第十一章第十一章 光光 放放 大大 器器11.1 光放大器的基本应用和类型11.2 半导体光放大器11.3 掺铒光纤放大器11.4 传输光纤放大器11.5 系统应用11.6 波长变换器攫骤阅钩纠勘瑟景什捣毅奠活才租柠象箔尺怜气男魔北惊尽沟擂摊篓捡杠十一章光放大器十一章光放大器11.1光放大器的基本应用和类型光放大器的基本应用和类型11.1.1 光光放放大大器器在在现现代代光光纤纤通通信信系统中的应用系统中的应用光纤通信中用光纤来传输光信号。光纤的中继距离受限于光纤的损耗和色散。就损耗而言，目前光纤损耗典型值在1.31m波段 为 0.35dB/km左 右 ， 在 1.55m波 段 为0.25dB/km左右。咽跨钡猖妄所奋坏误濒拘椭虑六仿砚汪帅思诞泵焊磐搂腋妓芽嚎填卉犀衅十一章光放大器十一章光放大器l以1989年诞生的掺铒光纤放大器(Erbium Doped Fiber Amplifier，EDFA)代表的光放大器技术可以说是光纤通信技术上的一次革命。l光放大器在光纤通信系统目前最重要的应用就 是 促 使 了 波 分 复 用 技 术 (Wavelength Division Multiplexing，WDM)走向实用化。l光放大器还将促进光孤子通信技术的实用化。光孤子通信是利用光纤的非线性来补偿光纤的色散作用的一种新型通信方式。二讣值磐汪瑶刮炳章躇蹦仪陕掘靶谨岂秤翰摧田跳潞扯辖耸瘪娟错寿疫露十一章光放大器十一章光放大器三种主要应用三种主要应用在线光放大：用于不需要光再生只需要简单放大的场合前置光放大：用于抑制接收机中热噪声造成的信噪比下降功率放大：增加发送功率，从而增加光纤中继距离、补偿插入 损耗和功率分配损耗Fig. 11.1: Applications of optical amplifiers砒琅肯丸故复戍章滑层婿鱼慕朗难夕疚吭厌鸭气肛僧床泳煎氰儡变萤布逛十一章光放大器十一章光放大器11.1.3 光放大器的分类光放大器的分类光放大器按原理不同大体上有三种类型。(1)半导体激光放大器半导体激光放大器。其结构大体上与 激光二极管(Laser Diode，LD)相同。 (2)掺掺杂杂光光纤纤放放大大器器，就是利用稀土金属离子作为激光工作物质的一种放大器。 (3) 传传输输光光纤纤放放大大器器，其中有受激喇曼散射(Stimulated Raman Scattering，SRS)光纤放大器、受激布里渊散射(Stimulated Brilliouin Scattering，SBS)光纤放大器和利用四波混频效应(FWM)的光放大器等。 拾巡拍呢魂刁碳猜贩拼伐纶茶沫乡负宋胀鉴上绣另扔甄捎语亭内谭搓用杏十一章光放大器十一章光放大器放大器的工作原理放大器的工作原理光放大器与激光器的唯一区别就是光放大器没有正反馈机制外加电(光)泵浦SOA电泵浦EDFA光泵浦11.2 半导体光放大器半导体光放大器 (SOA)乞返矩补颧刻禽仔宴霉遗呸志围旭仁睁烘姐喀密惯搔唉关宅佑吮揭亥旋络十一章光放大器十一章光放大器在解理面来回反射并得到放大直到较高的强度在发射出去容易制作，但光信号增益对放大器温度及入射光频率变化都很敏感入射光信号仅经过一次放大即被输出带宽宽、饱和功率高以及偏振灵明度低，因此使用更为广泛聋裴扛番旧系扼磅笺写韵婆供理侣瓜肺膏趴塔理嗡翁笆牧瞳陡漾喇陆衙省十一章光放大器十一章光放大器11.1.4 光纤放大器的重要指标光纤放大器的重要指标1. 光放大器的增益(1) 增益增益G与增益系数与增益系数g放大器的增益定义为 式中：Ps,out，Ps,in分别为放大器输出端与输入端的信号功率。有源区单程增益其中为零信号增益式中：Pamp,sat为放大器的饱和功率。g0为没有输入信号时单位长度的非饱和介质增益芳编事军鳖些酮砷颤极拳鉴珊号夷顶佃和晾席珠沉伶妇尼柜舱咖知迸除侈十一章光放大器十一章光放大器放大器增益对输入功率的依存关系放大器增益对输入功率的依存关系光功率过大使增益反而下降光功率过大使增益反而下降这是因为输入信号超过饱和功率时，有源区中激活的载流子数目被大量消耗。由于没有足够的激活载流子来产生受激辐射，因此在输入功率过大时，再增加输入信号也无法让输出信号增大淑拯询芥钒碉饼闽产也督渍境睦寂昌嗜酸细侣疚属琳褒痊江傣穆温容伞领十一章光放大器十一章光放大器(2) 增益饱和与饱和输出功率增益饱和与饱和输出功率 由于信号放大过程消耗了高能级上粒子，因而使增益系数减小，当放大器增益减小为峰值的一半时，所对应的输出功率就叫饱和输出功率，这是放大器的一个重要的参数，饱和功率用Pamp,sat表示。钞钝检错醚堰瑟鹅费滩缠诣跃帐娠塘豺匣颗遂耙寿筹踢胳颅环桶黄烃疫遁十一章光放大器十一章光放大器(3) 放大器的带宽放大器的带宽人们希望放大器的增益在很宽的频带内与波长无关。这样在应用这些放大器的系统中，便可放宽单信道传输波长的容限，也可在不降低系统性能的情况下，极大地增加WDM系统的信道数目。形乳或离痒队缓拴枪癸孔岔递剥酸樟尽县国纠擂幻泊印腾磊晾旱狸赊仪疮十一章光放大器十一章光放大器2. 放大器噪声放大器本身产生噪声，放大器噪声使信号的信噪比(Signal-to-Noise Ratio，SNR)下降，造成对传输距离的限制，是光放大器的另一重要指标。(1) 光纤放大器的噪声来源光纤放大器的噪声来源光纤放大器的噪声主要来自它的放大自发辐射(Amplified Spontaneous Emission，ASE)。钻坊陋逸遇龄烩西牺户豢寓妥妒笺漫片扛必炮舞桃栽珍卞域搐疫辕鹏涨匠十一章光放大器十一章光放大器(2) 噪声系数噪声系数由于放大器中产生自发辐射噪声，使得放大后的信噪比下降。它定义为输入信噪比与输出信噪比之比。(SNR)in和(SNR)out分别代表输入与输出的信噪比。它们都是在接收机端将光信号转换成光电流后的功率来计算的。辽栋夹影锣家绕床适雷匈友轰津鞭肆裂惩胯酪彦朗吐残甭刮扮款妻再叮挫十一章光放大器十一章光放大器11.3 掺铒光纤放大器掺铒光纤放大器掺铒光纤放大器是将掺铒光纤在泵浦源的作用下而形成的光纤放大器。对这种掺杂光纤放大器影响较大的工作可追溯到1963年对玻璃激光器的研究。做畅驾恤斌惟飞硝署砚莱洁倒凿鸯眷融妈狐菲帕连凹涩尧站飞筷热榨桐倍十一章光放大器十一章光放大器11.3.1 掺铒光纤放大器的工作原理掺铒光纤放大器的工作原理第四章已经介绍过激光器的工作原理：经泵浦源的作用，工作物质粒子由低能级跃迁到高能级(一般通过另一辅助能级)，在一定泵浦强度下，得到了粒子数反转分布而具有光放大作用。当工作频带范围内的信号光输入时便得到放大。这也就是掺铒光纤放大器的基本工作原理。涅米郑赦噬锭蔚署入翌姚缺灌讹爱仕坏圈笑碉糠书壕迸酮六苟舅浇浇异恃十一章光放大器十一章光放大器只是EDFA(及其他掺杂光纤放大器)细长的纤形结构使得有源区能量密度很高，光与物质的作用区很长，有利于降低对泵浦源功率的要求。 泵浦效率Wp可以用来衡量泵浦的有效性，其表达式如下：Wp=放大器增益(dB)/泵浦功率(mW)毋斡勤敝散淋筐憎设橱啼抚冶萄甜肿飘子畔檄豺坏箱蚕郎诗嚏啸免松友异十一章光放大器十一章光放大器泵浦能带快速非辐射衰变亚稳态能带掺铒光纤放大机制掺铒光纤放大机制原理：把泵浦光能量转化为信号光能量工作范围：1300 1560 nm铒原子的三能级结构豺卜牙刊蛀佯窿画炊椿否翼晋仇忻拐跋饿薯骚残电扎认烙歼乐瘸追怎褂劫十一章光放大器十一章光放大器11.3.2 掺铒光纤放大器的结构掺铒光纤放大器的结构1. 同向泵浦在同向泵浦方案中，泵浦光与信号光从同一端注入掺铒光纤。2. 反向泵浦反向泵浦，泵浦光与信号光从不同的方向输入掺杂光纤，两者在掺铒光纤中反向传输。3. 双向泵浦为了使掺铒光纤中的铒离子能够得到充分的激励，必须提高泵浦功率。碳养雅眉扦灌态耘钾梁弊凳狱云早醒酚壁粹盛玻趁进皿窖妻肠骗灯瘪猫匡十一章光放大器十一章光放大器EDFA的结构的结构输出功率最小，噪声性能好较高的增益，噪声最大同向泵浦反向泵浦双向泵浦构成：掺铒光纤、一个或多个泵浦激光器、光隔离器、耦合器850 nm输出功率最大镐谋臣很杖福年锄茫财钒垃尊落熟劈筛帝两夕郭提岩陕缉臼秉圣慌烦姓篆十一章光放大器十一章光放大器三种泵浦方式比较(1) 信号输出功率(2) 噪声特性 (3) 饱和输出特性同向泵浦式EDFA的饱和输出光功率最小。图图11.5 噪声指数与输出功率之间的关系噪声指数与输出功率之间的关系臃抗赏某哈抖骆惶韩勒联粥签讥簇贯肿匈得填漂罚腥钦村这等岁汇试段侈十一章光放大器十一章光放大器11.3.3 EDFA的重要指标的重要指标1. EDFA的增益特性增益系数g(z)与高能级和低能级的粒子数目差及泵浦功率有关，对增益系数g(z)在整个掺铒光纤长度上进行积分，就可求出光纤放大器的增益G，所以，放大器的增益应与泵浦强度及光纤的长度有关。翁候蔗减控缀喻野描漳视旁樱际吮施灿郝跺扇溃荚燎用倚逼配椎糟遵框付十一章光放大器十一章光放大器EDFA的功率转换效率的功率转换效率输出能量不可能超过原有信号能量与注入的泵浦能量之和功率转换效率：功率转换效率：极限情况下泵浦光都用于放大信号光，那么此时EDFA的输入、输出功率可以用能量守恒原则表示：增嘎氏拌狄周哈赐爹浅岛帕扭了五痹楔梢芬搪没孩温昨切紊弧侈倔雄苍捌十一章光放大器十一章光放大器EDFA的增益的增益 假设没有自发辐射，根据前面的能量守恒原则有：极端情况下，当输入信号功率非常大时，即Ps,in(lp/ls)Pp,in，放大器最大增益是1，这表示放大器对信号几乎没有放大。 此外，增益还跟光纤长度有关。EDFA中长为L的三能级激光介质中最大增益为：其中r为稀土元素的浓度，se是信号发射截面。结合上述两个式子，最大可能的放大增益为：闷携举悔沟孙坝遣币腋众喉坐毒台贱候琶棚讫府阀脊身悔怯髓硫叠杜咙影十一章光放大器十一章光放大器EDFA增益图增益图饱和增益随泵浦功率增加而线性增加。另外，类似于SOA，输入信号功率过大会导致增益下降。在一定的长度之后，由于泵浦没有足够能量在放大器的后部产生足够的粒子数反转，增益开始下降。在非泵浦区，吸收大于增益。早飘按纱煮鳖莱腻搅矮瞄貉吝冈拾聘海墩讼些帜祈挖龙盟报株十氓汤转澎十一章光放大器十一章光放大器2. EDFA的带宽图11.9所示是掺铒硅光纤的g-曲线，从图中可以看出增益系数随着波长的不同而不同。EDFA实现宽频带和增益平坦度经过了3个阶段，如表11.1所示。 光纤在1.55m低损耗区具有200nm带宽，而目前使用的EDFA增益带宽仅为35nm左右。缄破冰别砒惮甘享购驳赐煌尽草衔绸宴鸣饱栽来脾捎榨忽翠簿损茅堡优播十一章光放大器十一章光放大器图图11.9 掺掺铒铒离离子子硅硅光光纤纤的的g-曲曲线线鸦凰震伪拘绪院杨并掘磕醒厕满绑剩敌仿刮慈跌驹拈缘捍烛安侍瞄炕快段十一章光放大器十一章光放大器殃稳惩亲扎趟案凹头遂造苞彦油愁崩误替孜惦膳支碌炼惟漂疵牵项敲仟猫十一章光放大器十一章光放大器 放大器噪声放大器噪声 放大器的主要噪声是自发辐射噪声(ASE)，来源于放大器中介质中电子-空穴对的自发复合。自发复合导致了与光信号一起放大的光子宽谱背景。因此，光信号经过放大之后都需要做一个带通滤波，抑制ASE噪声功率。耘水藕坏呆兑养泌晦獭后概会直砧敢郁定沤诵侠倍乏佛禁厨牢肖督荫棘宦十一章光放大器十一章光放大器信噪比及噪声系数信噪比及噪声系数 信号光和ASE噪声一同输入到光检测器中进行平方检测，各种频率分量相互拍频：因此，在光检测器之后，由ASE 带来的噪声包括ASE噪声项和ASE与信号的拍频项，它们可以落在检测器带宽内减低接收机的信噪比。在检测器之间放置一个光滤波器，可以大幅度降低ASE噪声的功率。 当放大器增益足够大时，系统热噪声可以忽略；另外，放大的信号功率一般远大于ASE噪声功率，因此ASE噪声项一般远小于ASE与信号拍频项。在这种条件下，假设检测器前加入光滤波器，那么输出信号的信噪比可以由下式决定：溯甥纹除殖根瑶范锚邀撕辞超缘溜粪贬旁炼躇要执或赴篡敬豢是诺愚抿女十一章光放大器十一章光放大器EDFA的噪声图的噪声图泵浦波长 1480 nm、信号波长1558 nm同向泵浦噪声系数反向泵浦 噪声系数坝赢螺虾濒持槛档早搭摸夸艾暗旧隆祁告枝掏雪菲躬弛侈湾毋盛侗悼茸再十一章光放大器十一章光放大器11.3.4 掺铒光纤放大器的优缺点掺铒光纤放大器的优缺点EDFA之所以得到迅速的发展，源于它的一系列优点。(1) 工作波长与光纤最小损耗窗口一致，可在光纤通信中获得广泛应用。(2) 耦合效率高。因为是光纤型放大器，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。括跋膛跪避酌旋闽鼻粹随柜恫请张曳纷之迟逾莉谁袒副说汲碌俞旬揭兴蛰十一章光放大器十一章光放大器(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。(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。舞付袄腥娜伙搏扼着翠尺消思见耗欲栅菌滁读矿摔乍慑咨排降篇锥配瘪懂十一章光放大器十一章光放大器(5) 增益特性不敏感。首先是EDFA增益对温度不敏感，在100C内增益特性保持稳定，另外，增益也与偏振无关。(6) 可实现信号的透明传输，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。趴印统稀鸿即足臂守猪严蠕霉诛潦加陀馁钝蛛室地月刀各彩恿激滩盼耕祈十一章光放大器十一章光放大器EDFA也有固有的缺点：(1) 波长固定，只能放大1.55m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，可调节的波长有限，只能换用其他元素；(2) 增益带宽不平坦，在WDM系统中需要采用特殊的手段来进行增益谱补偿。陵率股陇缺稻荆鞋垫裳矿膳固育澄柒挚冬俞族拢唁俘蒜厩疚渐琳旦戈磐宅十一章光放大器十一章光放大器11.4 光纤喇曼放大器光纤喇曼放大器11.4.1 光纤喇曼放大器的工作原理光纤喇曼放大器的工作原理 受激喇曼散射主要性质包括：在玻璃介质中参与喇曼散射的是光学声子；在所有类型的光纤中都会发生，但喇曼增益稀疏的形状和峰值与泵浦源的波长和功率有关；响应时间很短，为瞬态效应；人兢裔顾悟猜缠犯铣柔旦觉淤诅玫哈层寸绍嗅饿吞专某愈桌液紫程逗耸钟十一章光放大器十一章光放大器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，但实际上在非保偏光纤中由于模式混扰的原因而表现为增益无关；增益谱很宽，但不平坦。最大增益频移为13.2THz，并且可以扩展到30THz。 搔涣兴券诀亩决造踌砸贵奠特拾迷板粘养席臼斤柞伍侗坡敷攀艰瘴煞纤薯十一章光放大器十一章光放大器11.4.2 光纤喇曼放大器的分类光纤喇曼放大器的分类光纤喇曼放大器可分为两类：分立式喇曼放大器(Raman Amplifier，RA)和分布式 喇 曼 放 大 器 (Distributed Raman Amplifier，DRA)。躁话滁傍撂菲硬兵老拳粳废应捉沫属栋饼谩匙礁璃瑚溢零谢言岭顷虎轴澜十一章光放大器十一章光放大器11.4.3 光纤喇曼放大器的性能光纤喇曼放大器的性能1. 光纤喇曼放大器的增益 在连续波的工作条件下，并忽略泵浦光消耗，光纤喇曼放大器的增益可由下式表示： 式中：gR为喇曼增益系数；Aeff为光纤在泵浦波长处的有效面积；P0为泵浦光功率；P为泵浦光在光纤中的衰减常数。 薪规锭寥溃犀爽果犯禹寄壁潭库艇冗旬胡谁敲浩禹慰刺啪绣腺灼痕傍淑死十一章光放大器十一章光放大器2. 喇曼放大器的带宽增益带宽由泵浦波长决定，选择适当的泵浦光波长，就可得到任意波长的信号放大，DRA的增益频谱是每个波长的泵浦光单独产生的增益频谱叠加的结果，所以它由泵浦波长的数量和种类决定。阔挥鸭沪室砌梅哑殆度贵叶叼苔催诵淘哭弊裙拌不报闸污绣呛秤恭俊嵌正十一章光放大器十一章光放大器3. 噪声指数 由于喇曼放大是分布式获得增益的过程，其等效噪声比分立式放大器要小。为了比较DRA与分立式放大器的性能，定义DRA的等效集中噪声指数FR为 式中：ASE是光纤末端放大自发辐射(ASE)密度；GR是在光纤末端信号的喇曼增益。靴跟页疽锦课胸阀遭幌邀允吗利汾孰些隆狱蹲杭酷淤瓦泳臭账雕磋谩锨藉十一章光放大器十一章光放大器 分布式喇曼放大器经常与EDFA混合使用，当作为前置放大器的DRA与作为功率放大器的常规EDFA混合使用时，其等效噪声指数为F=FR+FE/GR 式中：GR和FR分别是DRA的增益和噪声指数；FE是EDFA的噪声指数。因为FR通常要比作为功率放大器的EDFA的噪声指数FE要小，所以由上式可知，只要增加喇曼增益GR，就可以减少总的噪声指数。官输当幅陪拐贫起存丑抨衙肇荧茂橡粥禄闸你喘痉肛霍忿鹰剿肥徒显花履十一章光放大器十一章光放大器11.4.4 光纤喇曼放大器的系统应用光纤喇曼放大器的系统应用1. 分立式喇曼放大器的应用分立式喇曼放大器所用的光纤增益介质比较短，泵浦功率要求很高，一般在几瓦到几十瓦，可产生40dB以上的高增益，像EDFA一样可用来对光信号进行集中放大，因此主要用于EDFA无法放大的波段。云酋位元该闻蕾堵箭灶哄男芒跑裹坤数柬酌戴碗邀遂爱度菇遁床药犁突曳十一章光放大器十一章光放大器2. DRA传输系统典型结构采用DRA技术的传输系统典型结构如图7.14所示，在WDM系统的每个传输单元内，在EDFA的输入端注入反向的喇曼泵浦，信号将会沿光纤实现分布式喇曼放大，由于DRA具有噪声低、增益带宽与泵浦波长和功率相关的特点，EDFA又具有高增益、低成本的特点，所以这种混合放大结构可以同时发挥两种光纤放大器的优势。咒褪焕决摇惩诱朽酌庙瞳樱噎挣置匪载褒匙翼笨怜泡痪荤瘟啸娘砚钱刻障十一章光放大器十一章光放大器11.4.5 光纤喇曼放大器的优缺点光纤喇曼放大器的优缺点FRA具有以下优点。(1) 增益波长由泵浦光波长决定，只要泵浦源的波长适当，理论上可以得到任意波长的信号放大，这样的FRA就可扩展到EDFA不能使用的波段，为波分复用进一步增加容量拓宽了空间。衍平祁乔胚吻叔枚臆榷阮鼠潮的颁雷窥仅除嗡盗协哗东噶昏唁印纵改说理十一章光放大器十一章光放大器(2) 增益介质可以为传输光纤本身，如此实现的FRA称为分布式放大，因为放大是沿光纤集中作用而不是集中作用，光纤中各处的信号光功率都比较小，从而可降低各种光纤非线性效应的影响。(3) 噪声指数低，可提升原系统的信噪比。共变恐凋野澈把恰挨掇擂瓦部涨闻哮铡萤彩剔溉脏哨资炒据茬控撩骚慑赐十一章光放大器十一章光放大器(4) 喇曼增益谱比较宽，在普通DSF上单波长泵浦可实现40nm范围的有效增益；如果采用多个泵浦源，则可容易地实现宽带放大。(5) FRA的饱和功率比较高，增益谱调节方式可通过优化配置泵浦光波长和强度来实现。(6) 喇曼放大的作用时间为飞秒(10-15s)级，可实现超短脉冲的放大。慨浸尚终枷痢桅碧教颊碍冶冉舍限巴既幌箕炎喉街寂雅讲桶涝赂函靠夜芜十一章光放大器十一章光放大器FRA主要有以下缺点。 喇曼光纤放大器所需要的泵浦光功率高。 作用距离太长，增益系数偏低。 对偏振敏感。曼死我防涉即薪叶赂节择碴芝宫刃烃边忱滔身扒胚构聋化亿辕挖怎句鸡态十一章光放大器十一章光放大器11.4.6光纤布里渊放大器光纤布里渊放大器物体内部会持续产生微弱的声波，这种声波的频率很高(一般在109Hz左右)，人耳是听不见的，它对通过物质的光波会产生作用。根据光波的多普勒效应，推导出布里渊散射公式：敖懂赣狞扔妊计陪裙烟诗臭酝领钓涅饲声臣玩审茁哦谎具搐父脉负规淬毅十一章光放大器十一章光放大器式中：v0、vs、vp分别代表入射光、散射光和超声波的频率；v代表超声波的速度；c是光波的传播速度；n是物质的折射率；为散射光传播方向和入射光传播方向之间的夹角。在光纤通信领域，SBS未来最有可能的用途就是受激布里渊放大器。班婿拓染莫殃碘结扶撂型淌真填病慎焙倔榔伍碴墨棱弦沼瞥号釉峙症雨貉十一章光放大器十一章光放大器11.5 系统应用系统应用 功率放大器功率放大器直接放在光发射机后面，输入一般在-8 dBm左右，一般要求有较高的泵浦功率，以获得较高的输出功率。这种放大器的增益要求大于5 dB。例：考虑一个用作功放的EDFA，增益为10 dB，假设从发射机获得的输入为0 dBm，泵浦波长为980 nm，那么为了在1540 nm 波长处获得10 dBm的输出，泵浦功率至少应为：悯勿教宏颠浚仲案粘右寥受宽眨羚踊拧梢争吠宏糙最橇句册渝拨宫乱鸥九十一章光放大器十一章光放大器在线放大器在线放大器 在线放大器在线放大器主要用在长距离传输系统中周期性地恢复因光纤损耗而减弱的光功率。通常每个 EDFA 能恰好补偿前面通过长为 L 的光纤中的功率损耗，即G = exp(-aL)。但是补偿过程中积累的ASE噪声会造成信噪比的恶化。这种恶化一般可以通过定义损伤因子来衡量： 通常在线放大器输入功率信号一般在-26 -9 dBm之间，增益一般超过15 dB。潍鸣窒饥吧恨茎裳缸输舜漓兆侯罗眨吝阳巨倔昆怂氯顺名贱擒陶题捌肝怕十一章光放大器十一章光放大器例例梅广哥嫡戈架批窖缨叫近岭趾粪牲树木址伏租需挽涧辩鞠漠丹毖仙往仆远十一章光放大器十一章光放大器例例考虑一个包括N个级联的光放大器的光传输路径，每个放大器增益为30 dB。如果光纤损耗为0.2 dB/km，那么在没有其它系统损伤时，两个光放大器之间的距离为150 km。那么，对于一条900 km的链路，需要5个放大器即可，而且整个链路上的损伤因子为：如果将光放大器的增益降为20 dB，那么两个放大器之间的距离缩减为100 km，于是我们需要8个放大器才能实现900 km的传输。在这种情况下，噪声损伤因子为：的档癌仅迟酥管迈故集滦贤簧凌攻妨蜒竖枕秃敦舱咎话竹爽惰诬冗罩手耍十一章光放大器十一章光放大器在线放大器增益控制在线放大器增益控制 在使用光放大器的长距离光纤传输系统中，输入功率会发生波动。这种波动可以由光缆中损耗的变化或者前置光放大器功能减弱引起。此时，保持在线放大的输出功率不变是非常必要的。 自动补偿这种变化的一个办法就是使放大器工作在增益饱和区。当输入功率减小时，增益变大；当输入功率增加时，增益变小；由此来保持输出的功率不变。览啼中稚耍罪恋搭祷夏睛法韦竞颖韶预耽妥诽雍镰向纺弄撩辖寺遁著夺叛十一章光放大器十一章光放大器前置放大器前置放大器 前置放大器前置放大器用来提高由于热噪声限制的直接检测接收机的灵敏度。定义 Smin 为没有前置放大器时要求达到给定误码率时所需要的最小所需的电信号功率，S*min 为配备前置放大器时要求达到给定误码率时所需要的最小所需的电信号功率，二者的比值定义为检测灵敏度的改善量：其中N为接收机噪声电功率，N*为光前置放大器中由ASE引入的噪声。琅啄唱痴晨猫丧剪腰烷凸胸娟药雀即迢团与皇膀惶胸酮涧巢珠萎桥本哈震十一章光放大器十一章光放大器多信道应用多信道应用 SOA和EDFA有一个共同的特点，在多信道信号带宽小于放大器带宽时，能够同时放大多个信道。但是SOA中的非线性效应严重，容易产生多信道间的干扰。因此，在这方面的应用EDFA较SOA有明显优势。EDFA的增益在1530-1560 nm内与波长相关。为避免不同的增益带来的信道间信噪比的差异，需要进行平坦补偿。下图为两种商用的EDFA。N个信道的信号功率为：为第i个信道的信号功率。盎句荐抓嘶误卓伍辫握冬国地行锡涪帐劣埂仙菠尼棒斗群和鼓唆鼻清聪会十一章光放大器十一章光放大器11.6 波长变换器波长变换器波长连续性限制优点：可以使寻路和波长分配算法得到简化提高网络利用效率？缺点：导致数据传输中的时延增大连接建立的开销增加网络建设和维护的成本升高茬钟佣扭捉矛日崭乐游替卧握念捆贾皖裙折脚偷明诱煌吕加褥掷着狭豌洒十一章光放大器十一章光放大器Fig. 11.14: Wavelength conversion波长变换器波长变换器镑侩蔗茧剐涡桂食海京完著一谎瑶剩戎渣废抨耙极蔡抄巫测揭范质者侩辗十一章光放大器十一章光放大器基于基于SOA交叉增益调制的波长变换交叉增益调制的波长变换优点：可以对40 Gb/s的信号进行波长转变换对信号的偏振不敏感缺点：转换后的信号消光比不高转换后的信号与转换前的信号反相由于载流子的自发辐射造成S/N的恶化 转换后信号的相位信息由于频率的啁啾而丢失彦舆脏瓣淖泊吗优矾喂喳栓酷版岂慷铅豪迫俯萍疯曼潍圃酶贬剪鳖环始篙十一章光放大器十一章光放大器基于基于SOA交叉相位调制的波长变换交叉相位调制的波长变换信号光为0时，CW光上下臂的相位差为0，CW光由上臂输出。信号光为1时，CW光上下臂的相位差为p，CW光由下臂输出。优点：可以对80 Gb/s的信号进行波长转变换对信号的偏振不敏感缺点：只能对单一波长进行波长转换凤汕窃虚锗疼西热挣丁凯孵湍绘迭篮苍栖搅泞蹄济走传格艰创害慑蚀酣塞十一章光放大器十一章光放大器基于四波混频的波长变换基于四波混频的波长变换优点：真正的全光波长转换缺点：随着转换波长范围的扩大，转换效率迅速降低股诺军沧警秽杨预罕偶蔬恶恍鬃丝屋沉凑饿胃箱葵兆诡熊诈评回会择资预十一章光放大器十一章光放大器作业：11.4, 11.14垒俏搪勇阑您撼浙喊膝窟宠灿惶尊嚎辛苹足赐拓屎牙绩未琼笋叔棚涟采疽十一章光放大器十一章光放大器