光纤通信课后习题解答第7章光放大器参考题答案 (1)

第七章光放大器

复习思考题答案

1．光放大器在光纤通信中有哪些重要用途？

答：（1）利用光放大器代替原有的光电光再生中继器，能够大幅度延长系统传输距离。

（2）在波分复用系统中，它一方面可以同时实现多波长的低成本放大，另一方面，可以补偿波分复用器，波分解复用器、光纤光缆等无源器件带来的损耗。

（3）光放大器在接入网中使用，可以补偿由于光分支增加带来的损耗，使得接入网服务用户增加，服务半径扩大。

（4）光孤子通信必须依靠光放大器放大光信号，使光脉冲能量大到可以在光纤中满足孤子传输条件，从而实现接近无穷大距离的电再生段传输。

（5）光放大器在未来的光网络中必将发现越来越多的新用途。

2．光放大器按原理可分为几种不同的类型？

答：光放大器按原理不同大体上有三种类型。

（1）掺杂光纤放大器，就是将稀土金属离子掺于光纤纤芯，稀土金属离子在泵浦源的激励下，能够对光信号进行放大的一种放大器。

（2）传输光纤放大器，就是利用光纤中的各种非线性效应制成的光放大器。

（3）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。如果在法布里－派罗腔（Fabry-Perot cavity，F-P）两端面根本不镀反射膜或者镀增透膜则形成行波型光放大器。半导体光放大器就是行波光放大器。

3．光放大器有哪些重要参数？

答：光放大器参数主要有（1）增益；（2）增益带宽；（3）饱和输出光功率；（4）噪声指数。

4．简述掺杂光纤放大器的放大原理。

答：在泵浦源的作用下，掺杂光纤中的工作物质粒子由低能级跃迁到高能级，得到了粒子数反转分布，从而具有光放大作用。当工作频带范围内的信号光输入时，信号光就会得到放大，这就是掺杂光纤放大器的基本工作原理。只是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。

5．EDFA有哪些优缺点？

答：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，易于与光纤耦合连接，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。

（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3~4dB，串话也很小。

（5）增益特性不敏感。首先是EDFA增益对温度不敏感，在100 C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。

EDFA也有固有的缺点：

（1）波长固定，只能放大1.55 m左右的光波，换用其他基质的光纤时，铒离子能级也只能发生很小的变化，可调节的波长有限，只能换用其它元素。

（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。

6．EDFA有光纤通信中哪些应用？

答：EDFA在光纤通信中可以作用（1）光功率放大器；（2）光前置放大器；（3）光线路放大器；（4）本地网光放大器

7．EDFA有哪些泵浦方式？

答：（1）同向泵浦；（2）反向泵浦；（3）双向泵浦

8．简述喇曼光放大器的放大原理。

答：当入射激光功率增加到一定值时，光纤呈现非线性，入射激光发生散射，将一部分入射功率转移到另一较低的频率，如果这个低频光与高频光相比的频率偏移量由介质的振动模式所决定，这就是光纤中的受激喇曼散射。受激喇曼散射时strokes光显著增强，强度甚至可以和入射光功率相比拟，且具有一定的方向性和相干性。这时候如果泵浦光和信号光（信号光波长在泵浦光的喇曼增益带宽内）通过光耦合器输入光纤，当这两束光在光纤中一起传输时，泵浦光的能量通过SRS效应转移给信号光，使信号光得到放大。泵浦光和信号光分别在光纤的两端输入，在反向传输的过程中同时能实现弱信号的放大，这就是喇曼光纤放大器的工作原理。

9．喇曼光纤放大器可分为哪两种，它们各有什么特点？

答：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 Fiber，DRA）。

分立式喇曼放大器所用的光纤增益介质比较短，一般在10km以内，泵浦功率要求很高，一般在几瓦到几十瓦特，可产生40dB以上的高增益，像EDFA一样用来对信号光进行集中放大，因此主要用于EDFA无法放大的波段。

分布式喇曼放大器要求的光纤比较长，可达100km左右，泵浦源功率可降低至几百毫瓦，主要辅助EDFA用于WDM通信系统的中继放大。分布式光纤喇曼技术可大大降低信号的入射功率，同时保持适当的光信噪比。

10.喇曼光纤放大器的有哪些优缺点？

答：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，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。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。

（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，因为放大是沿光纤分布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，这一点与EDFA相比优势相当明显，因为增益介质是光纤本身，即使泵浦源失效，也不会增加额外的损耗，而EDFA只能放大它能放大的波段，对不能放大的波段由于光纤掺杂的作用会大大增加信号光的损耗，将来如果发展到全波段，只能用波分复用器将信号分开，让它放大它只能放大的波段，其它波段则需要另外的光放大器。使得EDFA插入损耗小的优点消失。在分布式FRA却能够在线放大，不需要引入其它介质。

（3）噪声指数低，可提升原系统的信噪比。它配合EDFA使用可大大提升传输系统的性能。降低输入信号光功率或增加中继距离。