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1、精品名师归纳总结光纤通信课程设计题目：掺铒光纤放大器在通信网中的应用院（系）名称专 业 班 级学号学 生 姓 名指 导 教 师2021年 6 月 20 日可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结摘 要光纤通信，就是利用光纤来传输携带信息的光波以达到通信的目的.光纤通信具有通信容量大、传输速率高、使用寿命长,等诸多特点 .因而得到了普遍的应运，其中光放大器是光纤系统中的重要组成部分.光放大器的问世不仅解决了光的衰减对光信号传输距离的限制，而且在光纤通信中引起一场技术革命，其性能的优劣直接影响到网络通信的容量和质量.掺铒光纤放大器是将来很长一段时间内光纤通信系统中最具有用价值的无源光器件之
2、一，掺铒光纤放大器及相关 技术的快速有用化和商业化，标志着一个以光纤放大器为支撑的光通信技术产 业化时代的到来，将在将来 “信息高速大路 ”的建设中发挥重要作用 .本论文介绍了掺铒光纤放大器的相关理论.第一对掺铒光纤放大器的历史进行大致的简介，以及对光放大器的种类和掺铒光纤放大器工作原理进行了介绍，进而深化剖析了 EDFA 工作机理 .本文的重点在于在熟识 EDFA 光放大机理和工作原理的前提下，运用 OptiSystem软件构造讨论 EDFA 特性的系统电路图，然后对 EDFA 电路图进行数据模拟仿真，进而得到仿真图，通过图形来讨论分析 EDFA 的特性.关键字：光纤通信，光放大器，掺铒光纤
3、放大器，OptiSystem仿真可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结目录1 绪论.0.1.1 概述 .0.1.2 掺铒光放大器的进展及介绍 0.1.3 EDFA 的优缺点 .1.2 EDFA 的工作原理及应用 .3.2.1 EDFA 光放大机理 .3.2.2 EDFA 的工作原理 .6.2.3 EDFA 结构和泵浦方式 .6.2.3.1 同向泵浦 .7.2.3.2 反向泵浦 .7.2.3.3 双向泵浦 .7.2.4 EDFA 的主要应用 .8.2.4.1 EDFA 作为前置放大器 .8.2.4.2 EDFA 作为功率放大器 .9.2.4.3 EDFA 作为光中继器 .9.3 EDF
4、A 的工作特性分析 .1 03.1 EDFA 的主要工作特性参数 .1 03.1.1 功率增益 .1 03.1.2 输出饱和功率113.1.3 噪声系数 .1 23.2 EDFA 性能的定性分析 .1 34 基于 OptiSystem 的 EDFA 仿真 .1 54.1 掺铒光纤放大器在通信网中瑞利散射效应的仿真154.1.1 仿真系统电路图布局 .1 54.1.2 仿真参数设置及结果分析1.64.2 掺铒光纤放大器增益对波分复用光波系统的仿真224.2.1 仿真系统电路图布局 .2 24.2.2 仿真参数设置及结果分析2.3可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结5 结论2.5.致谢
5、 .2 6.参考文献 .2 7.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结1 绪论1.1 概述如今用光纤来传递信息已成为特别重要的信息传递方式.在光纤通信系统中光放大又是一个特别重要的环节 .光放大器是可将柔弱的光信号直接进行光放大的器件 .它的显现使光纤通信技术产生了质的飞跃。它使光波分复用技术，光孤子通信技术快速成熟并得于商用，同时他为将来的全光通信网奠定了扎实的基础，成为现代和将来光纤通信系统中不行少的重要器件.在光放大器，特别是掺铒光纤放大器（EDFA）的研制胜利使光纤通讯技术产生了革命性的变化：用相对简洁廉价的光放大器代替长距离光纤通信系统中传统使用的复杂昂贵的光电光混合式中继
6、器，从而可实现比特率及调制格 式的透亮传输，特别是和WDM 技术的珠联璧合，奠定了向将来的全光通信进展的基础 .EDFA 是目前光放大器市场的主流品种，在DWDM 系统、接入网和有线电视领域得到广泛应用，在CATV 系统中通常作为功率放大器以提高发射机的功率，使发射机掩盖的用户数大大增加，也可作为光纤线路的中继放大器，以补偿光分路器及线路损耗，使传输距离大大增加.光纤放大器与其他放大器比较， 具有输出功率大、增益高、工作带宽宽、与偏振无关、噪声指数低、放大特性与系统比特率、数据格式无关等特点，它已成为新一代光通信系统的关键器件之一.1.2 掺铒光放大器的进展及介绍掺铒光纤放大器 EDFA ，即
7、在信号通过的纤芯中掺入了铒离子Er3 + 的光信号放大器 .是 1985 年英国南安普顿高校第一研制胜利的光放大器，它是光纤通信中最宏大的创造之一 .掺铒光纤是在石英光纤中掺入了少量的稀土元素铒Er 离子的光纤，它是掺铒光纤放大器的核心.从 20 世纪 80 岁月后期开头，掺铒光纤放大器的讨论工作不断取得重大的突破.在 1999 年，分子光电公司和蒂姆光可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结子学公司制成首件掺饵波导放大器产品.极大的增加了光纤通信的容量成为当前光纤通信中应用最广的光放大器件 .石英光纤掺稀土元素 如 Nd、Er、Pr、Tm 等后可构成多能级的激光系统， 在泵浦光作用下
8、使输入信号光直接放大.供应合适的反馈后就构成光纤激光器 .掺Nd 光纤放大器的工作波长为1060nm 及 1330nm，由于偏离光纤通信正确宿口及其他一些缘由，其进展及应用受到限制.EDFA 及 PDFA 的工作波长分别处于光纤通信的最低损耗 1550nm及零色散波长 1300nm窗口， TDFA 工作在 S 波段，都特别适合于光纤通信系统应用.特别是 EDFA，进展最为快速，已有用化在掺铒光纤进展的基础上，不断显现很多新型光纤放大器，例如，以掺铒光纤为基础的双带光纤放大器DBFA ，是一种宽带的光放大器，宽带几乎可以掩盖整个波分复用 WDM 带宽 .类似的产品仍有超宽带光放大器UWOA ，它
9、的掩盖带宽可对单根光纤中多达100 路波长信道进行放大 .下图为掺铒光纤放大器实物图.图 1-1 掺铒光纤放大器1.3 EDFA 的优缺点EDFA 之所以得到快速的进展，源于它的一系列优点，如：(1) 工作波长与光纤最小损耗窗口一样，可在光纤通信中获得广泛应用.(2) 耦合效率高 .由于是光纤型放大器，易于光纤耦合连接，也可用熔接技术与传输光纤熔接在一起，损耗可降至0.1dB，这样的熔接反射损耗也很小，不易自激.(3) 能量转换效率高 .激光工作物质集中在光纤芯子，且集中在光纤芯子中的近轴部分，而信号光和泵浦光也是在近轴部分最强，这使得光与物质作用很充分可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师
10、归纳总结(4) 增益高，噪声低 .输出功率大，增益可达 40dB，输出功率在单向泵浦时可达 14dBm，双向泵浦时可达 17dBm，甚至可达 20dBm，充分泵浦时，噪声系数可低至 34dB，串话也很小 .(5) 增益特性不敏锐 .第一是 EDFA 增益对温度不敏锐，在 100内增益特性稳固，另外，增益也与偏振无关 (6) 可实现信号的透亮传输，即在波分复用系统中可同时传输模拟信号和数 字信号，高速率信号和低速率信号，系统扩容时，可只改动端机而不改动线路 .但 EDFA 也有其固有的缺点：(1) 波长固定，只能放大 1.55 m左右的光波，换用不同基质的光纤时，铒离子能级也只能发生很小的变化，
11、可调剂的波长有限，只能换用其他元素。(2) 增益带宽不平整，在 WDM 系统中需要采纳特别的手段来进行增益谱补偿.但就其总体性能而言， EDFA 在现代通信网中的应用仍是挺广泛的.下章就对其工作原理和性能进行分析.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结2 EDFA 的工作原理及应用2.1 EDFA 光放大机理EDFA 的放大过程，实际上类似于激光的产生过程，即铒离子在粒子数反转分布下受激辐射的过程，放大的三个关键过程示意图如下图 2.1.铒离子一般状态下是处于基态或低能态 E1 的.当它吸取一个能量适当的光子 h 后，会上升到激发态或高能态 E2.E1 和 E2 之间的能量差正好等于
12、所吸取的光子的能量h， E2-E1= h其中 h 为普朗克常数，为被吸取的光子或光波的频率 .使原子从低能态上升到高能态的过程叫泵浦或抽运.这种通过吸取光子即用光来进行抽 运的方法叫光泵浦 .处于高能态的原子是不稳固的，它会跃迁返回低能态.返回的方式可能是无辐射跃迁，其余外的能量以热或声子的势式而不是以光的势式释放出来。也可能是辐射跃迁，其余外的能量是以光子或光波的势式向外释放的，也就是说，在跃迁返回时将向外发射一个光子h，其能量为两能态之间的能量差.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结E 2hv12E 1EE22hv12EE11hv12hv12可编辑资料 - - - 欢迎下载精品
13、名师归纳总结（a）受激吸取（ b）自发辐射（ c）受激辐射图 2.1 放大的三个关键过程辐射跃迁有两种方式，一种是自发辐射，一种是受激辐射 .所谓自发辐射， 是指在没有任何外界因素影响的情形下，处于高能态的原子经过一段时间后会自然而然的掉下来回到低能态而发射一个光子 h .而所谓受激辐射，是指处于高能态 E2 的原子在受到能量正好为 h =E2-E1，入射光子的影响或诱发时，从高能态 E2 跃迁返回低能态 E1，同时发射一个光子 h .该受激辐射的光和入射可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结光同频率、同相位，而且方向相同.这种辐射又称为相干辐射，利用这种受激辐射，输入一个光子，可以
14、得到两个光子输出，于是使入射光得到了放大.在热平稳下，处于激发态的电子密度很小.大部分入射光子被吸取掉，以至于受激辐射实际上可以忽视不计 .只有当处于激发态的电子数量大于基态电子数量时，受激辐射才能超过光的吸取 .这种情形称为粒子数反转 .由于这是一种非平稳状态，因此必需通过各种 “泵浦”技术来实现粒子数反转 .选用何种波长的泵浦、以及可以产生放大的波段都取决于增益介质的能级结构 .对于掺铒光纤放大器而言，增益介质为纤芯中掺稀土元素铒离子（Er3+） 的单模石英光纤 .铒离子有很多吸取带，在这些吸取带上能吸取不同波长的光子，高能级与基态之间跃迁对应的吸取波长示意图如图2.2.665nm807n
15、m980nm1480nm图 2.2 铒离子不同能级间受激吸取的波长由于每个能级的精细结构和匀称加宽的影响，实际产生受激发射或吸取时是以这些波长为峰值的吸取和发射光谱带.其中有一个自发辐射波长在1530nm 邻近的能级具有较高的寿命（约10ms），其它能级的寿命很短 微秒量级 ，故其它高能带都用作泵浦带，而1530 邻近能级充当用于放大的亚稳态 .而对应于807nm、665nm 等邻近的能带用于泵浦时，具有很强的激发态吸取（ESA）， 造成了泵浦能量的铺张，而1480nm 和 980nm 不存在 ESA，泵浦效率高，故目前仅使用 1480nm 和 980nm 波长激光器作为泵浦源 .铒离子的简化
16、能级图如下图2.3 所示.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结泵浦能带快速非辐射衰变 泵衰变到低能态亚 稳 态 能带980nm光子1480nm光子1550nm光子1550nm 1550nm光子光子1550nm光子4I11/24I13/2浦跃泵自受受迁浦发激激跃辐吸辐迁射收射4I 15/2基态能带图 2.3 Er3+离子的简化能级图和各种跃迁过程使用发射 980nm 光子的泵浦激光器去鼓励铒离子时，铒离子中的电子从基态跃迁到泵浦能级，如图2.3 中的跃迁过程所示 .这些受激离子从泵浦带到亚稳带衰变（弛豫）得特别快（大约在1s内），如图中跃迁过程所示 .在衰变过程中，余外的能量以声子的
17、势式释放，或者等价的认为在光纤内产生了机械振动.在亚稳态能带中，激发态离子的电子将移至能带的底端，在这里，人们使用荧光时间来表征这个过程，这个时间长达10ms 左右.另一种可能的泵浦波长是1480nm，这些泵浦光子的能量很接近信号光子 能量，只是要稍高一些 .吸取一个 1480nm 的泵浦光子，会直接把一个电子从基态激发到很少被粒子占据的亚稳态能级的顶部，如图4.3 中跃迁过程所示， 然后这些电子又将移向粒子数较多的亚稳态的较低端（跃迁过程）.位于亚稳态的电子，在没有外部鼓励光子流时，一部分会衰变回到基态，如图中跃迁过程所示 .这种现象是所谓的自发辐射，自发辐射会导致放大器的噪声.当其能量相当
18、于从基态到亚稳态间带隙能量的信号光子流通过这种器件 时，会产生两种类型的跃迁 .第一，处在基态的离子将吸取一部分处部光子，因此这些离子将跃迁到亚稳态，如图4.3 中跃迁过程所示。其次，在受激辐射过程（跃迁过程）中，信号光子触发激发态的离子下降到基态，从而发射出一个与输入信号光子具有相同能量、相同波矢量以及相同偏振态的新光子.亚稳可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结态和基态的宽度答应高能级的受激辐射在15301560nm 范畴内显现，超过1560nm 时增益会稳固下降，在大约 1616nm处降至 0dB（单位增益） .2.2 EDFA 的工作原理EDFA 主要由泵浦光源、光耦合器、光
19、隔离器和掺铒光纤等部件组成，工作原理如下图 4.4 所示.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结光信号输入泵浦光源光耦合器光隔离器 掺铒光纤光隔离器光滤波器光信号输出可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结图 2.4 EDFA 结构示意图第一，信号光和泵浦光在光耦合器中何在一起，经过隔离器一起输入到掺铒光纤中。接下来就是泵浦光鼓励掺铒光纤中的铒粒子，使它们都处于亚稳态 能级 E2，从而在基态E1 和该能级之间形成粒子数反转分布。最终在信号光子的激发下，铒粒子发生受激辐射跃迁到基态，将一模一样的光子注入到光信号 中完成光放大 .放大的光信号在经过隔离器和滤波器之后便全部完成了整
20、个信号光的放大工作 .光隔离器的作用是抑制光反射而保证光放大器工作的稳固.但是，铒粒子受激辐射过程中，有一小部分粒子自发辐射跃迁到基态，产生带宽很宽的杂乱光子，并在传输过程中被放大而形成自发辐射噪声.自发辐射噪声消耗了泵浦功率并影响通信质量，因此应设法用滤波器滤掉，以降低自发辐射噪声对系统的影响 .EDFA 之所以能放大光信号，简洁的来说，是在泵浦源的作用下，在掺铒光纤中显现了粒子数反转分布，产生了受激辐射，从而使光信号得到放大.由于EDFA 具有瘦长的纤形结构，使得有源区的能量密度很高，光与物质的作用区很长，这样可以降低对泵浦源功率的要求.2.3 EDFA 结构和泵浦方式EDFA 的结构因其
21、泵浦方式的不同而不同.目前广泛应用的有同向泵浦、反向泵浦和双向泵浦的 3 种方式，其次仍有一些改进的方式 .可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结2.3.1 同向泵浦同向泵浦是一种泵浦光和信号光在掺铒光纤的同一端注入，且泵浦光和信号光在掺铒光纤种传输方向相同的方式.它又称前向泵浦，如图2.5 所示.这种配置的噪声性能较好 .输入光信号掺铒光纤输出光信号光 耦合器光隔离器光 隔离器光 滤波器泵浦光源图 2.5同向泵浦方式EDFA结构2.3.2 反向泵浦反向泵浦方式是一种泵浦光源和信号光分别从掺铒光纤的两端注入，且泵浦光和信号光在掺铒光纤中传输方向相反的方式.它又称后向泵浦，如图4.6
22、所示.这汇总配置具有较高的输出信号功率.输入光信号掺铒光纤光 隔离器光 耦合器输出光信号光 隔离器光 滤波器泵 浦光源图 2.6反向泵浦方式EDFA结构2.3.3 双向泵浦双向泵浦就是在两个泵浦光源从掺铒光纤的两端同时注入泵浦光的方式，如可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结图 2.7 所示 .这种泵浦方式结合了前向泵浦和后向泵浦的优点，输出的光信号功率更高，最多比前两种单向泵浦多3dB，而且 EDFA 的性能与信号传输的方向无关.输入光信号掺铒光纤输出光信号光隔离器光 耦合器光 耦合器光 隔离器光滤波器泵浦光源泵 浦光源EDFA 是最抱负的光放大器：耦合损耗低、噪声低、增益高、输出
23、功率图 4.7双向泵浦方式 EDFA结构高 、 与 信号 光极 化状 态 无关 且所 需泵 浦功 率低 .EDFA 在 密集 波分 复用（ DWDM ）系统广泛有用 .为了满意更高的要求，结构往往更复杂，比如为了能比较宽频带范畴内有增益平整和增益自动掌握防止增益竞争，会分别增加均衡 器和自动增益电路 .2.4 EDFA 的主要应用EDFA 在光纤通信系统中的主要作用是延长中继距离，当它与波分复用技术、光弧子技术相结合时，可实现超大容量、超长距离的传输.其应用主要有以下几种形式 .2.4.1 EDFA 作为前置放大器对于光接收机的前置放大器，一般要求它是高增益、低噪声的放大器.由于EDFA得低噪
24、声特性，将它用作光接收机的前置放大器时，可大大提高接收灵敏度.其应用方式如下列图 .EDFA作为前置放大器使用，接收灵敏度可提高1020dB.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结2.4.2 EDFA 作为功率放大器如将 EDFA 接在光发射机的输出端，就可用来提高输出功率，增加入纤光功率，延长传输距离，如图 2.8（b）所示 .2.4.3 EDFA 作为光中继器图 2.8（c）所示的是 EDFA 作为光中继器使用的原理方框图 .这是 EDFA 在光纤通信系统中的一种应用，它可代替传统的光- 电-光中继器 .对线路中的光信号直接进行放大，它是实现全光通信的重要保证之一.EDFA光 发
25、 射光 接 收（a） EDFA作为前置放大器使用光纤EDFA光 发 射光 接 收（b） EDFA作为功率放大器使用LLL光 发 射光 接 收光纤（ c） EDFA作为光中继器使用图 2.8 EDFA 的应用可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结3 EDFA 的工作特性分析EDFA 的工作特性分析主要对 EDFA 的主要工作特性参数和性能进行定性分析.下面详细介绍 EDFA 的工作特性 .3.1 EDFA 的主要工作特性参数EDFA 具有广泛的应用，不同的应用对 EDFA 的工作特性有不同的要求， 各种工作特性参数是 EDFA 性能的差异的标准 .EDFA 的主要参数是指功率增益、饱和
26、输出功率和噪声系数 .3.1.1 功率增益功率增益定义为可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结功率增益10log输出光功率输入光功率（ dB ）可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结它表示了光放大器的放大才能，增益的大小与泵浦光功率以及光纤长度等诸因素有关 .下图 3.1 所示为放大器的功率增益与泵浦功率之间的关系曲线.可以看出，放大器的功率增益随泵浦功率的增加而增加，当泵浦功率达到肯定值时，放大器的功率增益显现饱和，即泵浦功率再增加而功率增益基本保持不变.下图 3.2 所示为掺铒光纤放大器的功率增益与光纤长度之间的关系曲线.可以看出，开头时功率增益随掺铒光纤长度的增加而上
27、升，当光纤长度达到肯定值后，功率增益反而逐步下降 .从图中看出，当光纤为某一长度时，可获得正确功率增益，这个光纤长度为最大功率增益的光纤长度.因此，在给定的掺铒光纤的情形下，应挑选合适的泵浦功率和光纤长度，以达到最大增益 .目前采纳的主要泵浦波长是0.98 m和 1.48 m据. 报道，如采纳 1.48 m泵浦源，当泵浦功率为 5mW、掺铒光纤长度为 30m 时，可获得 35dB 的功率增益 .4030可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结功率增益泵浦光功率输出信号 = -27.3dBm 掺铒光纤长度 =50m 泵浦光波长 =1.48um掺杂浓度 25mg/kg 图 3.1 掺铒光纤
28、放大器功率增益与泵浦功率间的关系可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结功40率30增20益100-10-200光纤长度（ m）200250可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结泵浦功率5=090mW10015掺0铒光纤长度（ m）泵浦光波长 =1.48um掺杂浓度 25mg/kg图 3.2 掺铒光纤放大器功率增益与光纤长度间的关系3.1.2 输出饱和功率输出饱和功率是一个描述输入信号功率与输出信号功率之间关系的参量.如3.3 图所示 .由图可看出，在掺铒光纤放大器中，输入信号功率和输出信号功率并不完全成正比关系，而是存在着饱和的趋势.掺铒光纤放大器的最大输出功率常用3dB
29、输出饱和功率来表示 .如 3.4 图所可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结示，当饱和增益下降 3dB 时所对应的输出功率值为 3dB 输出饱和功率，它代表了掺铒光纤放大器的最大输出才能 .可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结输20出功10率0-20-100输入功率（ dBm）可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结图 3.3 掺铒光纤放大器输出饱和功率曲线可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结增益（dB3dB）光输出功率（ dB m）可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结3dB输出饱和功率图 3.4 掺铒光纤放大器输出饱和功率曲线3.1.3
30、噪声系数掺铒光纤放大器噪声的主要来源包括：信号光的散弹噪声，信号光波与放大器自发辐射光波之间的差拍噪声，被放大的自发辐射光的散弹噪声，光放大器自发辐射的不同频率光波间差拍噪声 .掺铒光纤放大器噪声特性可用于噪声系数 F 来表示，它定义为：F放大器的输入信噪比放大器的输出信噪比据分析，掺铒光纤放大器噪声系数的极限约为3dB.对于 0.98 m泵浦源的可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结EDFA，掺铒光纤长度为30m 时，测得的噪声系数为 3.2dB。而采纳 1.48 m泵浦源时、在掺铒光纤长度为60m 时，测得的噪声系数为4.1dB.显而易见，0.98 m 泵浦的放大器的噪声系数要优
31、于 1.48 m泵浦的放大器的噪声系数 .3.2 EDFA 性能的定性分析EDFA 的输入、输出功率可以使用能量守恒原理表示为：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结Ps , outPs , inp p ,inps（3-1）可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结等式中， Ps,in 是输入泵浦功率，p 和 s 分别是泵浦波长和信号波长 .上式的基本物理意义是从 EDFA 输出的信号能量总和不能超过注入的泵浦能量.（ 3-1） 式中的不等式反映了系统可能会受到影响，比如由于不同缘由（比如杂质间相互作用）造成的泵浦光子缺失或由自发辐射导致的泵浦能量缺失，都可以使系统受到影响 .
32、从（ 3-1）式中可以看出，最大输出信号功率与比率p /s 有关 .为使泵浦系统能够工作，必需有p s .因此功率转换效率（ PCE）可以定义为：Ps,outPs,inPs,outp可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结PCE1Ps,inPs,ins（3-2）可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结明显， PCE 小于 1.PCE 的理论最大值是p /s ，纯粹是为了参考，可以使用与波长无关的量子转换效率（ QCE）来帮忙懂得，其定义为：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结QCEs PCE（ 3-3）p可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结QCE 的最大
33、值是 1，此时全部的泵浦光子都转换为信号光子.假设没有自发辐射，使用放大器增益 G 来重写（ 3-1）式，就：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结pGPs,out1Ps,in（3-4）可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结Ps,ins Ps,out等式中给出了信号输入功率和增益间的一个重要关系.当输入信号功率特别可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结大，即Ps,inp /s p p,in时，放大器的最大增益是1，这表示放大器对信号是可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结透亮的.从（ 3-4）式可以看出，为了达到一个给定的最大增益G，输入信号功率必需满意
34、下式：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结Ps, inp / Gs) pp, in1（3-5）可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结除泵浦功率以外，增益仍与光纤长度有关.例如 EDFA 中，长为 L 的三能级激光介质中的最大增益为：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结Gmasexp peL（ 3-6）可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结等式中 e 是信号发射截面， 是稀土元素的浓度 .在求最大增益时，必需同时考虑（ 3-4）式和（ 3-6）式，最大可能的 EDFA 增益由这两个增益表达式的最小值给出，即：pPp,in可编辑资料 - - - 欢迎下载
35、精品名师归纳总结Gminexp peL,1（ 3-7）可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结s Ps,out可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结由于GPs ,out/ Ps,inexp pe L，类似的，最大可能的EDFA 输出功率可以可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结表示为：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结Pmin PexppL , Pp P3-8可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结s,outs,ines,inp,in s可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结依据噪声指数的定义：NF10lgPASEGhvkvk1 G3-9可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结