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1、第六章第六章第六章第六章 光放大与色散补偿技术光放大与色散补偿技术光放大与色散补偿技术光放大与色散补偿技术EDFA的三种泵浦方式的三种泵浦方式前向泵浦：增益性前向泵浦：增益性能较好。能较好。后向泵浦：噪声性后向泵浦：噪声性能稍好一些。能稍好一些。双向泵浦：增益性能双向泵浦：增益性能和噪声性能都比较理和噪声性能都比较理想。想。EDFA的优点的优点 工作波长与光纤最小损耗窗口一致工作波长与光纤最小损耗窗口一致 能量转换效率高、耦合效率高能量转换效率高、耦合效率高 能同时放大多个波长，与信号的比特率无关能同时放大多个波长，与信号的比特率无关 高增益、低噪声、宽带宽、与偏振无关高增益、低噪声、宽带宽、
2、与偏振无关高增益、低噪声、宽带宽、与偏振无关高增益、低噪声、宽带宽、与偏振无关 可实现透明传输可实现透明传输EDFA的不足的不足 波长固定波长固定；增益带宽不平坦；增益带宽不平坦；产生产生ASE噪声。噪声。EDFA的应用方式的应用方式Site ASite BPost OA功率放大器功率放大器线路放大器线路放大器前置放大器前置放大器MUXDeMUXEDFA的应用领域的应用领域 数字通信系统数字通信系统 CATV系统系统 密集波分复用密集波分复用系统系统 光孤子通信光孤子通信光纤拉曼放大器光纤拉曼放大器FRAn n拉曼现象在拉曼现象在拉曼现象在拉曼现象在19281928年被发现。年被发现。年被发现
3、。年被发现。n n9090年代早期，年代早期，年代早期，年代早期，EDFAEDFA取代它成为焦点，取代它成为焦点，取代它成为焦点，取代它成为焦点，FRAFRA受到冷遇。受到冷遇。受到冷遇。受到冷遇。n n随着光纤通信网容量的增加，对放大器提出新的要求，随着光纤通信网容量的增加，对放大器提出新的要求，随着光纤通信网容量的增加，对放大器提出新的要求，随着光纤通信网容量的增加，对放大器提出新的要求，传统的传统的传统的传统的EDFAEDFA已很难满足，已很难满足，已很难满足，已很难满足，FRAFRA再次成为研究的热点。再次成为研究的热点。再次成为研究的热点。再次成为研究的热点。n n特别是高功率二极管
4、泵浦激光器的迅猛发展，又为特别是高功率二极管泵浦激光器的迅猛发展，又为特别是高功率二极管泵浦激光器的迅猛发展，又为特别是高功率二极管泵浦激光器的迅猛发展，又为FRAFRA的实现奠定了坚实的基础。的实现奠定了坚实的基础。的实现奠定了坚实的基础。的实现奠定了坚实的基础。n n人们对人们对人们对人们对FRAFRA的兴趣来源于这种放大器可以提供整个波长的兴趣来源于这种放大器可以提供整个波长的兴趣来源于这种放大器可以提供整个波长的兴趣来源于这种放大器可以提供整个波长波段的放大。通过适当改变泵浦激光波长，就可以达到波段的放大。通过适当改变泵浦激光波长，就可以达到波段的放大。通过适当改变泵浦激光波长，就可以
5、达到波段的放大。通过适当改变泵浦激光波长，就可以达到在任意波段进行宽带光放大，甚至可在在任意波段进行宽带光放大，甚至可在在任意波段进行宽带光放大，甚至可在在任意波段进行宽带光放大，甚至可在127012701670nm1670nm整个波段内提供放大。整个波段内提供放大。整个波段内提供放大。整个波段内提供放大。光纤拉曼放大器光纤拉曼放大器光纤光纤光纤光纤(a)(a)无泵激光的无泵激光的无泵激光的无泵激光的1550nm1550nm传输传输传输传输光功率光功率光功率光功率(dB)(dB)波长波长波长波长1550nm1550nm波长波长波长波长光功率光功率光功率光功率(dB)(dB)1550nm1550
6、nm1450nm1450nm光纤光纤光纤光纤(b)(b)有泵激光的有泵激光的有泵激光的有泵激光的1550nm1550nm传输传输传输传输1550nm1550nm经光纤传输经光纤传输经光纤传输经光纤传输衰减的光衰减的光衰减的光衰减的光1450nm1450nm1550nm1550nm如果一个弱信号和一个强泵浦光如果一个弱信号和一个强泵浦光如果一个弱信号和一个强泵浦光如果一个弱信号和一个强泵浦光同时在光纤中传输，并使弱信号同时在光纤中传输，并使弱信号同时在光纤中传输，并使弱信号同时在光纤中传输，并使弱信号波长置于泵浦光的拉曼增益带宽波长置于泵浦光的拉曼增益带宽波长置于泵浦光的拉曼增益带宽波长置于泵浦
7、光的拉曼增益带宽内，则弱信号即可被放大。这种内，则弱信号即可被放大。这种内，则弱信号即可被放大。这种内，则弱信号即可被放大。这种基于基于基于基于SRSSRS机制的光放大器称为光机制的光放大器称为光机制的光放大器称为光机制的光放大器称为光纤拉曼放大器纤拉曼放大器纤拉曼放大器纤拉曼放大器FRAFRA。FRAFRA原理简介：原理简介：原理简介：原理简介：物理机制：物理机制：物理机制：物理机制：A.A.光纤拉曼散射效应光纤拉曼散射效应光纤拉曼散射效应光纤拉曼散射效应（SRS)SRS)一个入射光子（一个入射光子（一个入射光子（一个入射光子（pump)pump)的湮的湮的湮的湮灭，产生一个下移灭，产生一个
8、下移灭，产生一个下移灭，产生一个下移stokesstokes频率的光子和另一个具有相频率的光子和另一个具有相频率的光子和另一个具有相频率的光子和另一个具有相当能量和动量的光学光子当能量和动量的光学光子当能量和动量的光学光子当能量和动量的光学光子B.B.与与与与pumppump光子相差光子相差光子相差光子相差stokesstokes频率的信号光子，频率的信号光子，频率的信号光子，频率的信号光子，经受激散射过程被放大经受激散射过程被放大经受激散射过程被放大经受激散射过程被放大FRAFRA是靠非线性散射实现放大功是靠非线性散射实现放大功是靠非线性散射实现放大功是靠非线性散射实现放大功能，不需要能级间
9、粒子数反转能，不需要能级间粒子数反转能，不需要能级间粒子数反转能，不需要能级间粒子数反转光纤拉曼放大器原理简介光纤拉曼放大器原理简介(1)频率为频率为频率为频率为 p p和和和和 s s的泵浦光和信号光的泵浦光和信号光的泵浦光和信号光的泵浦光和信号光通过耦合器输入光纤，当这两束通过耦合器输入光纤，当这两束通过耦合器输入光纤，当这两束通过耦合器输入光纤，当这两束光在光纤中一起传输时，泵浦光光在光纤中一起传输时，泵浦光光在光纤中一起传输时，泵浦光光在光纤中一起传输时，泵浦光的能量通过的能量通过的能量通过的能量通过SRSSRS效应转移给信号效应转移给信号效应转移给信号效应转移给信号光，使信号光得到放
10、大。光，使信号光得到放大。光，使信号光得到放大。光，使信号光得到放大。峰值增益频移：峰值增益频移：峰值增益频移：峰值增益频移：13.2THz13.2THz 反向泵浦为主，也可同向泵浦反向泵浦为主，也可同向泵浦反向泵浦为主，也可同向泵浦反向泵浦为主，也可同向泵浦 支撑技术支撑技术支撑技术支撑技术:14:14nmnm的大功率的大功率的大功率的大功率泵浦激光器，目前已取得实用化泵浦激光器，目前已取得实用化泵浦激光器，目前已取得实用化泵浦激光器，目前已取得实用化光纤拉曼放大器原理简介光纤拉曼放大器原理简介(2)Properties of Raman Scattering in FibersProper
11、ties of Raman Scattering in Fibers特性：特性：特性：特性：在所有类型光纤中都会发生在所有类型光纤中都会发生在所有类型光纤中都会发生在所有类型光纤中都会发生 峰值增益频移峰值增益频移峰值增益频移峰值增益频移13 THz(60-100nm)13 THz(60-100nm)增益具有偏振依赖性，当泵浦光与信号光偏振方向平行时增益具有偏振依赖性，当泵浦光与信号光偏振方向平行时增益具有偏振依赖性，当泵浦光与信号光偏振方向平行时增益具有偏振依赖性，当泵浦光与信号光偏振方向平行时 增益最大，垂直时增益最小为零增益最大，垂直时增益最小为零增益最大，垂直时增益最小为零增益最大，垂
12、直时增益最小为零 增益谱很宽增益谱很宽增益谱很宽增益谱很宽(125nm)(125nm)但并不平坦但并不平坦但并不平坦但并不平坦Raman Amplifiers分布放大分布放大分布放大分布放大分立放大分立放大分立放大分立放大机制：拉曼增益与泵浦波长相关机制：拉曼增益与泵浦波长相关机制：拉曼增益与泵浦波长相关机制：拉曼增益与泵浦波长相关方法：多波长泵浦方法：多波长泵浦方法：多波长泵浦方法：多波长泵浦增益：各个泵浦波长拉曼增益谱增益：各个泵浦波长拉曼增益谱增益：各个泵浦波长拉曼增益谱增益：各个泵浦波长拉曼增益谱的加权和（以的加权和（以的加权和（以的加权和（以dBdB为单位）为单位）为单位）为单位）光
13、纤拉曼放大器光纤拉曼放大器宽带放大原理宽带放大原理Ultraflat amplifier光纤拉曼放大器的泵浦要求光纤拉曼放大器的泵浦要求n n高能量输出。高能量输出。高能量输出。高能量输出。n n消偏输出和偏振混合输出。（拉曼散射增益具消偏输出和偏振混合输出。（拉曼散射增益具消偏输出和偏振混合输出。（拉曼散射增益具消偏输出和偏振混合输出。（拉曼散射增益具有偏振依赖性）有偏振依赖性）有偏振依赖性）有偏振依赖性）n n泵浦波长至关重要。信号光在泵浦波长至关重要。信号光在泵浦波长至关重要。信号光在泵浦波长至关重要。信号光在1300nm1300nm波段波段波段波段时，最佳泵浦波长约在时，最佳泵浦波长约
14、在时，最佳泵浦波长约在时，最佳泵浦波长约在122012201240nm1240nm，而，而，而，而在在在在1550nm1550nm波段时，最佳泵浦波长约在波段时，最佳泵浦波长约在波段时，最佳泵浦波长约在波段时，最佳泵浦波长约在144014401460nm1460nm左右处。高功率双包层拉曼光纤左右处。高功率双包层拉曼光纤左右处。高功率双包层拉曼光纤左右处。高功率双包层拉曼光纤激光器是最佳的泵浦源。激光器是最佳的泵浦源。激光器是最佳的泵浦源。激光器是最佳的泵浦源。光纤拉曼放大器特性光纤拉曼放大器特性n nAdvantages:n n理论上可以得到任意波长的增益，前提是需要理论上可以得到任意波长的
15、增益，前提是需要理论上可以得到任意波长的增益，前提是需要理论上可以得到任意波长的增益，前提是需要合适的泵浦源；合适的泵浦源；合适的泵浦源；合适的泵浦源；n n分布或分立放大均能实现；分布或分立放大均能实现；分布或分立放大均能实现；分布或分立放大均能实现；n n使用光纤作为放大介质意味着在线放大的可能，使用光纤作为放大介质意味着在线放大的可能，使用光纤作为放大介质意味着在线放大的可能，使用光纤作为放大介质意味着在线放大的可能，可以减少噪声的积累。可以减少噪声的积累。可以减少噪声的积累。可以减少噪声的积累。n nDisadvantages:n n泵浦功率高（泵浦功率高（泵浦功率高（泵浦功率高（500mW500mW）光纤放大器比较光纤放大器比较Raman+EDFARaman+EDFA光放大器增益曲线光放大器增益曲线光放大器增益曲线光放大器增益曲线