣化用噪声系数Fn表示，定义为输入信噪比与输出信噪比的比值。10(2)信噪比：正常信号功率与噪声功率的比值。光

4、放大器分类半导体光放大器(SOA)掺铒光纤放大器(EDFA)1550nm非线性光纤放大器掺稀土元素光纤放大器布里渊光纤放大器(FBA)1.4光放大器家族掺镨光纤放大器(PDFA)1310nm拉曼光纤放大器(FRA)内容简介：2.1EDF结构2掺铒光纤放大器2.3结构和特性122.2工作原理2.4性能指标2.5应用2.6优缺点2掺铒光纤放大器掺铒（Er3+）光纤放大器(Erbium-DopedFiberAmplifier，EDFA)是将掺铒光纤在泵浦源作用下形成的光纤放大器。发展进程：1964年，美国光学公司制成了第一台掺铒玻璃激光器。1970年，光纤出现后，转入进行在光纤中掺杂激光

5、器件的研究。1985年，英国南安普顿大学的迈尔斯等人制成了掺铒光纤激光器。1986年，又制造出EDFA。EDFA已经商用化构造与单模光纤的构造一样。铒离子位于纤芯中央地带，将铒离子放在这里有利于其最大地吸收泵浦和信号能量，从而产生好的放大效果。材料掺Er3+光纤2.1EDF的结构折射率较低的玻璃包层完善波导结构，提供抗机械强度的特性。涂覆层将光纤总直径增大到250μm。回顾：光与物质相互作用的三个过程2.2EDFA的工作原理Er+3外层电子具有三能级结构：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。16基态亚稳态激发态平均寿命1s平均寿命2

6、.2EDFA的工作原理当泵浦(Pump,抽运)光激励，铒离子吸收泵浦光，基态跃迁到激发态。激发态不稳定，Er3+很快返回到亚稳态。亚稳态粒子数积累，形成粒子数反转分布。如果输入的信号光的能量等于基态和亚稳态的能量差，亚稳态的Er3+将跃迁到基态，产生一个与信号光子完全一样的光子，实现了信号光在掺铒光纤中的放大。平均寿命1s平均寿命泵浦波长放大器带宽激发态亚稳态基态2.2EDFA的工作原理EDFA的工作过程：EDFA的工作过程①980nm光子泵浦激光器使er3+从基态→泵浦能带(激发态)②受激离子激发态→亚稳带衰变得非常快(约1μs)。多余的能量以声子形式释放。er3+从亚稳态能带

7、→底端,时间长(10ms左右)。2.2EDFA的工作原理EDFA的工作过程③若有1480nm泵浦激光器直接把电子从基态→亚稳态能级的顶部；④电子将移到亚稳态能级的较低端，这时出现粒子数反转分布；2.2EDFA的工作原理EDFA的工作过程信号光激励,基态到亚稳态跃迁：1.基态的离子将吸收一小部分外部光,将跃迁到亚稳态--受激吸收⑥。⑤亚稳态离子，无激励光子流时，一部分跃迁到基态；自发辐射放大(ASE)--导致放大器的噪声。2.信号光子触发激发态的离子使其下降到基态.受激