光放大器的作用

光放大器可以解决WDM系统衰耗受限的难题，并可以节省大量的电再生设备，可以毫不夸张地说，掺铒光纤放大器EDFA是光传送技术的最伟大成果之一，没有EDFA就没有WDM系统的的实用化。本章将重点介绍已经广泛应用的EDFA的工作原理、结构与性能参数；并对拉曼光放大器进行了简要介绍。§3.1光放大器的作用与要求1．光放大器的作用光放大器的作用是对复用后的光信号进行放大，以解决WDM系统的超长距离传输和系统中波分复用器件的插损问题。WDM系统一般都需要配置光放大器，因为合、分波器的插损较大，它会使WDM系统的传输距离大大减小，以至于不能满足实际需求。以2.5Gb/s系统为例，其收、发之间的允许衰耗一般为26dB左右，扣除光连接器衰耗、光缆富余度与光通道代价等，所以可传输80km左右。但对于WDM系统而言，还要再考虑合、分波器的插损（如8dB），因此若不使用光放大器，其传输距离仅为20~30km左右，根本无法满足实际需求。可以说，没有光放大器，也就没有WDM技术的实用化。2．对光放大器的要求（1）．高增益所谓增益就是光放大器对光信号的放大倍数。从衰耗的角度出发，其值越大，越有可能传输更长的距离。一个良好的光放大器的增益可达33dB以上。（2）．宽带宽要想用一个光放大器对WDM系统的全部光复用通道信号进行放大，光放大器必须具有足够宽的带宽；而且其放大特性必须非常平坦。只有足够的带宽，才可能实现用一个光放大器对系统所有复用光通道信号的同时放大；只有具有平坦的放大特性，才能达到光放大器对所有复用光通道信号进行均匀放大的目的，以便于系统的设计与实施。（3）．低噪声系数光放大器是一种有源器件，除了具有光放大作用之外，它本身还可能会产生噪声，如目前应用最广泛的EDFA就会产生自发辐射噪声ASE。噪声会劣化系统的性能，降低接收端的光信噪比。因此要求光放大器应该具有很低的噪声系数，[url=]魔兽sf[/url]使其对系统的性能劣化减少到最低限度。§3.2光放大器的种类1．从结构上划分从结构上讲，光放大器有如下几种：掺铒光纤放大器（EDFA）、掺铷光纤放大器或掺镨光纤放大器（NDFA&PDFA）、半导体激光放大器（SOA）与拉曼光纤放大器等。（1）．掺铒光纤放大器（EDFA）掺铒光纤放大器（EDFA），是由掺入稀有金属铒离子的光纤构成的光放大器。掺铒光纤中的铒离子在泵浦光的作用下可形成粒子数反转分布，因此当有外来光信号输入时会受激辐射、发出与外来光波长相同的光，从而产生光放大作用。EDFA专门工作于1550nm波长范围（C波段或L波段），现已商用化，它在光纤通信系统中（单波长系统或WDM系统）得到了非常广泛的应用。EDFA的优点是增益高（如可达33dB以上），结构比较简单。其缺点是会产生ASE噪声，所以噪声系数较大（如5.5dB以上）。（2）．掺铷光纤放大器或掺镨光纤放大器（NDFA&PDFA）掺铷光纤放大器或掺镨光纤放大器（NDFA&PDFA），是在光纤中掺入稀有金属铷离子和镨离子而构成的光纤放大器。其工作机理与EDFA类似，但它们专门工作于1310nm波长范围。因其增益不高等原因至今尚未实用化，它可能将会被半导体光放大器SOA取代。（3）．半导体激光放大器（SOA）半导体激光放大器（SOA）是利用受激辐射发光的原理对输入光信号进行放大。它既可以用于1550nm波长范围也可用于1310nm波长范围，因具有结构简单、增益高、易驱动、体积小和功耗低等优点而潜力巨大。目前处于实验室阶段，但其实用化指日可待。（4）．拉曼光纤放大器（Raman）拉曼光纤放大器是巧妙利用当输入光功率足够大时，光在光纤中会产生拉曼散射效应，其结果使输入光的能量向较长波长的光转移而专门设计的光放大器。拉曼光纤放大器的优点，一是可以进行全波放大（目前是唯一的），无论是1550nm波长区还是1310nm波长区，都可以用拉曼放大器进行放大；二是噪声系数很低。其缺点是泵浦效率较低，增益不高。鉴于目前只有EDFA已经商用化，[url=]魔兽私服[/url]所以我们主要讨论掺铒光纤放大器，但对实用化取得巨大进展的拉曼光纤放大器也进行了介绍。2．从放大特性划分从放大性能上讲光放大器可分为二大类，即功率锁定型和增益锁定型。（1）．功率锁定型所谓功率锁定型，是指当输入光功率大于规定值时，光放大器的输出光功率为一固定值，并不随输入光功率值的变化而变化。它多用于单波长系统。（2）．增益锁定型所谓增益锁定型，是指其输出光功率值与输入光功率值之比即放大器的增益为一常数。也就是说，光放大器的输出光功率随输入光功率变化而变化，当然其输入光功率必需在规定范围内。增益锁定型的光放大器一般用于WDM系统。它的最大好处是，可以分别对每个复用通道光信号同时进行固定增益放大，使各复用通道的光功率输出彼此相互独立。因此不仅各通道的光功率予算方便易行；而且也避免了因增加、减少复用光通道或者某复用光通道发生故障，而影响其它复用光通道的弊病。而功率锁定型的EDFA则无法做到这一点，因为它只保证总的光输出功率为定值，所以当增加或减少光复用光通道时，会影响其它光通道信号；但它很适用于单波长系统。3．从物理位置上划分从所处物理位置上讲，也可分为三类，即功率放大器、予放大器和线路放大器。如图3.3.1所示。合波器（1）．功率放大器（WBA）功率放大器（BA）的主要作用是对发送端的光信号进行功率放大。目的是增加光发送端的光功率输出，以增大传输距离。因此它一般置于光发送机之后，当然在WDM系统中它应置于合波器之后，以达到对所有复用光通道信号同时进行放大的目的，为示区别写为：WBA。WBA光功率输出一般应低于+22dBm。（2）．予放大器（WPA）予放大器（PA）的主要作用是对接收端的微弱光信号进行予放大，以提高接收灵敏度。因此它一般置于光接收机之前，当然在WDM系统中它应置于分波器之前，以达到对所有复用通道光信号同时进行予放大的目的，为示区别写为：WPA。（3）．线路放大器（WLA）线路放大器（LA）的作用相当于一个光再生器。它既具有较高的灵敏度又有较大的光功率输出。其结构一般是由功率放大器和予放大器串接而成，但中间要加光衰减器（防止予放大器过载）。它处于线路中某合适的位置，为示区别写为：WLA。图3.3.1：WBA、WLA与WPA在系统中的位置WPAWLAWBA分波器光纤光纤