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1、光放大器的发展第1页，本讲稿共19页光放大器光放大器光放大器是光纤通信系统中能对光信号进行放大的一种子系统产品。光放大器的原理基本上是基于激光的受激辐射，通过将泵浦光的能量转变为信号光的能量实现放大作用。光放大器自从1990年代商业化以来已经深刻改变了光纤通信工业的现状。第2页，本讲稿共19页指标指标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。增益（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）噪
2、声指数（噪声指数（NF）光放大器的噪声指数（NF，Noise Figure）的定义式为光放大器输入输出端口的信噪比（SNR，Signal to Noise Ratio）的比值：第3页，本讲稿共19页 增益带宽增益带宽 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a、b之间。增益带宽的单位是纳米（nm）。对于WDM系统，所有光波长通道都要得到放大，因此，光放大器必须具有足够宽的增益带宽。饱和输出功率饱和输出功率 光放大器的输入光功率范围有一定的要求，当输入光功率大于某一阈值时，就会出现增益饱和；增益饱和是指输出功率不再随输入功率
3、增加而增加或增加很小。根据ITU-T的建议，当增益比正常情况低3dB时的输出光功率称为饱和输出功率，其单位通常用dBm表示。第4页，本讲稿共19页分类分类光放大器半导体光放大器(SOA，Semiconductor Optical Amplifier)非线性光纤放大器掺稀土元素光纤放大器(EDFA)第5页，本讲稿共19页光放大器解决了衰减对光传输网络(OTN)传输速率与距离的限制,并使超高速、超大容量、超长距离的波分、密集波分、全光传输、光孤子传输等成为现实。主要应用为发射机后的功率放大(BA)、接收机前的预放大(PA)和线路中的中继放大(LA),用来补偿线路传输衰减,节点分配衰减,色散补偿,并
4、降低非线性效应等.第6页，本讲稿共19页掺铒光纤放大器掺铒光纤放大器EDFAEDFA为掺铒光纤放大器,以掺铒光纤为增益介质,利980nm和1480nm泵浦作为泵浦光源,使铒离子Er3+粒子数反转,信号光入射使亚稳态Er3+粒子受激辐射,产生信号放大。第7页，本讲稿共19页EDFA技术技术增益平坦技术增益平坦技术GFF(GainFlatnessFilter)GFF(GainFlatnessFilter),DGE(DynamicGainEqualizer),铒纤掺杂。实现GFF的技术主要有介质薄膜技术和光纤光栅技术;实现DGE的技术主要有声光、磁光、MZ、AWG等;在银纤中掺杂Al、氟化物、碲化物
5、等使铒纤增益平坦,降低增益起伏。增益可调技术增益可调技术 利用VOA(VariableOpticalAttenuator),VASC(VariableAttenuationSlopeCompensation)等衰减器,调节增益斜率(GainTilt),达到调节增益的目的.第8页，本讲稿共19页滤波技术滤波技术 采用BPF(BandpassFilter),OTF(Optical TunableFilter)等,滤除ASE噪声功率。高功率输出技术高功率输出技术 双包层ErYb共掺,采用泵浦方式是V形槽,高功率多模注入泵浦;多功能技术多功能技术 中级功能模块接入,AGC/APC/ACC可选,瞬态响应
6、控制,ASE补偿,Truly AGC;小型化技术小型化技术 小型无制冷泵,Hybrid器件,80mm铒纤及80mm尾纤器件。第9页，本讲稿共19页大带宽,C+LBand可以实现80nm的放大带宽,低插损,高增益,低噪声,高输出功率,偏振无关,信道串扰小,对传输码率与格式及系统升级透明等。EDFA的优点的优点带宽还不够大,只利用了光纤低损耗窗口的一部分,高性能产品基本为客户定做,属非标准产品,开发周期长。EDFA的缺点的缺点第10页，本讲稿共19页EDFA的发展的发展高性能高性能(宽带宽,高功率,高增益,增益平坦,低噪声);多功能多功能(中级接入,大动态范围增益可调,快速的瞬态响应控制,ASE补
7、偿实现truly AGC,AGC/APC/ACC多工作模式);EDFA+FRAEDFA+FRA混合放大混合放大;小型化小型化EDFAEDFA(Mini EDFA)。第11页，本讲稿共19页半导体光放大器（半导体光放大器（SOA）SOA是偏置电流靠近振荡阈值但在阈值之下半导体激光二极管,其放大特性主要取决于有源层的介质特性和激光腔的特性。第12页，本讲稿共19页尺寸小、频带宽、增益高；容易集成，适宜同光集成和光电集成电路结合使用。但缺点是与光纤的耦合损耗太大、易受环境温度的影响、工作稳定性较差。SOA优点优点缺点缺点第13页，本讲稿共19页由于半导体光放大器的工作原理决定了其放大增益不是高，因此
8、半导体放大器在现代光通信系统中作为纯粹功率放大应用较少，它更多的是被用作高速通信网中光开关、光复用解复用器和波长变换器等光信号处理模块。SOA发展发展第14页，本讲稿共19页工作原理是基于光纤的受激喇曼散射(SRS)效应。分为集总式(LRA)和分布式(DRA)两种类型。喇曼光纤放大器喇曼光纤放大器 FRA第15页，本讲稿共19页1)宽频谱、大功率输出；2)将FRA与局部平坦的EDFA串联使用，可获得带宽高于 100nm的超宽带增益平坦放大器；3)采用双向拉曼泵浦，可使传输距离扩大2倍，达1040km；4)采用波长为1420nm和1450nm两个泵源的FRA可得到很宽的带宽(14801620nm
9、)；5)智能化。FRA的发展的发展第16页，本讲稿共19页光纤放大器的发展方向光纤放大器的发展方向 由于超高速率、大容量、长距离光纤通信系统的发展，对作为光纤通信领域的关键器件光纤放大器在功率、带宽和增益平坦方面提出了新的要求，因此，在未来的光纤通信网络中，光纤放大器的发展方向主要有以下几个方面：第17页，本讲稿共19页(1)EDFA从C-Band向L-Band发展；(2)宽频谱、大功率的光纤拉曼放大器；(3)将局部平坦的EDFA与光纤拉曼放大器进行串联使用，获得超宽带的平坦增益放大器；(4)发展应变补偿的无偏振、单片集成、光横向连接的半导体光放大器光开关；(5)研发具有动态增益平坦技术的光纤放大器；(6)小型化、集成化光纤放大器。随着新材料、新技术的不断突破，光纤放大器在12921660nm波长范围内获得带宽为300nm超宽带将不是梦想，Tbit/s DWDM光网络传输系统将一定会实现。第18页，本讲稿共19页谢谢！第19页，本讲稿共19页