《光放大器1分析ppt课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《光放大器1分析ppt课件.ppt（19页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。第第6章章 光放大器光放大器6.1 光放大器概述光放大器概述6.2 光放大器基本概念光放大器基本概念6.3 掺铒光纤放大器掺铒光纤放大器6.4 半导体光放大器半导体光放大器6.5 光纤喇曼放大器光纤喇曼放大器6.6 光纤参量放大器光纤参量放大器“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。 光放大器的出现，可视为
2、光纤通信发展史上的重要里程碑。光放大器的出现，可视为光纤通信发展史上的重要里程碑。 光放大器出现之前，光纤通信的光放大器出现之前，光纤通信的中继器中继器采用采用光电光光电光(O-(O-E-O)E-O)变换方式。中继器能将弱光信号转变成电信号，然后利变换方式。中继器能将弱光信号转变成电信号，然后利用该电信号驱动发射机，发射机复制输入信号。可以认为它用该电信号驱动发射机，发射机复制输入信号。可以认为它是一个背对背放置的接收机和发射机。是一个背对背放置的接收机和发射机。 装置复杂、耗能多、不能同时放大多个波长信道，在装置复杂、耗能多、不能同时放大多个波长信道，在WDMWDM系统中复杂性和成本倍增，可
3、实现系统中复杂性和成本倍增，可实现1R1R、2R2R、3R3R中继中继 光放大器（光放大器（O-OO-O）多波长放大、低成本，只能实现多波长放大、低成本，只能实现1R1R中继中继, ,光放大器不能再光放大器不能再生信号，它们仅仅增加信号的振幅、噪声。生信号，它们仅仅增加信号的振幅、噪声。 6.1 光放大器概述光放大器概述一、中继器与光放大器一、中继器与光放大器“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。 光放大器的功能：光放大器的功能：提供光信号增益，以补偿光信号在提供光信
4、号增益，以补偿光信号在通路中的传输衰减，增大系统的无中继传输距离。通路中的传输衰减，增大系统的无中继传输距离。 在泵浦能量（电或光）的作用下，实现粒子数反转在泵浦能量（电或光）的作用下，实现粒子数反转（非线性光纤放大器除外），然后通过受激辐射实现（非线性光纤放大器除外），然后通过受激辐射实现对入射光的放大。对入射光的放大。 光放大器是基于光放大器是基于受激辐射或受激散射受激辐射或受激散射原理实现入射光原理实现入射光信号放大的一种器件。其机制与激光器完全相同。实信号放大的一种器件。其机制与激光器完全相同。实际上，光放大器在结构上是一个际上，光放大器在结构上是一个没有反馈或反馈较小没有反馈或反馈较
5、小的激光器。的激光器。“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。二、光放大器类型：二、光放大器类型：掺杂光纤放大器（掺杂光纤放大器（EDFA、PDFA、TDFA）半导体光放大器（半导体光放大器（SOA）非线性光纤放大器（非线性光纤放大器（FRA、FBA、FPA）三、发展历程：三、发展历程：上世纪上世纪80年代中、后期年代中、后期SOA的研究为主；的研究为主；90年代年代EDFA获获得巨大成功，成为光纤通信系统必不可少的器件；得巨大成功，成为光纤通信系统必不可少的器件；20
6、01年年 FRA得到更广泛应用。得到更广泛应用。“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。光放大器基本结构示意图 输入信号光输出信号光电流 掺杂光纤输入信号光输出信号光耦合器耦合器泵浦光纯石英光纤-泵浦光泵浦光输入信号光输出信号光 (a) 半导体光放大器 (b)掺杂光纤放大器 (c)非线性光纤放大器 “雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。放大器放
7、大器类型类型工作原工作原理理激励激励方式方式工作长度工作长度小信号小信号增益增益噪声噪声特性特性常规光常规光纤耦合纤耦合偏振偏振敏感敏感度度失真和失真和串扰串扰集成性集成性非线性非线性光纤放光纤放大器大器光学非光学非线性效线性效应应光光数十米到数十米到数千米数千米4040好好容易容易大大严重严重无无半导体半导体光放大光放大器器粒子数粒子数反转反转电电100m100m至至1mm1mm3030差差困难困难大大严重严重易易掺稀土掺稀土光纤放光纤放大器大器粒子数粒子数反转反转光光数米到数数米到数十米十米4040好好容易容易无无可忽略可忽略无无光放大器的类型和各自优缺点光放大器的类型和各自优缺点“雪亮工
8、程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。1,450nm1,490nm1,530nm1,570nm1,610nm1,650nmS+ BandS BandC BandL BandL+ BandRFATDFAEDTFAGS-EDFAEDFAErbium DopedFiber AmplifierGain-ShiftedErbium DopedFiber AmplifierTellurite-BasedErbium DopedFiber AmplifierThulium DopedFlo
9、uride-BasedFiber AmplifierRaman Fiber AmplifierTotal 200 nm: 500 1,000 waves ?80 nm: 200 waves ?40 nm1,550nm1,580nmPotential of Optical Fiber: perhaps 250 waves x 100 Gb/s = 25,000 Gb/s = 25 Tb/s ?光放大器种类光放大器种类Fujitsu Proprietary“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“
10、群众性治安防控工程”。在泵浦能量（电或光）的作用下，实现粒子数反转（非线性光在泵浦能量（电或光）的作用下，实现粒子数反转（非线性光纤放大器除外），然后通过受激辐射实现对入射光的放大。与纤放大器除外），然后通过受激辐射实现对入射光的放大。与激光器不同之处在于激光器不同之处在于光放大器没有反馈机制光放大器没有反馈机制。6.2 光放大器基本概念光放大器基本概念光放大器的增益不仅与信号光的频率（波长）有关，而且还与光放大器的增益不仅与信号光的频率（波长）有关，而且还与放大器内部任一点的光强有关，即光增益与频率及强度的关系放大器内部任一点的光强有关，即光增益与频率及强度的关系决定于放大器增益介质的特性。
11、对于均匀加宽的二能级增益介决定于放大器增益介质的特性。对于均匀加宽的二能级增益介质，其增益系数可表示为：质，其增益系数可表示为：6.2.1 光放大器一般工作特性光放大器一般工作特性“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。02202( )1()sggTP P0g最大增益系数；最大增益系数； 入射信号光频率；入射信号光频率；0增益介质原子跃迁的中心频率或增益最大值对应的中心频率增益介质原子跃迁的中心频率或增益最大值对应的中心频率 ；P 被放大的光信号功率；被放大的光信号功率
12、；sP 饱和功率；饱和功率；决定于增益介质的掺杂参数，如介质的自发辐射决定于增益介质的掺杂参数，如介质的自发辐射 寿命寿命 及跃迁截面及跃迁截面 等。等。 2T偶极子驰豫时间偶极子驰豫时间 （也称非辐射弛豫时间，约（也称非辐射弛豫时间，约0.1 ps） 上式可用于讨论放大器的增益带宽、放大倍数、饱和输出功率等上式可用于讨论放大器的增益带宽、放大倍数、饱和输出功率等sp“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。一、光增益谱宽和放大器带宽一、光增益谱宽和放大器带宽放大器的增益
13、放大器的增益(或放大倍数或放大倍数)定义为：定义为：小信号下（小信号下（PPs），增益系数随），增益系数随 的改变而按洛伦兹分布变化的改变而按洛伦兹分布变化增益谱宽：增益谱宽：小信号增益系数降至最大值一半处的全宽（小信号增益系数降至最大值一半处的全宽（FWHM）21TginoutPPG 设放大器长度为设放大器长度为L，光信号沿，光信号沿L放大，则光功率随距离的变化为放大，则光功率随距离的变化为( )( ) ( )dP zdzgP z在在z点处的光功率为点处的光功率为( )exp( )inP zPgz02202( )1 ()ggT10lg()dBoutinPGP或者或者“雪亮工程是以区（县）、乡
14、（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。( )exp ( ) GgL放大器带宽：放大器带宽：放大器增益（放大倍数）降至最大放大器增益（放大倍数）降至最大放大倍数一半处的全宽度（放大倍数一半处的全宽度（FWHMFWHM）2102lnln2lnGgA光纤放大器的洛仑兹谱和相应的放大器增益谱光纤放大器的洛仑兹谱和相应的放大器增益谱所以放大器增益为所以放大器增益为1 20ln2ln2gg L ( )exp( )inP LPgL输出功率为输出功率为“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为
15、指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。二、增益饱和与饱和输出功率二、增益饱和与饱和输出功率增益饱和：增益饱和：增益系数与光信号的功率有关，在增益系数与光信号的功率有关，在PPs时，为小时，为小信号增益，这时可不计信号增益，这时可不计P对对g()的影响；当的影响；当P增大至可与增大至可与Ps比拟比拟时，时， g()随随P的增大而下降，放大器增益的增大而下降，放大器增益G()也下降，这种现也下降，这种现象称为增益饱和。象称为增益饱和。soutPPGGGG1exp0饱和输出功率：饱和输出功率：放大器增益降至最大小信号增益的一半时的
16、输出功率放大器增益降至最大小信号增益的一半时的输出功率ssoutPGGP22ln00“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。三、放大器噪声三、放大器噪声所有光放大器在放大过程中都会把自发辐射（或散射）叠加到信所有光放大器在放大过程中都会把自发辐射（或散射）叠加到信号光上，导致被放大信号的信噪比（号光上，导致
17、被放大信号的信噪比（SNRSNR）下降，其降低程度通）下降，其降低程度通常用噪声指数常用噪声指数F Fn n来表示，其定义为：来表示，其定义为：主要噪声源：放大的自发辐射噪声（主要噪声源：放大的自发辐射噪声（ASEASE），它源于放大器介质），它源于放大器介质中电子空穴对的自发复合。自发复合导致了与光信号一起放大的中电子空穴对的自发复合。自发复合导致了与光信号一起放大的光子的宽谱背景。光子的宽谱背景。outinnSNRSNRF)()(“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程
18、”。“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。ASE噪声噪声 ASEASE噪声近似为白噪声，噪声功率谱密度为：噪声近似为白噪声，噪声功率谱密度为：hnGSspsp1122NNNnsp“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。spspnnGGnF212ASE噪声噪声ASE噪声功率：噪声功率：ASEspASEBhGnP12ASE有效带宽，有效带宽，由放大器增益谱特性决定由放大器增益谱特性决定“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。6.2.2 光放大器主要应用光放大器主要应用“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。6.2.3 光放大器特点光放大器特点