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1、光放大器,光放大器分类,掺稀土元素光纤放大器 工作介质主要是掺镧系元素（如铒、钕、镨）的玻璃光纤，泵浦源为一般半导体激光器。利用光的受激放大原理对信号光进行放大，如EDFA、PDFA等 非线性光学光纤放大器 工作介质是常规石英光纤，泵浦源为固体激光器。利用光的受激喇曼放大、受激布里渊放大等，如RA 半导体光放大器（SOA） 工作介质为半导体材料，泵浦源为电源,EDF,在石英光纤或氟化物光纤中适量掺入三价的铒（Er）金属元素，就形成EDFA的工作介质掺铒光纤 EDF,EDFA的原理,EDFA的结构,前向泵浦 后向泵浦,双向泵浦,三种泵浦方式的放大器的比较,EDFA的泵浦波长,1.48m、0.98
2、m、0.807m、0.655m及0.514m 选择依据：泵浦效率和光源是否容易获取 泵浦效率是指放大器增益与泵浦功率之比，泵浦效率高说明泵浦光功率的转换效率高。0.98m泵浦效率最高，其次是1.48m。 1.48m的大功率泵浦源最先研制成功，早期的EDFA普遍使用，目前0.98m泵浦源正在新EDFA产品中逐步取代1.48m泵浦源。,光放大器的性能参数,增益G：输出信号光功率Pout与输入信号光功率Pin之比的分贝数G =10lg(Pout/Pin),EDFA的增益饱和特性曲线,输入功率小时，光放大器的增益为一常数Gs(Gs称为小信号增益)，随着输入光功率的增加光放大器的增益反而减小，称为光放大
3、器的增益饱和现象。 增益(Gs-3dB)称为3dB饱和增益。 光放大器的最大输出功率常用3dB饱和输出功率Psat来表示。定义为3dB饱和增益所对应的输出信号光功率。,EDFA的增益谱,有效放大的光信号的频谱范围。ndB谱宽为增益Gsmax-ndB对应的两个光波长之差Dl或(Dn)。 商用EDFA的Dl为240nm，,噪声指数,光放大器的噪声指数NF定义为输入信噪比(S/N)in和输出信噪比(S/N)out的商的分贝数 EDFA的NF较小，已接近量子极限3dB,光放大器的增益G、饱和输出功率Psat以及噪声指数NF还与泵浦情况有关，泵浦强度增大，它们也增大，泵浦强度减小，它们也减小; 还和ED
4、F的长度有关,光放大器的应用,EDFA作为线路中继器 EDFA作为接收机前置放大器 EDFA作为光发射机的后置放大 EDFA作为光无源器件的补偿放大器,EDFA的特点,可用做数字和模拟系统的中继器 可传输不同的码速，在系统增容时，EDFA线路设备可不必改变 增益频谱宽，可同时放大多信道中的光信号，适用于波分复用通信 （波长透明、速率透明和调制方式透明） 结构紧凑，可靠性高，价格低廉,EDFA的噪声,自发辐射噪声ASE Amplified Spontaneous Emission,ASE光源,一种高稳定、高功率输出的宽带光源。广泛应用于光纤耦合器、隔离器、环形器、光纤光栅、DWDM薄膜滤波器、C
5、WDM薄膜滤波器、AWG等光无源器件的生产与测试。 根据光谱覆盖范围可分为C和C+L波段两种。 特点：宽光谱输出，覆盖C波段或C+L波段；高输出功率；超高稳定性 应用：光纤光栅、DWDM滤波器、AWG、光纤耦合器和其它光纤无源器件产品的生产与测试；光纤传感、光纤陀螺等需要超稳定性光源的场合,用于WDM的光纤放大器,WDM系统中使用的光纤放大器应具有: 低噪声系数 高输出功率 足够的带宽 平坦的增益 动态特性：不同波长信道的增益随输入信号光功率变化而产生的动态变化,用于WDM的光纤放大器的改进,选用EDFA的平坦区域 采用增益均衡和增益斜率补偿技术：连接一段掺钐光纤 利用光滤波器抑制EDFA增益
6、不平坦：采用与增益谱相反的滤波谱特性的光滤波器来抑制增益不平坦 采用掺铝EDFA 采用掺铒氟化物玻璃光纤,掺铒光纤放大器的监控技术,监控系统必须具备监测和控制两大功能。 监测主要完成与系统性能有关的参量，包括输入输出信号光功率，泵浦电流、EDFA环境温度等的测量 控制功能主要是完成备用器件的切换（如：备用EDFA模块的切换及其他备用电设备的切换等）。,告警项目,分严重故障告警、一般故障告警和告警显示： 无输入信号（严重故障告警）； 无输出信号（严重故障告警）； EDFA输出功率超出规定范围（一般故障）； 温度超出范围或失去控制-泵浦激光器故障（严重故障告警） 泵浦激光器电流超出规定范围（一般故
7、障）； 告警处理单元的微处理器故障（一般故障）； 光保护的插入/清除（告警显示）； 通过监控信道传输FERF（告警显示）；,基于泵浦源调制的监控技术,EDFA增益调制法： （低速时）利用监控信号对泵浦光进行调制，通过调制光放大器的增益将监控信号叠加在主信号上传输至接收端 泵浦源调制+WDM法： （高速时）利用100kHz以上的调制光放大器的增益不敏感性，即泵浦光的调制对主信号传输不产生明显影响的特点，在泵浦源调制后。利用WDM技术使加有小信号调制的泵浦光和信号光同时在光纤中传输。,光纤拉曼放大器,受激拉曼散射（SRS）是光纤中的一种非线性现象，它将一小部分入射光功率转移到频率比其低的斯托克斯波
8、上；如果一个弱信号与一强泵浦光波同时在光纤中传输，并使弱信号波长置于泵浦光的拉曼增益带宽内，弱信号光即可以得到放大，这种基于受激拉曼散射机制的光放大器即称为光纤拉曼放大器（FRA）。,增益谱,RA的结构,光纤拉曼放大器的优点,（1）增益介质为普通传输光纤，与光纤系统具有良好的兼容性； （2）增益波长由泵浦光波长决定，不受其它因素的限制，理论上只要泵浦源的波长适当，就可以放大任意波长的信号光； （3）增益高、串扰小、噪声指数低、频谱范围宽、温度稳定性好。 可放大EDFA不能放大的波段，可在1292 1660nm范围内进行光放大，获得比EDFA宽得多的增益带宽；是EDFA的补充，而不是代替，两者结
9、合起来可获得大于100nm增益平坦宽带,缺点,需要特大功率的泵浦激光器：几百mW到几十W 对信号的偏振态有要求,光纤放大器的发展方向,(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)研发具有动态增益平坦技术的光纤放大器； (5)小型化、集成化光纤放大器。,色散补偿技术,光纤放大器的采用，损耗对中继距离的限制已被消除，光纤色散上升为限制最大无再生中继距离的主要因素。 采用窄谱线光源和降低光纤传输窗口的色散值两种最直接方法降低色散对光传输的限制。 发展新的技术来克服
10、色散的影响 色散补偿技术主要是通过在光纤传输途中加入适当的色散元件解决因光纤色散而引起的波形失真,类型,色散补偿的方法主要有光纤型色散补偿技术、光纤布拉格光栅型色散补偿技术、Fabry-Perot谐振腔型色散补偿技术、相位共轭型色散补偿技术及光源预啁啾色散补偿技术。 从光信号的检测角度来看，只需在接收点处得到好的信号波形，并不需要在整个传输链路上都保持好的波形。色散补偿技术追求的是整体色散的优化，而不是色散的局部优化。,光纤型色散补偿技术,采用色散补偿光纤（DCF）对常规传输光纤的色散进行补偿的技术 DCF是通过光纤结构设计改变光纤的波导色散进而获得不同色散特性的一种特种光纤。 1）基于基模（
11、LP01）的单模色散补偿光纤，基本原理是在高折射率纤芯周围设有不同折射率的多包层结构以增强基模的负波导色散； 2）基于高阶模（LP11）的双模色散补偿光纤，利用在截止波长附近工作的LP11模有很大的负色散的特点来实现补偿,基于LP01模的色散补偿光纤,单模光纤的波长色散可分为材料色散、和波导色散。波导色散是由某一传输模式中群速度随光频变化而产生的色散，它是随波导结构而变化的。,基于LP11模的色散补偿光纤,Fabry-Perot谐振腔型色散补偿技术,原理是利用光束在F-P谐振腔内往复反射而形成多光束干涉，使一定频段上的光波得到线性相位变化，进而得到色散补偿。 反向输出的光场为,相频特性、色散特
12、性,r2=1时 时延： 色散：,相位共轭型色散补偿技术,又称中间谱反转技术 色散使光脉冲展宽，也就是使不同频率光的相位发生了相对变化 理论上一种非常理想的色散补偿技术，关键是光信号的共轭实现。可采用非线性光学技术实现，如三波混频或四波混频技术,预啁啾技术,光信号在反常色散光纤中传输时，所含的高频成分传播速率较快，将逐渐集中在脉冲前沿，低频成分传播速率较慢，将逐渐集中在脉冲后沿。 预啁啾是通过在光源上附加一个正弦调制，使脉冲前沿的频率降低，后沿频率升高，在一定程度上补偿色散造成的脉冲展宽。,偏振模色散,单模光纤中实际存在偏振方向相互正交的两个基模的传输速度不同而引起的色散。 Polarizati
13、on Mode Dispersion,简称PMD,偏振模色散具有随机性，与光纤制作工艺、材料、传输线路长度和应用环境等因素相关。PMD的大小，由这些因素的综合影响决定，具有不确定性，是一个随机变量。通常所说的PMD是多少，指的是（统计）平均值。 在光纤链路上，两个正交的偏振模产生的时延差遵守一定的概率密度分布。PMD的值与光纤长度的平方根成反比例的变化，因而其单位记作ps/km1/2,PMD和色度色散对系统性能具有相同的影响，即引起脉冲展宽，从而限制传输速率。 PMD比波长色散小得多，对低速率光传输的影响可忽略不计，甚至没有列入早先的光纤性能指标之中。但是随着系统传输速率的提升，偏振模色散的影
14、响逐渐显现出来，成为继衰减、波长色散之后限制传输速度和距离的又一个重要因素,，研究的热点之一。,当两个正交的偏振模之间的时延差dt达到系统速率一个脉冲时隙的三分之一时，将会付出1dB的信号功率代价。由于PMD的随机统计特性，PMD的瞬时值有可能达到平均值的3倍。为了保证信号功率代价低于1dB，PMD的平均值必须小于系统速率一个脉冲时隙的十分之一。,受PMD限制的最大传输距离,偏振模色散补偿,偏振模色散是限制高速（10Gb/s以上）光通信传输距离的主要因素，都需要进行补偿。 目前偏振模色散补偿的方案主要分三大类： （1）在光信号域进行补偿：比较好的补偿一阶偏振模色散，对高阶色散的补偿方案系统复杂，且不太成功； （2）在电信号域进行补偿：补偿能力有限 （3）同时在光信号域和电信号域进行混合补偿：效果比较好,在发射机端进行主偏振态跟踪的补偿方案,在接收机端进行偏振模色散补偿的方案,在接收机端进行偏振模色散补偿的方案,在接收机端进行偏振模色散补偿的方案,光电混合偏振模色散补偿方案,