《第三章光有源器件报告.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第三章光有源器件报告.ppt（96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、光调制器（光调制器（ModulatorModulator）光的调制光的调制：光子（或光波）载体载入信息的物理过程。光子（或光波）载体载入信息的物理过程。光调制器光调制器:实现从电信号到光信号的转换实现从电信号到光信号的转换光调制的分类光调制的分类：从光源调制角度从光源调制角度分分：内调制或直接调制内调制或直接调制：将调制信号直接注入激光器（调制激将调制信号直接注入激光器（调制激光器驱动电流），实现激光输出光强度等参数的调制光器驱动电流），实现激光输出光强度等参数的调制-（简单、经济、引入较大的啁啾）；（简单、经济、引入较大的啁啾）；外调制外调制：将调制信号控制激光器后接的外调制器，利用调将调制
2、信号控制激光器后接的外调制器，利用调制器的电光、声光等物理效应使其输出光的强度等参数随制器的电光、声光等物理效应使其输出光的强度等参数随信号而变信号而变-（调制信号啁啾小）。（调制信号啁啾小）。从从被调制光波的参数分被调制光波的参数分：强度调制、相位调制、偏振调制：强度调制、相位调制、偏振调制直接调制和外调制直接调制和外调制直接调制和外调制直接调制和外调制 Direct Modulation of Laser DiodeDirect Modulation of Laser DiodeBias+DATABias+DATAIssues-Complex Dynamics YieldIssues-Co
3、mplex Dynamics Yield External Modulation of Laser DiodeExternal Modulation of Laser DiodeBiasBiasBias+DATABias+DATAIssues-Additional ComponentIssues-Additional Component光源的外调制技术光源的外调制技术调制信号不直接施加在调制信号不直接施加在LD上，而是施加在光调制上，而是施加在光调制器上。器上。外调制技术分类：外调制技术分类：电光调制电光调制 Electrooptic Effects电致吸收电致吸收 Electro-Absor
4、ption Effects磁光调制磁光调制 Magnetooptic Effects声光调制声光调制 Acoustic Modulators其中其中电光调制和电致吸收电光调制和电致吸收最为常用。最为常用。电光效应光调制器电光效应光调制器电光效应：电光效应：电压施加于某些电光晶体电压施加于某些电光晶体(如如LiNbO3)，导致晶体折射率发生变化，引起通过该晶体的光波特导致晶体折射率发生变化，引起通过该晶体的光波特性发生变化。性发生变化。折射率变化折射率变化 n与外加电场与外加电场E有着复杂的关系，可近似有着复杂的关系，可近似地认为地认为 n与与(r E+R E 2)成正比。成正比。电光调制器主要
5、利用电光调制器主要利用电光调制器主要利用电光调制器主要利用普科尔普科尔普科尔普科尔(Pocket)(Pocket)效应效应效应效应.普科尔普科尔普科尔普科尔(Pocket)(Pocket)效应：效应：效应：效应：晶体折射率与外加电场晶体折射率与外加电场晶体折射率与外加电场晶体折射率与外加电场幅度成线性变化幅度成线性变化幅度成线性变化幅度成线性变化克尔克尔克尔克尔(Kerr)(Kerr)效应：晶体效应：晶体效应：晶体效应：晶体折射率与外加电场幅度折射率与外加电场幅度折射率与外加电场幅度折射率与外加电场幅度的平方成比例变化的平方成比例变化的平方成比例变化的平方成比例变化线性电光效应应用线性电光效应
6、应用1:相位调制器相位调制器ExEx和和EyEy的相位差为：的相位差为：当线偏振光沿当线偏振光沿z z轴传输距离轴传输距离L L后，后，变化，于是变化，于是 变化。变化。施加的外电压在两个电场分量间产生一个可调整的相位差，施加的外电压在两个电场分量间产生一个可调整的相位差，因此出射光波的偏振态可被施加的外电压控制。因此出射光波的偏振态可被施加的外电压控制。可以分别控制晶体厚度可以分别控制晶体厚度 d d 和长度和长度 L L。线性电光效应应用线性电光效应应用1:相位相位调制器调制器1 调制器铌酸锂调制器调制器铌酸锂调制器线性电光效应应用线性电光效应应用2:强度强度调制器调制器1 调制器铌酸锂调
7、制器调制器铌酸锂调制器铌酸锂强度调制器的原理铌酸锂强度调制器的原理铌酸锂调制器的主要指标铌酸锂调制器的主要指标消光比消光比插入损耗插入损耗外加电压外加电压偏振相关性偏振相关性晶体折射率随外加电场而变化。晶体折射率随外加电场而变化。晶体折射率随外加电场而变化。晶体折射率随外加电场而变化。具有非常好的消啁啾特性，适具有非常好的消啁啾特性，适具有非常好的消啁啾特性，适具有非常好的消啁啾特性，适合于高速系统的超长距离传输。合于高速系统的超长距离传输。合于高速系统的超长距离传输。合于高速系统的超长距离传输。但调制器的插入损耗大，需要但调制器的插入损耗大，需要但调制器的插入损耗大，需要但调制器的插入损耗大
8、，需要较高的驱动电压较高的驱动电压较高的驱动电压较高的驱动电压(典型值为典型值为典型值为典型值为4V)4V)，难以与光源集成，而且难以与光源集成，而且难以与光源集成，而且难以与光源集成，而且对偏振敏感。对偏振敏感。对偏振敏感。对偏振敏感。1 调制器铌酸锂调制器调制器铌酸锂调制器铌酸锂调制器实物图铌酸锂调制器实物图电致吸收光调制器电致吸收光调制器电致吸收光调制器电致吸收光调制器1 调制器调制器EA 是一种是一种是一种是一种损耗器件损耗器件损耗器件损耗器件，利用，利用，利用，利用Franz-Franz-KeldyshKeldysh效应和量子限效应和量子限效应和量子限效应和量子限 制制制制Stark
9、Stark效应，工作在调制器材料效应，工作在调制器材料效应，工作在调制器材料效应，工作在调制器材料吸收边界波长处吸收边界波长处吸收边界波长处吸收边界波长处。半导体材料发生本征吸收的波长：半导体材料发生本征吸收的波长：半导体材料发生本征吸收的波长：半导体材料发生本征吸收的波长：陡峭介质边吸收带陡峭介质边吸收带电致吸收光调制器电致吸收光调制器电致吸收光调制器电致吸收光调制器l lFranz-Franz-KeldyshKeldysh效应：效应：效应：效应：19581958年提出，是指在电场作用下年提出，是指在电场作用下年提出，是指在电场作用下年提出，是指在电场作用下半导体材料的半导体材料的半导体材料
10、的半导体材料的吸收边红移吸收边红移吸收边红移吸收边红移的的的的理论。理论。理论。理论。l l原理：改变调制器上的偏压，使多量子阱原理：改变调制器上的偏压，使多量子阱原理：改变调制器上的偏压，使多量子阱原理：改变调制器上的偏压，使多量子阱(MQW)(MQW)(MQW)(MQW)的吸的吸的吸的吸 收边界波长发生变化，进而改变光束的通断，实现收边界波长发生变化，进而改变光束的通断，实现收边界波长发生变化，进而改变光束的通断，实现收边界波长发生变化，进而改变光束的通断，实现 调制。当调制器无偏压时，光束处于通状态，输出调制。当调制器无偏压时，光束处于通状态，输出调制。当调制器无偏压时，光束处于通状态，
11、输出调制。当调制器无偏压时，光束处于通状态，输出 功率最大；随着调制器上偏压的增加，功率最大；随着调制器上偏压的增加，功率最大；随着调制器上偏压的增加，功率最大；随着调制器上偏压的增加，MQWMQWMQWMQW的吸收边的吸收边的吸收边的吸收边 移向长波长，原光束波长处吸收系数增大，调制器移向长波长，原光束波长处吸收系数增大，调制器移向长波长，原光束波长处吸收系数增大，调制器移向长波长，原光束波长处吸收系数增大，调制器 为断状态，输出功率最小。为断状态，输出功率最小。为断状态，输出功率最小。为断状态，输出功率最小。电吸收调制器与电吸收调制器与LD集成集成使用材料：使用材料：III-V族半导体材料
12、族半导体材料特点：特点：易与激光器集成易与激光器集成、体积小、驱动电压低（、体积小、驱动电压低（2V）、）、啁啾大于啁啾大于LN调制器、消光比低于调制器、消光比低于LN调制器（调制器（10dB）声光效应光调制器声光效应光调制器声光效应声光效应是指声波作用于某晶体时，产生光弹性作用，是指声波作用于某晶体时，产生光弹性作用，使折射率发生变化，从而达到光调制的目的。使折射率发生变化，从而达到光调制的目的。特点：消光比高（特点：消光比高（30dB）、驱动功率较低、调制）、驱动功率较低、调制速率低、带宽窄速率低、带宽窄1 调制器声光调制器声光当外加信号通过驱动电源作用到声光器件时，超声强度随此信当外加信
13、号通过驱动电源作用到声光器件时，超声强度随此信号变化，衍射光强也随之变化，从而实现了对激光的振幅或强度号变化，衍射光强也随之变化，从而实现了对激光的振幅或强度调制。调制。磁光效应磁光效应又称为法拉第效应。当光通过介质传播时，若在垂又称为法拉第效应。当光通过介质传播时，若在垂直光的传播方向上加一强磁场，则光的偏振面产生偏转，其直光的传播方向上加一强磁场，则光的偏振面产生偏转，其旋转角度与介质长度、外加磁场强度成正比。旋转角度与介质长度、外加磁场强度成正比。调制原理：经起偏器的光信号调制原理：经起偏器的光信号通过磁光晶体，其偏转角与调通过磁光晶体，其偏转角与调制电流有关。由于起偏器与检制电流有关。
14、由于起偏器与检偏器的透光轴相互平行，当调偏器的透光轴相互平行，当调制电流为零时，透过检偏器的制电流为零时，透过检偏器的光强最大；随着电流逐渐增大，光强最大；随着电流逐渐增大，旋转角加大，透过检偏器的光旋转角加大，透过检偏器的光强逐渐下降。强逐渐下降。磁光效应光调制器磁光效应光调制器1 调制器磁光调制器磁光OEO Regenerator1R,2R and 3R Regeneration什么是光放大什么是光放大受激吸收受激吸收受激辐射受激辐射自发辐射自发辐射2 光放大器光放大器Regenerators vs O-AmplifiersRegenerators specific to bit rate
15、 and modulation format used;O-Amps are insensitive(I.e.transparent)A system with optical amplifiers can be more easily upgraded to higher bit rate without replacing the amplifiersOptical amplifiers have large gain bandwidthsIssues:Amplifiers introduce additional noise that accumulatesSpectral shape
16、of gain(flatness),output power,transient behavior need to be carefully designed2 光放大器应用光放大器应用2 光放大器应用光放大器应用 Ideal optical amplifierHigh power gainBroad bandFlat gain-wavelength responsibilityLow noise High SNRHigh saturation powerOptical Amplifier TypesSemiconductor optical amplifier(SOA)Fiber Ampli
17、fiersErbium doped fiber amplifier(EDFA)Praseodymium doped fiber amplifier(PDFA)Thulium doped fiber amplifier(TDFA)Stiumlated Raman fiber amplifer（SRFA）The introduction of SOAThe improvement of semiconductor laser lead to FP(Fabry-Perot)semiconductor amplifier,and also to the study of traveling wave
18、semiconductor amplifier.SOA is made of 3-5 group compound semiconductor,such as GaAs,GaP,InPCentral wavelength:800nm,1300nm,1550 nmFrequency band larger than 40 nmGain is higher than 30 dBThe advantages of SOASmall size,and easy to be integrated with semiconductor circuits.Fabrication is simple and
19、with low power consumption,long life-span and low cost.Gain response is very quick and well suited for switching and signal processing in optical networks application.Can amplify optical signal and process signal in the same time such as switch,so can be used in wavelength converting and optical swi
20、tch.The disadvantages of SOAThe coupling loss with optical fiber is too large Sensitive to polarizationNoise figure is high(8 dB)CrosstalkEasy to be affected by temperature,low stability The classification of SOAThere are two kinds of SOA：(1)Fabry-Perot Amplifier,FPA use the FP cavity as the optical
21、 amplifier.(2)Travelling-Wave Amplifier,TWA to coat the two end of the Fabry-Perot with anti-reflection pellicle,so acquire broadband and high power output and low noise optical amplification.The classification of SOAOutput amplified lightMirrorinjected currentIncidence lightMirrorFabry-Perot Amplif
22、ierThe classification of SOAanti-reflection pellicle ARinjected currentIncidence lightOutput amplified lightTraveling-Wave Amplifier,TWAanti-reflection pellicle ARFPA与与TWA的带宽比较的带宽比较不同反射率时不同反射率时FPSOA的的增益谱增益谱SOA的集成优势的集成优势全光型波长转换器全光型波长转换器指不经过电域处理，直接把信息从一个指不经过电域处理，直接把信息从一个光波长转换到另一个光波长。在光域中直接实现波长转换光波长转换到
23、另一个光波长。在光域中直接实现波长转换可以克服光可以克服光-电电-光波长转换器中电器件的速度瓶颈、透明光波长转换器中电器件的速度瓶颈、透明性低等不足。性低等不足。SOA用于全光波长变换用于全光波长变换全光波长变换器全光波长变换器基于光调制原理基于光调制原理基于光混频原理基于光混频原理交叉增益调制交叉增益调制（XGM）交叉相位调制交叉相位调制（XPM）四波混频（四波混频（FWM）XGM：利用信号光携带的信息调制有源介质的增益，利用信号光携带的信息调制有源介质的增益，从而调制在同一介质中传播的探测光从而调制在同一介质中传播的探测光(通常是连续光通常是连续光)的的放大倍数，使其强度产生调制，实现信息
24、从信号光到探放大倍数，使其强度产生调制，实现信息从信号光到探测光的转换。它实际上可以看作是特殊的光控光开关。测光的转换。它实际上可以看作是特殊的光控光开关。基于基于XGM的的SOA全光波长变换全光波长变换原理：原理：当信号脉冲处于上升当信号脉冲处于上升沿时沿时,载流子密度迅速增大载流子密度迅速增大,放放大器的增益很快饱和大器的增益很快饱和,因此转因此转化到连续探测波上的信号为化到连续探测波上的信号为0。当信号脉冲处于下降沿时当信号脉冲处于下降沿时,载载流子密度迅速减小流子密度迅速减小,放大器的放大器的增益恢复增益恢复,因此转化到连续探因此转化到连续探测波上的信号为测波上的信号为1。这样信号。这
25、样信号光上的光脉冲被反转转化到光上的光脉冲被反转转化到波长上。波长上。基于基于XGM的的SOA全光波长变换全光波长变换优点：优点：1.结构简单结构简单2.转换效率高转换效率高3.波长转换范围宽波长转换范围宽4.对偏振不敏感对偏振不敏感缺点：缺点：输入输出信号反相输入输出信号反相输出消光比退化输出消光比退化比特率透明有限比特率透明有限噪声指数高噪声指数高啁啾大啁啾大基于基于XPM的的SOA全光波长变换全光波长变换XPM：当信号光和探测光共同传播时，信号光强度信当信号光和探测光共同传播时，信号光强度信号能够调制非线性介质的有效折射率，从而改变探测号能够调制非线性介质的有效折射率，从而改变探测光的传
26、播相位。如果利用干涉仪将探测光分成两路，光的传播相位。如果利用干涉仪将探测光分成两路，并利用信号光改变两路光之间的相差，在输出端发生并利用信号光改变两路光之间的相差，在输出端发生相长或相消干涉，就可使得信号光的信息同相或反相相长或相消干涉，就可使得信号光的信息同相或反相地转换到了探测光上。常用的干涉仪有马赫一曾德干地转换到了探测光上。常用的干涉仪有马赫一曾德干涉仪（涉仪（MZI）、迈克尔逊干涉仪（）、迈克尔逊干涉仪（MI）等。）等。优点：优点：输入信号功率小输入信号功率小频率啁啾小或负啁啾频率啁啾小或负啁啾消光比大大提高消光比大大提高缺点：缺点：输入功率的动态范围比较输入功率的动态范围比较窄，
27、所以必须对输入信号窄，所以必须对输入信号的功率进行严格控制。的功率进行严格控制。基于基于XPM的的SOA全光波长变换全光波长变换基于基于FWM的的SOA全光波长变换全光波长变换FWM：一个或几个光波的光子被湮灭，同时产生了几个一个或几个光波的光子被湮灭，同时产生了几个不同频率的新光子，且在此参量过程中，净能量和动量是不同频率的新光子，且在此参量过程中，净能量和动量是守恒的。由于守恒的。由于FWM能够颇为有效地产生新的光波，可被能够颇为有效地产生新的光波，可被利用实现完全透明的全光波长变换。利用实现完全透明的全光波长变换。信号频率信号频率泵浦频率泵浦频率优点优点：调制格式透明，任何信息（幅度，相
28、位和频率）都能保留调制格式透明，任何信息（幅度，相位和频率）都能保留下来下来能同时转换多个波长能同时转换多个波长作用距离短，对相位匹配不敏感作用距离短，对相位匹配不敏感转换后信号光谱反转，因此可以用于色散补偿转换后信号光谱反转，因此可以用于色散补偿缺点：缺点：转换效率低，转换后信噪比恶化转换效率低，转换后信噪比恶化上转换效率比下转换低上转换效率比下转换低转换范围小转换范围小偏振相关偏振相关基于基于FWM的的SOA全光波长变换全光波长变换Optical Amplifier Varieties Introduction of OFA Use doped fiber as amplifying me
29、dium,such as EDF erbium doped fiber;PDF praseodymium doped fiber;TDF thulium doped fiber.In 1985,the first EDF was developed by the University of Southampton,UKIn 1987,the EDFA which can directly amplifying 1.5 m optical signal was developed by Bell Labs&University of Southampton at the same time.In
30、 1994,the EDFA is available,now is a mature technology and is a key component in optical system,esp in DWDMEDFA success factorsAvailability of compact and reliable high-power semiconductor pump lasersEDFA is an all-fiber device=polarization-independent&easy to couple light in/outSimplicity of device
31、No crosstalk introduced while amplifying!EDF:Erbium ion is doped in the center of the coreHighly doped area1002000ppm erbium36um Core 125um Silica cladding250um coating Radial distanceOptical modeThe area where the energies of the pump laser and input signal exchangeThe components of EDFA掺铒光纤中的铒离子能级
32、示意图掺铒光纤中的铒离子能级示意图Experimentally measured absorption spectrum of an Er3+-doped germano-alumino-silica fiber.掺铒光纤放大器的基本结构示意图掺铒光纤放大器的基本结构示意图同向泵浦结构同向泵浦结构The pump laser of EDFAPump laser source980nm1480nmpump model3 energy level2 energy levelExchange efficiency lowhighnoiselowhighcosthighlowThere two kin
33、ds of pump laser for EDFA:980nm&1480nm Compare of 980nm&1480nm pump laser sourceThe components of EDFAThe components of EDFAOptical isolatorOne way pass for optical signal.Should be low inserting loss and high separation.The input port isolator prevents backward transmission of optical signal and AS
34、E that would decrease the stability of input port laser.The output port isolator prevents backward light enter EDF otherwise it will greatly reduce the degree of population inverse,lower the gain and increase noise figure,what is more result unexpected laser resonance.Optical multiplexer To couple o
35、ptical signal and pump laser into EDF.Should be low inserting loss and high bandwidth so as to promote the amplifying bandwidth of EDFA掺铒光纤放大器的基本结构示意图掺铒光纤放大器的基本结构示意图反向泵浦结构反向泵浦结构2 光放大器光放大器EDFA掺铒光纤放大器的基本结构示意图掺铒光纤放大器的基本结构示意图双向泵浦结构双向泵浦结构2 光放大器光放大器EDFAThe characteristics of C-band EDFAThe relation of gai
36、n and input of EDFAsaturationGainThe characteristics of EDFAGain增益频谱增益频谱增益带宽增益带宽（FWHM）大于）大于10nm纤芯中掺入纤芯中掺入铝离子铝离子，带宽还可增大且增益频谱相当平坦。，带宽还可增大且增益频谱相当平坦。小信号增益小信号增益EDFA的增益的增益 与铒离子浓度、芯径、掺杂光纤长度和泵浦功率有关。与铒离子浓度、芯径、掺杂光纤长度和泵浦功率有关。对于给定的放大器长度对于给定的放大器长度（EDFEDF长度），增益随长度），增益随泵泵浦功率浦功率在开始时按指数增在开始时按指数增加，当泵浦功率超过一定加，当泵浦功率超过一
37、定值时，增益增加变缓，并值时，增益增加变缓，并趋于一恒定值。趋于一恒定值。小信号增益小信号增益当泵浦功率一定时，放大当泵浦功率一定时，放大器在某器在某一最佳长度一最佳长度时获得时获得最大增益，如果放大器长最大增益，如果放大器长度超过此值，由于泵浦的度超过此值，由于泵浦的消耗，最佳点后的掺铒光消耗，最佳点后的掺铒光纤不能受到足够泵浦，而纤不能受到足够泵浦，而且要吸收已放大的信号能且要吸收已放大的信号能量，导致增益很快下降。量，导致增益很快下降。增益饱和（或压缩）特性增益饱和（或压缩）特性在在EDFAEDFA泵浦功率一定的情况下，泵浦功率一定的情况下，输入信号功率较小时，放大器的输入信号功率较小时
38、，放大器的增益不随入射信号的增加而变化。增益不随入射信号的增加而变化。当输入信号增大到一定值后，增当输入信号增大到一定值后，增益开始随信号功率的增加而下降，益开始随信号功率的增加而下降，这是入射信号导致这是入射信号导致EDFAEDFA出现增益出现增益饱和的缘故。饱和的缘故。The characteristics of EDFAinputamplifiedamplifiedNoise Figure,NFThe characteristics of EDFAamplifiedoriginalSource Spontaneous Emission,SSEASE+(Gain x SSE)Noise F
39、igureGainInput signal and amplified signalThe characteristics of EDFA0.6nm:resolution of spectral analyzer:Plankconstant:light speed:gain of amplifier:power of ASE掺铒光纤放大器级联后的增益响应掺铒光纤放大器级联后的增益响应2 光放大器光放大器EDFA动态增益均衡光纤放大器的技术要求动态增益均衡光纤放大器的技术要求动态增益均衡动态增益均衡放大器的概念包括：放大器的概念包括：（1）增益谱平坦：）增益谱平坦：在一定带宽范围内的多路信号同时
40、放大时，各在一定带宽范围内的多路信号同时放大时，各 信道增益相同；信道增益相同；（2）增益锁定（自动增益控制）：）增益锁定（自动增益控制）：信道增、减或某信道功率改变时，对本信道或信道增、减或某信道功率改变时，对本信道或 其它信道增益没有影响。其它信道增益没有影响。要求同时实现平坦锁定要求同时实现平坦锁定2 光放大器光放大器EDFA增益谱的平坦化方法增益谱的平坦化方法增益谱的平坦化方法增益谱的平坦化方法工作在工作在 77oK.引入另外一种掺杂，如铒镱共掺引入另外一种掺杂，如铒镱共掺.EDF长度、泵浦功率的优化长度、泵浦功率的优化制作特种结构的光纤波导结构，如双芯光纤制作特种结构的光纤波导结构，
41、如双芯光纤光纤光栅滤波光纤光栅滤波2 光放大器光放大器EDFA利用长周期光栅平坦掺铒光纤放大器的增益谱利用长周期光栅平坦掺铒光纤放大器的增益谱2 光放大器光放大器EDFA2 光放大器光放大器EDFAEDFA实物图实物图光纤拉曼放大器光纤拉曼放大器FRA光纤中的非线性效应光纤中的非线性效应SRS受激拉曼散射受激拉曼散射实现光信号的放大实现光信号的放大增益介质：增益介质：系统传输光纤系统传输光纤FRA光纤光纤光纤光纤(a)无泵无泵激光的激光的1550nm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)1
42、550nm1550nm1450nm1450nm光纤光纤光纤光纤(b)有泵激光的有泵激光的1550nm传输传输1550nm1550nm经经光纤传光纤传输衰减输衰减1450nm1450nm1550nm1550nm如果一个弱信号和一个强如果一个弱信号和一个强泵浦光同时在光纤中传输，泵浦光同时在光纤中传输，并使弱信号波长置于泵浦并使弱信号波长置于泵浦光的拉曼增益带宽内，则光的拉曼增益带宽内，则弱信号即可被放大。这种弱信号即可被放大。这种基于基于SRSSRS机制的光放大器机制的光放大器称为光纤拉曼放大器称为光纤拉曼放大器FRAFRA。硅光纤拉曼增益系数频谱曲线硅光纤拉曼增益系数频谱曲线增益带宽（增益带宽
43、（FWHM）可以达到约可以达到约8THz泵浦功率为泵浦功率为200mW200mW时，时，最大增益值为最大增益值为7.78 7.78 dBdB泵浦功率为泵浦功率为100 100 mWmW时，时，最大增益值为最大增益值为3.6 dB3.6 dB。在增益峰值附近的增在增益峰值附近的增益带宽约为益带宽约为7 78THz8THz。小信号光在长光纤内的拉曼增益小信号光在长光纤内的拉曼增益FRA放大增益和泵浦功率的关系放大增益和泵浦功率的关系增益饱和增益饱和FRA的优缺点的优缺点优点优点1.增益波长由泵浦光波长决定。增益波长由泵浦光波长决定。2.增益介质可以为传输光纤本身。增益介质可以为传输光纤本身。3.噪
44、声系数低。噪声系数低。FRA的的NF小于小于4.5dB，好于，好于SOA（约（约8dB）和）和EDFA（约（约6dB）。）。缺点缺点 需要特大功率的泵浦激光器需要特大功率的泵浦激光器几种光放大器的比较几种光放大器的比较放大器放大器类型类型原理原理激励激励方式方式工作长工作长度度噪声噪声特性特性与与光光纤耦纤耦合合与与光光偏振偏振关系关系稳稳定定性性掺掺稀土光稀土光纤放大器纤放大器粒子数反粒子数反转转光光数米到数米到数十米数十米好好容易容易无无好好半导体光半导体光放大器放大器粒子数反粒子数反转转电电100 m1mm差差很难很难大大差差光纤拉曼光纤拉曼放大器放大器光学非线光学非线性性(拉曼拉曼)效
45、应效应光光数千米数千米好好容易容易大大好好EDFA和和FRA的混合放大应用的混合放大应用光功率在分布式拉曼放大传输光纤中的分布光功率在分布式拉曼放大传输光纤中的分布Contents().What is the FIBER Laser?LASER(Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation)Whats the LASER?PUMP SOURCEREAR MIRRORFRONT MIRRORROD(MEDIUM)Stimulated EmissionLaser OutputSpontaneous EmissionContents(
46、)Requisites for LASER1)MEDIUM 2)CAVITY 3)PUMP SOURCE Nd:YAG,Nd:YVO4,Nd:YLP,FIBERMirror,Fiber Bragg Gratings,coupler Flash Lamp,Laser Diode YAG RODLAMP MOUNTTRIGGER WIREXENON LAMPEx)Nd:YAG,XENON LAMP PUMP TYPE LASER YAG CrystalContents()DPSS LaserNd:YAG CrystalStimulatedEmissionXenon Lamp PumpPower S
47、upply ConnectionPartial Reflector(Mirror)Total Reflector(Mirror)Pumping DirectionLaser OutputDPSS(Diode Pumped Solid State)Contents()FIBER LASERCladding-Pumped ACTIVE FIBERFBG (Fiber Bragg Gratings)Multimode CouplerSplice to Multimode Diode PumpPump CombinerLDLDLDLDLDLDLDLDCollimated Laser OutputOpt
48、ical Power MeterLensContents()Advantages of FIBER Laser,Maintenance Efficiency-No Consumable Parts-Maintenance Free-Air Cooling Type(No DI Water Cooling System,去离子水冷却系统去离子水冷却系统)Contents()Advantages of FIBER Laser,Space Efficiency-Smaller SizeCO2 LaserNd:YAG LaserDPSSFIBER1,372x495x331286x215x95Laser
49、 Outer Dimension(mm)HANMI FIBER LaserFIBER Laser is 40 times smaller than existing CO2&DPSS Laser with exception of Laser ControllerContents().Advantages of FIBER Laser Advantages of FIBER Laser,DurabilityElapsed Time(hr)Output Power(m W)Laser Diode Test by IPG PhotonicsLife Time:Over 100k Hrs-Laser
50、 Diodes with Longer Life-Time10 times longer than usual DPSS LaserContents()Advantages of FIBER Laser,Performance-Excellent Laser Beam QualityBest Laser Beam Quality in Semiconductor Package Marking(M2=3)-Best Solution for High Performance Advantages of FIBER Laser,Economical&Cost Saving-Lower Power