光纖通信技術(shù)—光纖放大器

1、第 1 頁 共 15 頁光纖通信技術(shù) 光纖通信技術(shù)—光纖放大器 光纖放大器光導(dǎo)纖維通信簡稱光纖通信，原理是利用光導(dǎo)纖維傳輸信號，以實現(xiàn)信息傳遞的一種通信方式。實際應(yīng)用中的光纖通信系統(tǒng)使用的不是單根的光纖，而是許多光纖聚集在一起的組成的光纜。光纖放大器不但可對光信 號進(jìn)行直接放大，同時還具有實時、高增益、寬帶、在線、低噪聲、低損耗的全光放大功能，是新一代光纖通信系統(tǒng)中必不可少的關(guān)鍵器件。 名 稱：光纖放大器關(guān)鍵字：光纖放大器 EDFA 半

2、導(dǎo)體放大器 光纖曼放大器摘要：光放大器的開發(fā)成功及其產(chǎn)業(yè)化是光纖通信技術(shù)中的一個非常重要的成果，它大大地促進(jìn)了光復(fù)用技術(shù)、光弧子通信以及全光網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展。顧名思義，光放大器就是放大光信號。在此之前，傳送信號的放大都是要實現(xiàn)光電變換及電光變換，即 O/E/O 變換。有了光放大器后就可直接實現(xiàn) 光信號放大。光放大器主要有 3 種：光纖放大器、拉曼放大器、半導(dǎo)體光放大器。光纖放大器就是在光纖中摻雜稀土離子（如鉺、鐠、銩等）作為激光活性物質(zhì)。每一

3、種摻雜劑的增益帶寬是不同的； 摻銩光纖放大器的增益帶是 S 波段；摻鐠光纖放大器的增益帶在 1310nm 附近。而喇曼光放大器則是利用喇曼散射效應(yīng)制作成的光放大器，即大功率的激光注入光纖后， 會發(fā)生非線性效應(yīng)?喇曼散射。在不斷發(fā)生散射的過程中，把能量轉(zhuǎn)交給信號光，從而使信號光得到放大。由此不難理解，喇曼放大是一個分布式的放大過程，即沿整個線路逐漸放大的。其工作帶寬可以說是很寬的，幾乎 不受限制。這種光放大器已開始商品化了，不過相當(dāng)昂貴。

4、半導(dǎo)體光放大器（S0A）一般是指行波光放大器，工作原理與半導(dǎo)體激光器相類似。1. 1.引 言無線光通信是以激光作為信息載體，是一種不需要任何有線信道作為傳 輸媒介的通信方式。與微波通信相比，無線光通信所使用的激光頻率高，方向性強(qiáng)(保密性好)，可用的頻譜寬，無需申請頻率使用許可；與光纖通 信相比，無線光通信造價低，施工簡便、迅速。它結(jié)合了光纖通信和微波通信的優(yōu)勢，已成為一種新興的寬帶無線接人方式，受到了人們的廣泛關(guān) 注。但是，惡劣的天氣情

5、況，會對無線光通信系統(tǒng)的傳播信號產(chǎn)生衰耗作 用。空氣中的散射粒子，會使光線在空問、時間和角度上產(chǎn)生不同程度的偏差。大氣中的粒子還可能吸收激光的能量，使信號的功率衰減，在無線 光通信系統(tǒng)中光纖通信系統(tǒng)低損耗的傳播路徑已不復(fù)存在。大氣環(huán)境多變的客觀性無法改變，要獲得更好更快的傳輸效果，對在大氣信道傳輸?shù)墓?信號就提出了更高的要求，一般地，采用大功率的光信號可以得到更好的 傳輸效果。隨著光纖放大器(EDFA)的迅速發(fā)展，穩(wěn)定可靠的大功率光源將

6、在各種應(yīng)用中滿足無線光通信的要求。2. 2.光纖放大器的發(fā)展方向 光纖放大器的發(fā)展方向由于超高速率、大容量、長距離光纖通信系統(tǒng)的發(fā)展，對作為光纖通 信領(lǐng)域的關(guān)鍵器件——光纖放大器在功率、帶寬和增益平坦方面提出了新第 3 頁 共 15 頁摻鉺光纖放大器(EDFA)具有增益高、噪聲低、頻帶寬、輸出功率高、 連接損耗低和偏振不敏感等優(yōu)點，直接對光信號進(jìn)行放大，無需轉(zhuǎn)換成電信號，能夠保證光信號在最小失真情況下得到穩(wěn)定的功率放大。3.2 3.2

7、EDFA EDFA 的結(jié)構(gòu) 的結(jié)構(gòu)典型的 EDFA 結(jié)構(gòu)主要由摻鉺光纖(EDF)、泵浦光源、耦合器、隔離器等組成。摻鉺光纖是 EDFA 的核心部件。它以石英光纖作為基質(zhì)，在纖芯中摻人固體激光工作物質(zhì)鉺離子，在幾米至幾十米的摻鉺光纖內(nèi)，光與物質(zhì)相互作用而被放大、增強(qiáng)。光隔離器的作用是抑制光反射，以確保放大器工作 穩(wěn)定，它必須是插入損耗低，與偏振無關(guān)，隔離度優(yōu)于 40 dB。3.3 3.3 EDFA EDFA 的特性及性能指標(biāo) 的特性及性能

8、指標(biāo)增益特性表示了放大器的放大能力，其定義為輸出功率與輸入功率之比，Pout,Pin 分別表示放大器輸出端與輸入端的連續(xù)信號功率。增益系數(shù)是指從泵浦光源輸入 1 mW 泵浦光功率通過光纖放大器所獲得的增益。g0 是由泵浦強(qiáng)度定的小信號增益系數(shù)，由于增益飽和現(xiàn)象，隨著信號功率的增加，增益系數(shù)下降；Is，Ps 分別為飽和光強(qiáng)和飽和光功率，是表明增益物 質(zhì)特性的量，與摻雜系數(shù)、熒光時間和躍遷截面有關(guān)。增益和增益系數(shù)的區(qū)別在于：增益主要是針對輸

9、入信號而言的，而增益系數(shù)主要是針對輸入泵浦光而言的。另外，增益還與泵浦條件(包括泵浦功率和泵浦波長)有關(guān)，目前采用的主要泵浦波長是 980 nm 和 1 480 nm。由于各處的增益系數(shù)是不同的，而增益須在整個光纖上積分得到，故此特性 可用以通過選擇光纖長度得到較為平坦的增益譜。3.4 3.4 EDFA EDFA 的帶寬 的帶寬增益頻譜帶寬指信號光能獲得一定增益放大的波長區(qū)域。實際上的EDFA 的增益頻率變化關(guān)系比理論的復(fù)雜得多，它還與

10、基質(zhì)光纖及其摻雜有 關(guān)。在 EDFA 的增益譜寬已達(dá)到上百納米．而且增益譜較平坦。ED-FA 的增益頻譜范圍在 1 525～1 565 nm 之間。3.5 3.5 EDFA EDFA 的級聯(lián)結(jié)構(gòu) 的級聯(lián)結(jié)構(gòu)EDFA 對光信號功率的放大，特別在無線光通信大功率(瓦級)應(yīng)用中， 常常采用級聯(lián)的方式，比如兩級或者三級放大。之所以采用級聯(lián)的方式，是因為在 EDFA 的摻鉺光纖(EDF)中插入一個光隔離器，構(gòu)成帶光隔離器的 兩段級聯(lián) EDFA，由

11、于光隔離器有效地抑制了第二段：EDF 的反向自發(fā)輻射(ASE)，使其不能進(jìn)入第一段 EDF，減少了泵浦功率在反向 ASE 上的消耗， 使泵浦光子更有效地轉(zhuǎn)換成信號光能量，從而可以明顯改善 EDFA 的增益、 噪聲系數(shù)和輸出功率等特性。本文采用麗級級聯(lián)放大，將 1～2 mW 的 1 550 nm 光信號，經(jīng) EDFA 放大到 1 W 左右。級聯(lián)結(jié)構(gòu)如圖 3 所示。光信號由 LD 激光器產(chǎn)生，是已調(diào)制的信號，第一級放大采用單包層摻鉺光纖放大