TC000002 光放大器 ISSUE1.0

课程TC000002光放大器ISSUE1.0TC000002光放大器ISSUE1.0目录i目录课程说明.......................................................................................................................................1课程介绍.......................................................................................................................................1课程目标.......................................................................................................................................1相关资料.......................................................................................................................................1第1章光放大器概述....................................................................................................................21.1光放大器的特点......................................................................................................................21.2光放大器的分类......................................................................................................................31.3光放大器的主要性能参数.......................................................................................................31.3.1增益（Gain）..............................................................................................................31.3.2噪声指数（NF）..........................................................................................................31.3.3增益带宽......................................................................................................................31.3.4饱和输出功率...............................................................................................................4第2章掺铒光纤放大器................................................................................................................52.1掺铒光纤放大器的工作原理....................................................................................................52.1.1掺铒光纤中Er3+离子受激辐射和自发辐射....................................................................52.1.2掺铒光纤放大器光学结构.............................................................................................62.2掺铒光纤放大器的优缺点.......................................................................................................7第3章拉曼光纤放大器................................................................................................................93.1拉曼光纤放大器的原理...........................................................................................................93.2拉曼光纤放大器的特点........................................................................................................103.3拉曼光纤放大器的分类........................................................................................................113.4拉曼光纤放大器的优缺点....................................................................................................12第4章半导体光放大器..............................................................................................................144.1半导体光放大器的原理........................................................................................................144.2半导体光放大器的特点........................................................................................................14TC000002光放大器ISSUE1.0课程说明1课程说明课程介绍本课程将介绍光放大器基本知识；第一章叙述了光放大器的特点和基本特性参数；第二章详细讲述了掺铒光纤放大器的结构、工作原理和性能特点；第三章讲述了拉曼光纤放大器的工作原理，类型和性能特点；第四章简要介绍了半导体光放大器的原理和特点。课程目标完成本课程的学习后，您应该能够：了解光放大器的类型和性能要求、半导体光放大器的工作原理；掌握掺铒光纤放大器EDFA和拉曼光纤放大器RFA的工作原理及性能特点。相关资料《TC000001光纤与光器件ISSUE1.0.doc》《TC000003WDM原理ISSUE1.0.doc》Djafar.K.Mynbaev,Lowell.L.Scheiner光纤通信技术，北京机械工业出版社2002邱昆光纤通信导论，四川电子科技大学出版社1995聂秋华光纤激光器与光放大技术，北京电子工业出版社1997赵梓森等光纤通信工程，北京人民邮电出版社1994TC000002光放大器ISSUE1.0第1章光放大器概述2第1章光放大器概述我们知道光纤有一定的衰耗，光信号沿光纤传播将会衰减，传输距离受衰减的制约。因此，为了使信号传得更远，我们必须增强光信号。传统的增强光信号的方法是使用再生器。但是，这种方法存在许多缺点，首先，再生器只能工作在确定的信号比特率和信号格式下，不同的比特率和信号格式需要不同的再生器；其次，每一个信道需要一个再生器，网络的成本很高。随着光通信技术的发展，现在人们已经有了一种不采用再生器也可以增强光信号的方法，即光放大技术。1.1光放大器的特点简单讲，光放大器是用来提高光信号强度的器件，其原理图如下图1-1所示。被放大的光信号输入光信号光放大器被放大的光信号输入光信号光放大器图1-1光放大器因此，光放大器的工作不需要转换光信号到电信号，然后再转回光信号。这个特性导致光放大器比再生器有两大优势。第一，光放大器支持任何比特率和信号格式，因为光放大器简单地放大所收到的信号。这种属性通常被描述为光放大器对任何比特率以及信号格式是透明的；第二，光放大器不仅支持单个信号波长放大－像再生器，而且支持一定波长范围的光信号放大。例如，我们下面将要讨论的掺铒光纤放大器（EDFA），它能够放大大约从1530nm到1610nm的所有波长。而且，只有光放大器能够支持多种比特率、各种调制格式和不同波长的时分复用和波分复用网络。实际上，只有光放大器特别是EDFA的出现，波分复用技术才得到迅速发展，并且使波分复用成为大容量光通信系统的主力。EDFA是现在应用最广泛的光放大器，它的出现极大地推动了波分复用技术的发展。TC000002光放大器ISSUE1.0第1章光放大器概述31.2光放大器的分类现在主要有两种类型的光放大器：半导体光放大器（SOA）和光纤放大器（OFA）。半导体光放大器利用半导体材料固有的受激辐射放大机制，实现光放大，其原理和结构与半导体激光器相似。光纤放大器与半导体放大器不同，光纤放大器的活性介质（或称增益介质）是一段特殊的光纤或传输光纤，并且和泵浦激光器相连；当信号光通过这一段光纤时，信号光被放大。光纤放大器又可以分为掺稀土离子光纤放大器（RareEarthIonDopedFiberAmplifier）和非线性光纤放大器。像半导体放大器一样，掺稀土离子光纤放大器的工作原理也是受激辐射；而非线性光纤放大器是利用光纤的非线性效应放大光信号。实用化的光纤放大器有掺铒光纤放大器（EDFA）和拉曼光纤放大器（RamanFiberAmplifier）。1.3光放大器的主要性能参数光放大器是一个模拟器件，所以它的性能参数都是模拟参数。1.3.1增益（Gain）增益是输出光功率与输入光功率之比，也就是：增益＝POUT/PIN其中POUT和PIN分别是输出光功率和输入光功率，功率的单位为瓦特；通常我们用分贝（dB）为单位来表示增益，也就是：增益（dB）＝10lg（POUT/PIN）1.3.2噪声指数（NF）光放大器的噪声指数（NF，NoiseFigure）的定义式为光放大器输入输出端口的信噪比（SNR，SignaltoNoiseRatio）的比值：NFSNRinSNRout1.3.3增益带宽TC000002光放大器ISSUE1.0第1章光放大器概述4所谓增益带宽是指光放大器有效的频率（或波长）范围，通常指增益从最大值下降3dB时，对应的波长范围，如1.3.3中λa、λb之间。增益带宽的单位是纳米（nm）。01020λGain(d