浅析光放大器特性及其应用

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光纤放大器的研究

光纤放大器的研究摘要随着社会的不断进步，当今信息的交流正朝着高速化、复杂化、密集化方向发展，直接导致人们对信息传播的速率和质量的要求越来越高。

建立骨干全光网，全面落实推广光纤入户迫在眉睫，已成为我们在“十二五”期间的发展目标之一。

光纤通信在新时期正越发显现出他无可替代的地位，而光纤放大器因它具有易集成、高增益、低噪声和带宽广的特点，是实现全光型光纤通信的关键性部件。

目前，光纤放大器主要有三类，分别是半导体光纤放大器、掺稀土元素放大器和非线性放大器。

本文将就这三类光纤放大器逐一展开论述，特别是掺稀土光纤放大器，深入探讨有关他们的结构、工作原理、各自的特点、应用范围、实际应用情况和未来的发展方向，另外，还将就光纤放大器中的非线性光学效应作理论分析。

关键词：光纤；光纤放大器；非线性光学效应The Research of Fiber AmplifierABSTRACTWith theprogress of society，todaythe exchange of informationis moving inhigh-speed，complex，intensivedirection， a direct result oftherateandquality ofinformation disseminationhave become increasingly demanding. Backbone ofall-optical networks，the full implementation ofthepromotionoffiber to the homeis imminent，has becomeinoneofthe"Twelve Five" period ofdevelopment goals. Optical fiber communicationin the new eraisincreasinglyshowinghisirreplaceable position，thefiber amplifierbecause of itsease of integration，high gain，lownoise andwidebandwidthcharacteristics ofthecritical components ofall-opticalfibercommunication. Fiber amplifierhasthree categories，namely，semiconductoropticalamplifier，a rare earth dopedamplifiers andnon-linear amplifier. This paper willeach ofthethreetypesoffiber amplifiersdiscusses，in particular the rare earth-dopedfiber amplifier，depthabout theirstructure，working principle，their own characteristics，scope of application，the actual applicationand futuredevelopment direction，in addition，will alsothenonlinear optical effectintheoptical fiber amplifierfortheoreticalanalysis.Key Words：Optical fiber；Fiber Amplifier；Nonlinear optical effects目录第一章绪论11.1 引言11.2 课题的研究意义和主要内容2第二章光放大器概述32.1 半导体光放大器32.2 掺稀土元素光纤放大器32.3 非线性光放大器5第三章半导体光放大器73.1 半导体光放大器的发展73.2 半导体光放大器的基本结构与特性73.3 半导体光放大器的工作原理93.4 半导体光放大器的特点与应用113.4.1 半导体光放大器的特点113.4.2 SOA的应用123.5 半导体光放大器未来发展方向13第四章掺饵光纤放大器154.1 掺铒光纤放大器简介154.2 EDFA的结构与工作原理164.2.1 EDFA的结构164.2.2 EDFA的工作原理174.3 EDFA 的增益和输出功率特性204.4 EDFA的噪声特性214.5 EDFA的级联224.5.1 噪声积累和分析234.5.2 增益均衡（增益平坦化）244.6 EDFA在有线电视网中的应用254.6.1 在线放大254.6.2 前置放大254.6.3 功率放大254.7 掺稀土光纤放大器的改进264.7.1增益位移掺铒光纤放大器（GS-EDFA）274.7.2 碲基掺铒光纤放大器（EDTFA）284.7.3 铋基掺铒光纤放大器294.7.4 掺铥光纤放大器（TDFA）和增益位移掺铥光纤放大器（GS－TDFA）30 第五章拉曼光纤放大器295.1 拉曼光纤放大器的简要介绍295.2 拉曼光纤放大器的基本原理305.2.1 非线性光学效应——拉曼散射效应305.2.2受激拉曼散射的阈值特性325.2.3 受激拉曼散射的增益325.2.4 受激拉曼散射的影响335.2.5 拉曼光纤放大器基本原理355.3 拉曼光纤放大器的分类385.4 拉曼光纤放大器的特点385.5 拉曼放大器与EDFA组合使用的原因405.6 拉曼光纤放大器目前的发展状况和应用40第六章总结与展望40参考文献41致谢42第一章绪论光纤放大器是密集波分复用（DWDM）系统中的关键部件，它取代了传统光—电—光的中继方式，实现了光信号的高增益、低噪声放大。

光通信之光放大器

02 光放大器的原理
光放大器的增益机制
受激发射放大
能量转移
光放大器利用增益介质中的粒子数反转，通过受激发射机制将输入信号放大。
放大过程中，高能级粒子将能量转移至低能级，释放出光子，实现光的放大。
粒子数反转
在光放大器中，增益介质中的粒子数分布被调整至非平衡状态，使得介质对特定波长的光具有放大作用。
光放大器的增益介质
01
02
03
稀土掺杂光纤
在石英光纤中掺入某些稀土元素（如铒、镱等），形成增益介质。
晶体
某些晶体（如蓝宝石、硅酸盐等）可作为光放大器的增益介质。
气体
某些气体（如氩气、氪气等）也可作为光放大器的增益介质。
光放大器的增益特性
增益带宽
光放大器的增益带宽决定了其对不同波长光的放大能力。
EDFA技术已经相当成熟，广泛应用于长距离、大容量的光通信
系统。
RFA在最近几年开始受到关注，其具有低噪声、宽频带等优点，尤其适用于超长距离、超大容量
的光通信系统。
光放大器技术的发展趋势
新型光放大器技术的研究和开发是未来的重要方向，如硅基光放大器、氮化镓光放大器等。
探索更高效的光放大器技术，提高光放大器的增益、带宽和稳定性是关键。
光通信之光放大器
目录
• 光放大器概述 • 光放大器的原理 • 光放大器的应用 • 光放大器的技术发展 • 光放大器的市场分析
01 光放大器概述
光放大器的定义
总结词
光放大器是一种能够将微弱的光信号进行放大的设备。
详细描述
光放大器是一种能够将微弱的光信号进行放大的设备，它通过特定的机制将输入的光信号进行能量放大，以便在光通信系统中进行长距离传输或者进行光信号处理。

光放大器原理

光放大器原理光放大器是一种能够放大光信号的器件，它在光通信系统中扮演着至关重要的角色。

光放大器的原理是基于光放大的过程，通过受激辐射的机制实现对光信号的放大，从而提高光通信系统的传输性能。

光放大器通常被用于光纤通信系统中，能够放大光信号，延长光纤传输距离，提高信号质量，是光通信系统中不可或缺的关键器件之一。

光放大器的工作原理主要基于三种光放大机制，受激辐射、增益介质和泵浦光源。

首先，受激辐射是光放大器实现光信号放大的基本机制，它利用外界输入的光信号激发增益介质中的原子或分子，使其跃迁至高能级，然后在受到光信号刺激时，释放出与输入光信号相同频率和相位的光子，从而实现对光信号的放大。

其次，增益介质是光放大器的核心部件，它能够提供足够的增益以放大光信号，通常采用掺杂了稀土离子的光纤或半导体材料作为增益介质。

最后，泵浦光源是激发增益介质的能量来源，它通常是一种高功率的激光器，能够提供足够的能量来激发增益介质中的原子或分子，从而实现光信号的放大。

在光放大器的实际应用中，有几种常见的类型，包括光纤放大器、半导体光放大器和固体激光放大器。

光纤放大器是最常见的一种类型，它利用掺杂了稀土离子的光纤作为增益介质，通过泵浦光源的激发实现对光信号的放大。

半导体光放大器则是利用半导体材料作为增益介质，通过注入电流来激发增益介质中的载流子，从而实现光信号的放大。

固体激光放大器则是利用固体激光介质来实现对光信号的放大，通常用于高功率激光系统中。

除了以上几种常见的光放大器类型，还有一些新型的光放大器技术正在不断发展，如光纤光放大器、光子晶体光放大器和光学放大器。

这些新型光放大器技术在提高光信号放大效率、降低噪声和实现波长可调等方面具有重要意义，将为光通信系统的发展带来新的机遇和挑战。

总的来说，光放大器作为光通信系统中的重要器件，其原理和技术不断得到改进和完善，将为光通信系统的性能提升和应用拓展提供有力支持。

随着光通信技术的不断发展，相信光放大器将在未来发挥更加重要的作用，成为光通信系统中不可或缺的关键技术之一。

浅析光放大器特性及其应用

浅析光放大器特性及其应用摘要：光放大器能解决光纤通信系统中传输信号的功率衰减问题，它不仅可以提升光信号的传输距离，而且能够同时放大多路高速光信号，大大简化了光纤通信系统。

本文介绍掺铒光纤放大器（EDFA）、光纤拉曼放大器（FRA）和半导体光放大器（SOA）这三种光放大器的工作原理、特性及其在光纤通信系统中的应用。

关键词：光放大器；传输距离；光纤通信在光纤通信中，光信号传输距离一直是人们关注的焦点。

由于光纤具有损耗特性，光信号的传输距离受到很大限制，通常使用中继器来解决这个问题。

光放大器是一种常用中继器，它直接放大光信号，能实现信号透明式传输，成为延长光信号传输距离的重要器件。

Ⅰ掺铒光纤放大器掺铒光纤放大器是利用掺铒光纤作为增益介质实现光的放大。

在泵浦光的激励下，掺铒光纤中的铒离子迅速跃迁至亚稳态，由于亚稳态上的铒离子寿命较长（约为10ms），亚稳态与基态之间很快形成粒子数反转，此时，向掺铒光纤中注入信号光，由于受激辐射效应，将释放出大量与信号光子完全相同的光子，信号光迅速被放大。

目前EDFA 技术十分成熟，它具有诸多优点。

首先，工作波段处在传输光纤的低损耗窗口上，能减少信号光功率的衰减。

其次，增益高，噪声系数低。

EDFA 的增益和泵浦功率、输入信号光功率和掺铒光纤长度有关，在强泵浦高增益条件下，放大器噪声系数近乎极限值3dB。

同时，EDFA 还具有增益谱平坦、增益可控和输出光功率可控的特性。

EDFA 在数字光纤通信系统中发挥着重要作用，主要有以下四种。

第一种是在系统发射端用作功率放大器，提高发端入纤的信号光功率；第二种是在传输线路中用作中继放大器，及时补偿线路中信号光功率的衰减；第三种是在系统接收端用作前置放大器，提高光接收机的灵敏度。

这三种用途均能延长光信号的传输距离。

第四种是补偿局域网中的分配损耗，增加网络节点数。

Ⅱ光纤拉曼放大器光纤拉曼放大器是利用受激拉曼散射效应来放大信号光。

频率为强光与光纤介质相互作用，发出一个频率为光子和一个频率为的声子，或吸收一个频率为的声子，发出一个频率为的光子，这被称为斯托克斯过程。

光放大器在光传输系统中的应用

些问题&具体把评分标准分为 5 部分'开头语## 分$(
录音监听具体操作'监听人员每天按照隔天电话处理空档时间##分$ (语速)音量及语调#3分$ (业务
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端口的信躁43;$!=JF
图 !6掺铒光纤放大器原理图
基于掺铒光纤放大器的性能特点以及优越性&沭阳县也将其运用到中心机房和各分前端机房&对光信号进行放大&为乡镇和城区小区提供光信号&为数字电视的升级改造奠定基础, 例如&图 3 是 /*U)光放大器在沭阳县广州路分前端机房中的应用 , B@光放大器的主要性能参数
##$ 增益增益# +<;@$ 是输出光功率与输入光功率之比&即增益 g)=JF_);@ )=JF为输出光功率&);@ 为输入光功率&功率单位为瓦特&换算成 ?.为' 增益# ?.$ g#" PA# )=JF_);@$
#3$ 增益带宽
所谓增益带宽是指光放大器有效的频率 # 或波
长$ 范围&通常指增益从最大值下降 3 ?.时&对应的波
长范围&单位是 @T,
#2$ 饱和输出功率
光放大器的输入光功率范围有一定的要求&当输
入光功率大于某一阈值时&就会出现增益饱和&输出功
率不再随输入功率增加而增加或增加很小&我们通常
把增益比正常情况低 3 ?.时的输出光功率称为饱和
纤损耗系数比 # 3#" @T窗口还要低# 仅 "4! ?._IT$ , /*U)噪声小&增益曲线好& 放大器带宽大& 与密集波分复用# *X*Z$ 系统相兼容& 同时 /*U)泵浦效率高)工作性能稳定)技术成熟, 在 *X*Z 的应用中它既可以采用前向泵浦工作方式)也可以采用后向泵浦和双向泵浦工作方式&因此在 *X*Z通信系统中备受青睐, /*U)主要是由一段掺铒光纤 # 长约 #" ^3" T$ 和泵浦光源组成&其工作原理是'光能被泵入后&通过光复用器进入一定长度的铒添加光钎&后者作为一种转化介质把光能加载在输入的 # YY" @T 光信号上& 光信号以某个功率进入单元&出去时功率便增大了&光隔离器把不需要的反射信号滤除&如图 ! 所示,

简述光放大器的原理

简述光放大器的原理光放大器是一种利用光泵浦作用使光信号得以放大的装置。

它广泛应用于光通信、光谱分析、激光器和光纤传送等领域。

光放大器的原理基于光的受激辐射效应，即在一定条件下，入射光激发光介质中的原子或分子跃迁到一个能级，使原子或分子在相同能级上达到较高的能量状态，该状态即激发态。

在激发态上，原子或分子可以吸收入射光的能量，并在短时间内再次跃迁到低能量能级，从而辐射出与入射光相同频率的辐射光子，这个过程称为受激辐射。

光放大器通过激发光介质中的原子或分子，利用受激辐射效应来放大入射光信号。

光放大器主要分为固体光放大器、液体光放大器和气体光放大器。

固体光放大器是最常见的光放大器之一，它主要由激光晶体、激光二极管光泵浦装置以及光学系统等组成。

当激光二极管通过外加电流激发时，产生的激光通过光学系统聚焦到激光晶体上，激光晶体被激发形成激发态。

入射光信号通过光学系统聚焦到激光晶体上，与激发态的原子或分子发生受激辐射作用，从而放大入射光信号。

液体光放大器通过在容器中溶解具有放大特性的物质，利用物质吸收和辐射光的特性来实现信号放大。

液体光放大器通常由光泵浦源、光纤耦合系统和光放大器介质等组成。

光泵浦源产生光，光纤耦合系统将光导入光放大器介质中。

光放大器介质中的放大物质吸收入射光的能量，在短时间内辐射出与入射光相同频率的辐射光子，从而实现入射光信号的放大。

气体光放大器是利用气体中的原子或分子进行信号放大的装置。

气体光放大器通常由氙灯、酒精浸泡的光纤、双曲杆和气体室等组成。

氙灯产生的光经过光纤耦合到气体室中，经过双曲杆的反射，使光在气体中来回传播。

光在气体中的传播过程中，气体中的原子或分子通过受激辐射效应，从而使入射光信号得以放大。

光放大器的性能参数主要包括增益、带宽和噪声系数等。

增益是指信号在光放大器中的输出功率与输入功率之比，用来衡量信号放大的程度。

带宽是指光放大器对信号频率的响应范围，表示光放大器可以对不同频率的信号进行放大。

光放大器的原理及应用

光放大器的原理及应用引言光放大器是一种能够将输入的光信号放大的设备，在光通信系统中起到了极为重要的作用。

本文将介绍光放大器的原理、分类以及在光通信、光传感和激光器中的应用情况。

光放大器的原理光放大器的原理基于光学放大效应，即通过激光的受激辐射过程来实现对输入光信号的放大。

光放大器的核心组件是光纤或半导体材料，其具有较高的非线性光学系数和增益特性。

当输入的光信号通过光放大器时，光与激活器件中的活动粒子相互作用，从而激发更多的光子并放大输入信号。

光放大器的分类根据放大介质的不同，光放大器可分为掺铒光纤放大器、掺铒光泵浦半导体放大器和掺铒光纤光放大器等几种类型。

掺铒光纤放大器掺铒光纤放大器是其中最常见的一种类型。

它采用掺杂有铒离子的光纤作为放大介质，并通过泵浦光源激发铒离子的能级跃迁来实现光信号的放大。

掺铒光纤放大器具有宽带宽、低噪声和高增益等优点，广泛应用于光纤通信系统中。

掺铒光泵浦半导体放大器掺铒光泵浦半导体放大器是一种使用高功率半导体激光器作为泵浦源的光放大器。

它采用掺杂有铒离子的半导体材料作为放大介质，并通过泵浦光激活铒离子实现光信号的放大。

掺铒光泵浦半导体放大器具有响应速度快、低功耗和体积小等优势，被广泛应用于光纤通信、光传感和光学信息处理等领域。

掺铒光纤光放大器掺铒光纤光放大器是一种将掺铒光纤作为放大介质的光放大器。

掺铒光纤光放大器通过泵浦光源激活铒离子，实现对输入光信号的放大。

与其他类型的光放大器相比，掺铒光纤光放大器具有高增益、低噪声和宽带宽等优势。

光放大器在光通信中的应用光放大器作为光通信系统中的关键部件之一，被广泛应用于光纤通信系统中，主要用于提升光信号在光纤中的传输距离和减小光信号的衰减。

光放大器的主要应用场景包括： - 光纤通信系统：光放大器在光纤通信系统中用于放大光信号，从而提高信号质量和传输距离。

- 光纤传感系统：光放大器在光纤传感系统中用于增强光信号，提高传感器的灵敏度和测量精度。

光纤放大器原理及其应用

光纤通信系统中的中继器主要有两种形式：一是光-电-光转换形式的中继器，二是直接对光信号进行放大的光放大器。
3
二、光纤放大器种类
光纤放大器种类
SRS光纤放大器杂光纤放大器
掺E��3+光纤放大器掺P��3+光纤放大器掺N��3+光纤放大器
四、掺铒光纤光纤放大器的应用
应用
1、作中继器使用，实现全光通信。
四、掺铒光纤光纤放大器的应用
应用
2、作前置放大器。
四、掺铒光纤光纤放大器的应用
应用
3、作发射机的功率放大器
的影响，提高系统的信噪比。信号光和泵浦光可以同方向传输
(称为同向泵)，也可以反向传输(反向泵)和双向传输(双向泵)。
三、光纤放大器原理
掺铒光纤放大器工作原理
在泵浦光源的作用下，在掺铒光纤中出现了粒子数反
转分布，产生了受激辐射，从而使光信号得到放大。由
于EDFA具有细长的纤形结构，使得有源区的能量密度很高，光和物质的作用区很长，这样可以降低对泵浦光源功率的要求。
三、光纤放大器原理
掺杂放大器工作原理
掺杂光纤放大器利用掺杂离子在泵浦光作用下的粒子反转
而对入射光信号提供光增益，放大器的增益特性和工作波长由掺杂离子决定。以掺铒光纤放大器为例谈谈其工作原理。掺铒光纤放大器的英文缩写为EDFA。EDFA主要由掺铒光纤(EDF)、泵浦光源、光耦合器、光隔离器及光滤波器组成。
三、光纤放大器原理
非线性放大器工作原理
非线性光纤放大器是利用强的光源对光纤进行激发，使光
纤产生非线性效应而出现拉曼散射(SRS)和受激布里渊散射(SBS)，
光脉冲信号在这受激发的一段光纤的传输过程中得到放大。这类光纤放大器需要对光纤注入泵浦光，泵浦光能量通过SRS或 SBS光纤放大器传送到信号光上，同时有部分能量转换成分子振动(SRS)或声子(SBS)。 SRS与SBS光纤放大器尽管很类似，但也有一些不同： (1)对SRS光纤放大器泵浦光与信号光可以同向或反向传输；而而SBS光纤放大器只能逆向泵浦。 (2)SBS的Stokes移动要比SRS小三个数量级。 (3)SRS光纤放大器的增益带宽为～6THz；而SRS光纤放大器的增益带宽却相当窄，只有30—100MHz。

光放大器工作原理

光放大器工作原理
光放大器是一种用于放大光信号的设备，其工作原理基于光的受激辐射效应。

光放大器通常由具有谐振腔的光介质和激发源组成。

当外界光信号通过激发源注入到光介质中时，光介质中的原子或分子会吸收光能并处于激发态。

接下来，在光介质中近邻的原子或分子也会因为受到激发态的原子或分子的辐射而被受激辐射，使得它们跃迁到较低的激发态。

在辐射过程中，这些受激辐射产生的光子与外界光信号具有相同的频率和相位。

一些跃迁到较低激发态的原子或分子会经历非辐射跃迁过程，回到基态并释放出多余的能量。

这些能量释放出的光子形成背景信号，但并不具有与外界光信号的相位和频率相一致的特性。

在谐振腔的作用下，激发态的原子或分子会来回穿梭，使得它们与外界光信号相互作用，并释放出与外界光信号相位一致、频率相同的光子。

通过在谐振腔中引入一些可调节的光学增益介质，可以进一步增强光信号的强度。

通过不断地进行受激辐射和非辐射跃迁，将光信号放大到较大的幅度。

最后，放大后的光信号可以通过输出端口传输到后续的光学器件或接收器进行进一步的处理或接收。

总而言之，光放大器工作原理利用受激辐射效应和谐振腔的作用，通过放大外界光信号并保持其相位和频率不变，实现对光
信号的放大。

这种原理在光通信、光传感和激光器等领域有着广泛的应用。

光纤通信第7章光放大器讲解学习

SOA也是一种重要的光放大器，其结构类似于普通的半导体激光器。
I
R1
R2
半导体光放大器示意图
•半导体光放大器的放大特性主要决定于激光腔的反射特性与有源层的介质特性。
•根据光放大器端面反射率和工作偏置条件，将半导体光放大器分为：----法布里－珀罗放大器(FP－SOA)
EDFA + 均衡器 → 合成增益
增益平坦/均衡技术(2)
2. 新型宽谱带掺杂光纤：如掺铒氟化物玻璃光纤（30nm平坦带宽）、
铒/铝共掺杂光纤（20nm）等，静态增益谱的平坦，掺杂工艺复杂。
3. 声光滤波调节：根据各信道功率，反馈控制放大器输出端的
多通道声光带阻滤波器，调节各信道输出功率使之均衡，动态均衡需要解复用、光电转换、结构复杂，实用性受限
增益钳制技术(1)
电控：监测EDFA的输入光功率，根据其大小调整泵浦功率，从而实现增益钳制，是目前最为成熟的
方法。
In
Out
EDFA
LD Pump
泵浦控制均衡放大器（电控）
增益钳制技术(2)
在系统中附加一波长信道，根据其它信道的功率，改变附加波长的功率，而实现增益钳制。
注入激光
四、EDFA的大功率化(1)
=1.3%
=0.7%
用于制作大功率EDFA 的双包层光纤结构图
芯层：5m 内包层： 50m 芯层(掺铒)，传播信号层(SM) 内包层，传播泵浦光(MM)
7.1 光放大器
7.1.1 光放大器概述 7.1.2 掺铒光纤放大器EDFA 7.1.3 半导体光放大器SOA 7.1.4 光纤拉曼放大器FRA
7.1.3 半导体光放大器SOA
输出信号光功率输入信号光功率

光放大器的应用及发展

光放大器的应用及发展光放大器是一种广泛应用于光通信、光网络、光传感等领域的重要光学器件。

它能够将光信号放大，提高光通信传输距离和质量，实现光网络的高速传输和大容量扩展。

随着光通信科技的发展，光放大器也在不断发展壮大，其应用范围和性能也在不断拓展。

光放大器的应用主要包括：光纤通信、光网络、激光雷达、光卫星通信、光传感器、光纤传感等。

首先，光放大器在光纤通信中起到放大信号的作用，可以提高信号质量和传输距离，使得光纤通信信号能够覆盖更远的距离。

其次，光放大器在光网络中也起到重要作用，可以提高网络容量和传输速率，实现高速光通信。

此外，在激光雷达和光卫星通信中，光放大器也被广泛应用，能够提高雷达信号和卫星信号的强度和质量，提高探测和通信的性能。

光放大器还可以用于光传感器，对光信号进行放大和处理，提高传感器的灵敏度和精度。

光放大器在光纤传感中也有重要应用，可以用于光纤光栅传感、光纤温度传感、光纤拉力传感等领域。

随着科技的不断进步，光放大器也在不断发展。

传统的光放大器主要有掺铒光纤放大器（EDFA）、掺铒光纤光栅放大器（Erbium-doped fiber grating amplifier，EDFGA）和掺铒光纤放大器（Erbium-doped fiber amplifier，EDFA）等。

掺铒光纤放大器是目前应用最广泛的一种光放大器，具有高增益、宽工作带宽和低噪音特点。

而掺铒光纤光栅放大器是在掺铒光纤放大器基础上发展起来的一种新型光放大器，具有较窄的光谱宽度和较高的增益均匀性，适用于一些特殊应用场景。

此外，还有掺镱光纤放大器（Ytterbium-doped fiber amplifier，YDFA）、掺铒镱光纤放大器（Erbium-ytterbium-doped fiber amplifier，EYDFA）等光放大器也开始逐渐被应用。

同时，新型的光放大器技术也在不断发展中。

例如，基于半导体光放大器（Semiconductor optical amplifier，SOA）的光放大器技术，它具有小尺寸、低功耗和低成本的特点，在光通信和光网络中有着广泛的应用前景。

光放大器原理分类及特点

LD中受激辐射产生于p-n结半导体材料中的有源区，其中粒子数反转分布是在有源区导带和价带能级之间直接实现的。所谓有源区，是指加上适当正向电压后，p-n结交界面附近具有粒子数反转分布状态的窄区域。
掺铒光纤(EDF)和高功率泵浦光源是关键器件；
2.3 EDFA结构和特性-结构
EDF的增益取决于Er3+的浓度、光纤长度和直径以及泵浦光功率等多种因素，通常由实验获得最佳增益。
波分复用器(WDM)把泵浦光与信号光耦合；基本要求：采用插入损耗小，熔拉双锥光纤耦合器型波分复用器。
光隔离器置于两端防止光反射；保证系统稳定工作和减小噪声。
光滤波器是滤除放大器噪声，提高系统的信噪比。
对泵浦光源（波长通常为980 nm或1480 nm）的基本要求是大功率和长寿命。现在的研究表明波长为980 nm的泵浦效率最高，且噪声较低，是未来发展的方向。
2.3 EDFA结构和特性-结构
同向泵浦
因泵浦源所在的位置不同，分成同向、反向及双向泵浦方式。 1.同向泵浦：泵浦光与信号光从同一端注入掺铒光纤。输入泵浦光较强，故粒子反转激励也强，其增益系数大。其优点是构成简单，噪声指数较小；缺点是输出功率较低。
光隔离器
WDM
EDF
光隔离器
例：若EDFA输入信号为300uW，在1 nm带宽内的输入噪声功率是30 nw，输出信号功率是60 mW，在1 nm带宽内的输出噪声功率增大到20uW，计算光放大器的噪声指数。
01

解：光放大器的输入信噪比为：：
02
光放大器的输出信噪比为：
03
噪声指数为：
04
2.5 EDFA的系统应用
1. EDFA用作前置放大器
增益高，噪声低，输出功率大。增益达40dB。输出功率在单向泵浦14dBm，双向泵浦17dBm-20dBm，充分泵浦时，噪声系数可低至3－4dB，串话也很小。

光放大器1

1 2
2

g

ln 2 g0L ln
2
1
2
光纤放大器的洛仑兹谱和相应的放大器增益谱
二、增益饱和与饱和输出功率
•增益饱和：增益系数与光信号的功率有关，在P<<Ps时，为小信号增益，这时可不计P对g(ω)的影响；当P增大至可与Ps比拟时， g(ω)随P的增大而下降，放大器增益G(ω)也下降，这种现象称为增益饱和。
L+ Band
1,450nm
1,490nm
1,530nm 1,550nm 1,570nm 1,580nm 1,610nm
1,650nm
40 nm
Fujitsu Proprietary
6.2 光放大器基本概念
6.2.1 光放大器一般工作特性
在泵浦能量（电或光）的作用下，实现粒子数反转（非线性光纤放大器除外），然后通过受激辐射实现对入射光的放大。与激光器不同之处在于光放大器没有反馈机制。
输出信号光
(a) 半导体光放大器
输入信号光
耦合器掺杂光纤
耦合器
泵浦光
输出信号光
(b)掺杂光纤放大器
输入信号光
泵浦光
纯石英光纤-----------------输--出 -----------信号光
泵浦光
(c)非线性光纤放大器
光放大器基本结构示意图
光放大器的类型和各自优缺点
放大器类型
工作原理
二、光放大器类型：掺杂光纤放大器（EDFA、PDFA、TDFA）半导体光放大器（SOA）非线性光纤放大器（FRA、FBA、FPA）
三、发展历程：上世纪80年代中、后期SOA的研究为主；90年代EDFA获得巨大成功，成为光纤通信系统必不可少的器件；2001年 FRA得到更广泛应用。

光放大器

• EDFA 的主要优点是增益高、带宽大、输出功率高、泵浦效率高、插入损耗低、对偏振态不敏感等。
光纤喇曼放大器(FRA)
• FRA 的工作基于石英光纤在合适波长的强光泵浦下的三阶非线性效应－受激喇曼散射。光信号沿光纤与泵光一起传输(同向或反向均可)时把信号光放大。这是一种分布放大。FRA具有频带宽、增益高、输出功率大、噪声低、响应快与系统连接方便等优点。但它的泵浦效率低,需很大的泵浦光功率。
•
掺铒光纤之所以能放大光信号的基本原理在于Er 吸收泵浦光的能量，由基态跃迁至处于高能级的泵浦态，对于不同的泵浦波长电子跃迁至不同的能级，当用980nm波长的光泵浦时，从基态跃迁至泵浦态。由于泵浦态上载流子的寿命时间只有1μs，电子迅速以非辐射方式又泵浦态豫驰至亚稳态，在亚稳态上载流子有较长的寿命，在源源不断的泵浦下，亚稳态上的粒子数积累，从而实现了粒子数反转分布，如图crgx-3.swf示。图crgx-05.swf示的是掺铒光纤的放大器。
强度/光电流噪声
强度/光电流噪声是指与光束相联系的功率或光电流的波动，这种噪声的谱宽典型值可达几十 GHz。常见的强度噪声类型有: ① 散粒噪声； ② 信号与自发辐射差拍噪声(简称SI-SP噪声)； ③ 自发辐射与自发辐射差拍噪声(简称SP-SP噪声)等。
噪声特性
• 放大器的噪声系数NF
• (4) 功率补偿放大器：如图 (d)所示, 即将光放大器用于补偿局域网中的分配损耗，以增大网络节点数，还可以将光放大器用于光子交换系统等多种场合，这种放大器亦称为功率放大器。
半导体光放大器
• 半导体光放大器 (SOA) 有两类，即 FP 型 (FPA) 及行波型 (TWA) ，两者的性能差别主要来自它们端面反射率的不同。本节主要介绍它们的增益带宽特性、饱和特性及串话，最后介绍SOA的应用。

光放大器的分类,特性和应用

光放大器的分类,特性和应用2000年9月第3期现代有线传输一光放大器的分类,特性和应用李永武/7(信息产业部北京邮屯鼋北京100035)●【摘要】本文对目前处于商用阶段和宴验室阶段的光放大器的分类进行说明并简要丹绍各种光放大器的特性和应用.关键词:光放大器分类1概述近年来,掺铒光纤放大器(EDFA)技术迅速成熟.带动了多种新型的光纤放大器走向市场化.同时也刺激了多种光纤或非光纤型的光放大器在实验室中的研制开发.ITUT,IEC等国际标准组织正在对各种光放大器(OA)的特性和应用等进行标准化,ITUTSG15已经制定了关于oA的G.661,G662,G663建议,但主要是关于EDFA的建议.随着各种OA技术的成熟和市场的需求.还将制定一些新的建议或对已有的建议进行补充修改.本文将介绍对商用的和仍处于实验室阶段的光放大器的科学的分类,便于区分各种光放大器的特点同时对各种光放大器的特性进行简要的描述,重点介绍其属性,性能和应用.通常.光纤放大器可以按其荧光搀杂物和光纤主体来进行分类.本文介绍的是根据搀杂物来分类的方法.例如:目前市场上使用最多的是掺铒光纤放大器(EDFA),同时铒也可以搀杂在其他光纤主体中,氟和碲也可搀杂或联合搀杂在硅光纤中.随着铒通带的传输容量迅速饱和,人们更热哀于寻找其他类型的光纤主体,可以提供铒通带外的光增益.这些新型的光纤放大器与EDFA共同使用,将提供l50 nm到200nm范围内的低损耗通带,以利于未来的高速大容量的传输系统.收稿日期t2000—08～2z—-20——所有的光纤放大器都需要用泵浦源使光子受激辐射,但半导体光放大器是采用电流注入到不同注人方式的半导体复合物中而使光子受激辐射.其他非基于光纤主体的光放大器.例如掺硅的平坦波导和搀杂聚合物的平坦波导也已经取得了很好的进展,达到了实用的水平基于上述技术的新产品已经开始出现,并使用了诸如POW A,PWOA,和EDWA等缩写词,在本文的光放大器分类表中将列出这些新的缩写词.毫无疑问,今后将有其他新型的光放大器和新的缩写词出现在分类表的清单里.2光放大器的分类和缩写r—OFA()^——一L-0WGA一+EI)FAL+EYDFA一一PDFAL?1DFAS()AL,EDWA—DSFA———...L—一I~)FFAL—ED1FAEYDSF^PDFFA1uFF^第3期李永武:光放大器的分类,特性和应用其中:OA(OpticalAmplifier):光放大器0FA(OpticalFibreAmplifier):光纤放大器EDFA(ErbiumDopedFibreAmplifier):掺铒光纤放大器EDSFA(ErbiumDopedSilicaFibre Amplifier):掺铒硅基光纤放大器(就是通常的EDFA)EDFFA(ErbiumDopedFluorideFibre Amplifier):掺铒氟基光纤放大器EDTFA(ErbiumDopedTelluriteFibre Amplifier):掺铒碲基光纤放大器EYDFA(ErbiumYtterbiumDopedFibre Amplifier):掺铒镱光纤放大器EYDSFA(ErbiumYtterbiumDopedSilicaFibreAmplifier):掺铒镱硅基光纤放大器PDFA(PraseodymiumDopedFibreAmplifier):掺镨光纤放大器PDFFA(PraseodymiumDopedFluorideFibre Amplifier):掺错氟基光纤放大器(就是通常的PDFA)TDFA(ThuliumDopedFibreAmplifier):掺铥光纤放大器TDFFA(ThuliumDopedFluorideFibreAmplifier(alsoknownasTDFA)):掺铥氟基光纤放大器(就是通常的TDFA)FRA(FibreRamanAmplifier):拉曼放大器OWGA(Optica1WaveGuideAmplifier):光波导放大器SOA(SemiconductorOptiea1Amplifier):半导体光放大器EDW A(ErbiumDopedWaveguideAmplifier):掺铒波导放大器(也称POWA)3光放大器的工作频段市场上首先使用的是掺铒光纤放大器(EDFA),工作在硅光纤的1550nm低损耗传输窗口.虽然EDFA在l528～l563nm段有近35nm的光通带,但在通带内增益不是根平坦早期的放大器是窄带单波长放大器,使用其l533nm到1557 nm增益窗口的增益峰值.随着WDM的发展. EDFA在1540nm至1563nm的固有平坦增益区域更适用于多通道的应用.这个平坦增益区域称为红带,一般是指18到23nm的带宽.而EDFFA的研究,更注重于较EDFA的红带更为平坦的增益特性,这将使EDFFA适用于更多的WDM通道.随着增益平坦滤波器技术的引入. 可以使EDFA的增益峰值更为平滑,特别是在1533nm附近,将使EDFA具有与EDFFA相同的平坦增益,因而EDFA同样适用于多通道的wDM EDFA加滤波器的解决方案是目前产品中较为通用的方案.C波段放大器适用于常规波段,C波段内1528nm到1540nm这一区域也称为蓝带.红带和蓝带的精确界限一般由制造商界定通常其边界在铒通带的中心即1545nm近年来,利用高功率,低成本的泵浦技术,铒通带的长波长区也可投入实际的应用中,从而开发了一个新的使用窗口.这个窗口位于1570nm到1620tim频带内.因为位于较C波段更长的波段内.因而称之为L波段.通常也日E波段,即扩展波段的意思.而C波段和L波段统称为铒通带使用新型材料的EDTFA可以给出从1530nm到1620tim的带宽内连续平坦增益的工作窗口.同样包括了EDFA所能提供的c波段和I,波段. TDFFA与EDTFA类似,都是采用新型材料的光纤放大器,不同的是,TDFFA开发了从l450tim到1480tim的工作窗VI,这个频段通常称之为s波段.最近的研究结果表明,使用新型材料也可以获得从1480nm到1528nm的工作窗口,这个窗口一般称之为增益位移的s波段.一些资料中也称从1450nm到1520nm这段为s波段.而包层中含有铽离子的掺铥光纤可获得超出L波段即l650tim区域的增益效果.在l550nm传输窗口之外,PDFFA可以提供l310nm传输窗口的光增益,如同拉曼放大器和半导体光放大器一样SOA和简易的单泵源的拉曼放大器,都可以提供约30tim的增益频段对于SOA而言,增益窗口的中心波长受半导体材料特性限制.对于拉曼放大一2】一现代有线传输器,则受限于泵源的波长和光纤的斯托克位移(Stokeshiltofthefiber).有资料显示,多泵源的拉曼放大器可以获得高达100nFll的增益带宽.原理上两种放大器都可提供任意硅光纤传输窗口的增益,目前的数据仅限于1550nm和l310nm窗口.下图说明光放大器的工作窗口和波段.《蜷要}ll可以工作在I3I和I55微米窗口的FRA可工作在l3I和I55微米窗口的SOA4掺铒光纤放大器4.1掺铒硅基光纤放大器(EDFA或EDSFA)41.1概述EDFA的概念于1985年第一次提出.当时传统的无中继系统已接近了其性能的顶峰南安普顿大学的一个研究小组研究发现.某种光纤可以在1550 nm波长附近获得光增益.这些特殊的光纤掺有稀土元素,可由低功率的可见光激励形成粒子数反转.由于操作的便利性.特别是在低损耗及应用于l550nm这个电信应用的窗口附近,使EDFA倍受光纤通信领域注视4.1.2EDFA基本特性通常EDFA可以由多个波长的泵源来激励,一般多用980llln和1480nlTl波长的泵源.可一22一以获得从l520nF1).到l625nm波长范围内的光增益,虽然长波长部分尚未由各种实体最终实现.一个典型的掺铒光纤放大器由单模掺铒光纤,泵浦源,用于混合信号和泵浦功率的WDM器件,输人输出端的隔离器等组成.铒原子有很多能量级别.但是只有一小部分能量级用于通信系统的光放大作用.包括基态和亚稳态.高能级的变化体现为可见的和紫外的光谱区域. 无助于EDFA的应用.下图a为简略的EDFA能量级图.图b为EDFA使用的主要能量级.EDFA的光增益与偏振无关,可以抑制通道间的串音.同时具有高饱和的输出功率及很低量级的噪音EDFA可以同时放大其工作波长区域内的小信号,其工作波长区域根据其设计结构不同而变化.EDFA工作的l550nF1).区域正好是硅光纤的最低损耗区域.而EDFA只引人了dB级的噪音系数.因此可以支持更高的通道数.EDFA极大地提高了光传输系统的容量.同时降低了系统的成本.今后的发展方向是探索各种主体材料,搀杂物和光纤设计,以达到更优化的放大器特性.例如泵浦效率和光谱带宽特性.4.1.3EDFA特性EDFA可以提供约50dB或更高的增益和dB数量级的噪音系数,输出功率大于30dBm,在l4nm的带宽范围内增益变化小于0.2dB.增益,噪音系数,输出功率,功率转换效率以及工作频段内的增益变化是描述EDFA特性主要的光学参数.上述的参数只有在不同的工作条件下才能达到理想中的最优化.1l530.1560nFfl【.咖第3期李永武:光放大嚣的分类,特性和应用对于高饱和的放大器,较好的噪音性能需要很高的反转均值,而较低的反转水平才能提供最好的功率转换效率一些增益平坦技术也会降低噪音性能和功率转换效率.在商用系统里.通常需要较好的性能参数,同样也需要各种参数的折中选取.任何放大器的设计都需要综台考虑各种参数的利害关系. 根据应用的系统情况来选取台适的参数.掺铒光纤是EDFA的核心.EDFA的各种特性参数都与其光谱特性有直接的关系.4.1.4EDFA应用EDFA对光通信领域,特别是在长途光通信系统中有极其重要的作用.一般用做发送机的功率提升,在线放大以及接收机预放大.随着EDFA技术的成熟,将提供更好的性能和更新的功能,包括加强增益平坦程度,双向迢信功能,光分插及光交换功能等等.放大器的使用,将使光通信网络从点到点的应用向复杂光阿络的应用转变.4.2掺铒氟基光纤放大器(EDFFAs)4.2.1概述常规的EDFA在全波段wDM系统中受到严重的限制,主要是因为EDFA光谱增益的不均匀性.由于氟化材料中铒离子不同的光学作用.氟化光纤放大器较常规EDFA有更好的增益平坦特性.4.2.2EDFFA基本特性1975年第一次实现了氟锫酸盐玻璃的研制,由此在1981年产生了ZrF一BaF2IaF3一A1FNaF; (ZBLAN)系统的定义.之后大量的实验工作表明, 这种材料可以应用于传输系统中不同波长的光放大.光纤主体环境和光子能量引起了受激光光谱特性的变化,这是基于硅光纤和基于氟光纤的放大器的主要差别因而EDFFA较EDFA具有更宽更平坦的增益谱线.在ZBLAN玻璃中的光子能量,比在普通硅玻璃中的光子能量要低得多.由于泵源受激状态吸收(ESA)的影响,在ZBIAN中能量级I,:的寿命很长,不足以产生有效的980nm波长的泵浦作用但就1480nm附近的泵浦作用而言,EDFFA与EDSFA可以获得相同的增益,输出功率和噪音性能.除了光纤接头外,EDFFA与EDFA的结构相当类似.这是因为ZBIAN与硅光纤是不能接在一起的,第一,硅光纤的熔接温度需2300K,而ZrF的蒸发温度只有900K.第二,两种材料的扩张系数差别很大,因此,采用机械接头的方法,才能将搀杂光纤与具有较高的数值孔径(NA)的硅光纤接续在一起.从而获得近似的模场直径,高数值孔径的硅光纤与普通硅光纤依次通过热熔接接在一起.42.3EDFFA应用EDFFA可以用做功率放大器,在线放大器和预放大器,同样适用于单通道系统和多通道系统应用多通道适用时要优化输入功率,增益平坦度及输出光谱.与EDSFA相比.在多通道系统中,EDFFA 可以获得较平坦的增益而不需其他附加设备.其突出的优点是可以开发更宽的波段,包括C波段和I 波段,更适用于大容量的WDM系统有材科表明.在传统单模光纤上采用7个EDFFA,可以在24am带内传输16×10Gb/s(中心波长1636.61ilm～1560.61nm)系统531公里而采用两级放大,增益平坦的混合EDFFA【硅/氟化光纤),使用DCF技术.可以在25am带内实现32×10Gb/s500公里以上的传输.4.3掺铒碲基光纤放大器(EDTFAs)43.1概述碲化玻璃是一种折射率高达2的氧化材料EDTFA具有比EDSFA和EDFFA更大的放大频带此外,EDTFA具备其他光纤放大器的特性.诸如偏振无关,低噪音系数和高饱和功率等等.4.3.2EDTFA基本特性EDTFA的放大机制与EDFA类似.是基于铒离子从I,级到I级的受激辐射.光特性方面,掺铒的碲化破璃的特殊性在于:2左右的高折射率,允许比常规硅玻璃更大的受澈辐射断面.在15304l580nm波长区域的横断面是常规硅玻璃的1.3 倍,在1600nm附近更高达2倍.根据理论, EDTFA的长波长区要比EDFA和EDFFA分别向外延伸7ilm和9nrrl.掺铒碲光纤是用特殊方法制造的,其1200Dill波长区域的背景衰耗小于30dB/km.接续碲光纤和硅光纤时,要采用倾斜的v型槽技术,可以获得较低的插入损耗和反射,典型值分别为0.3dB和小于一0dB一23现代有线传精2000正43.3EDTFA特性EDTFA的泵浦涟长可使用980nm和14gOnm,使用前者可以轻松获得较低的噪音特性在l530nm～l610nm宽带使用时,EDTFA在l560nm附近有一个高增益峰值EDTFA与EDFA的增益曲线在1580nm附近略有不同但在长波长一侧,EDTFA有稍宽的增益窗口,在156O～1610nm问50nm的通带内,EDTFA的增益变化为l0,而EDFA要达到这样的增益变化,其通带仅为38nm.因此,EDTFA适用于多级放大结构中,在中间辅以增益均衡技术,以获得高效的宽带放大应用.4.3.4EDTFA应用EDTFA的应用同EDFA.EDTFD可以在波长区域为l530nm至1620nm范围的模拟和数字光链路中使用.EDTFA同样可以用做功率放大器,在线放大器和预放大器.资料显示.一套3Tb/s(160Gb/s×19)的WDM传输系统已使用EDTFA作为BA,采用1580nm工作通带EDTFA的10Gb/s系统进行了无误码实验4.4掺铒镱硅光纤放大器(EYDFA)EYDFA使用联合搀杂技术,可以达到相当高的输出功率,同时具有较低的噪音系数.EYDFA主要用做功率放大器,但由于工作通带的限制.多用于CA TV系统中.5非掺铒光纤放大器5.1掺镨光纤放大器(PDFFAs)PDFFA是应用在1300nm波长范围的光纤放大器.同其他类型的光纤放大器相比,PDFFA的主要特点是高的饱和输出功率,以及与偏振无关的光增益,低失真.低噪音系数等等,主要应用于l300 nm的传输系统例如CATV等5.2掺铥光纤放大器(TDFFAs)TDFFA是一种146Onm和1650nm双波长区域的光纤放大器,主要特点是高的饱和输出功率,光增益与偏振无关,低噪音系数等等.TDFFA的应用与EDFA相同,适用于1450—24一~lTD.到1500nlJ1区域的光模拟和数字链路中,可以用做BA,LA和PA.目前已有采用TDFFA和EDFA进行3波段光传输的使用经验.6拉曼放大器(FRAs)6.1概述1928年,C.V.Raman发现了自发拉曼教应.但直到1972年RH.Stolen才第一次报道了硅光纤中的受激拉曼散射.之后由于FRA的低噪音特性被广泛深入的研究,最初拉曼放大器需要较高的泵浦功率,只有高功率的脉冲泵源才能获得足够的功率去泵浦拉曼放大器.固EDFA的出现.曾一度放橙了对FRA的研究.最近由于带宽的需求,FRA的优势又显现出来.拉曼放大器不依糊于原子荧光,只要具备高功率的泵源,能适用于任意的波长范围高功率连续渡二极管激光器的发展,又刺激了FRA 在铒通带以外范围的光增益功能另外一个原因是使用拉曼放大器可以延伸传输系统中EDFA之问的距离.6.2FRA基本特性FRA与EDFA的放大机制是不同的,EDFA依靠铒原子的荧光,FRA利用较弱的非线性散射获取增益.6.3FRA应用同EDFA相比.FRA虽然有诸多的缺点,但FRA技术的发展很快.由于带宽的需求增长很快,适用于任意波长的FRA将起到越来越重要的作用.已有在2.5Gb/s速率,1.3gm,1.4gm和1.5～1.6m窗口使用不连续的拉曼放大器的经验不连续的FRA可以提供超过[00nm带宽区域的光增益,采用多个泵源可以获得20dB以上的增益.此外拉曼增益还可以作为色散补偿模块使用.7半导体光放大器(SOAs)近些年来.SOA技术已足够成熟,已经可以生产大规模的可靠产品.其低噪音,高功率,增益与偏振无关的特性使SOA成为现代通信系统中的组成第3期李水武:光放太器的分类特性和应用部分SOA虽然技术发展很快,但目前仅作为OFA的一种*bYg.SOA主要适用于性能要求不高,成本很低的光链路中,例如城域阿或接入网.8掺铒波导放大器(EDWAs)子实现光放大.其主要特点是小型化和低成本目前已进入商用阶段.由于其中等的增益和有限的饱和功率,限制了EDW A在高性能需求范围的应用但它低廉的成本同样具有竞争力参考文献1ITUTSG15TD-022(WP4,15)Agri[2000EDW A基于集成光波导技术,搀杂稀土元素离2韦乐平光同步数字传送网?jE京:^民邮电出版社?.一一_-一…_-●.hh_●,一'L●_L●__Lh__L''._h____^一h一hh_hh_^hh_h'__'h_''h''{_h__hhh(上接第12页)导率应不大于100~s/'cm}c)发烟浓度:光缆燃烧时产生的烟雾应使透光率不小于j0在本文的第4节中,已论述了对于室内光缆阻燃性能的试验方法有单根燃烧试验(包括垂直燃烧,水平燃烧和倾斜燃烧,其中垂直燃烧比水平燃烧和倾斜燃烧更严格)和成柬燃烧试验.显然,成束燃烧的试验条件是最严格,最苛刻的,根据经验,如果成束燃烧试验合格则单根燃烧试验也一定合格.依据我们对室内光缆阻燃性能的研究,认为室内光缆燃烧性能宜是阻燃级.即宜采用成柬燃烧试验进行验证;但是对于室内光缆中的软线室内光缆因其在大多数情况下是单根使用的,故也可以是不延燃级即采用单根垂直燃烧试验进行验证即可.(上接第19页)参考文献1CFLamandE.Y aⅡ10…LtchMULT【WAVELENGTH OPTICALCODED1VIS1ONMULTIPLEXING2曹志刚.钰亚生现代通信原理北京:清华大学出版社3CedricFLam?RutgeTVrijen—dennisTKTong.Experimenta[ DemonstrationofpeetraIlyEncoded4张宝富.朱勇李王枉光纤扩频通信系统中光编码器的研究通信199875薛采网.非景韶.光纤码分多址技术研究.上海盘大学撤.199611 6CedricFLain—MingCWu.DennisTKTongExperimental Demom~lrationofBipolarOptiea[CDMASystemUsing日BalancedTransmitterandComplementarySpectra[Encoded7扬卫先,林须端编码密码学北京人民邮电出版牡.1g92128胡健栋帮朝晖等码分多址与十人通信北京:^民邮电出版社此外,燃烧试验与实际火灾情况是有差异的,并不能完全反映实际火灾中的情况.这些试验仅仅是在特定试验条件下进行的,它们只不过准确地模拟了在实际中几乎不存在的情况,它们反映的是在特定试验条件下室内光缆的燃烧性能.为了更接近实际火灾的情况,我们还需进一步地探讨室内光缆的燃烧试验方法及其燃烧性能要求.参考文献1GB12666.1～12666.790电线电缆燃烧试验方法2YD,"T898—1997单芯光缆3胡先志,邹林森刺有信等光缆及工程应用第2版北京:^民邮电出版社.19988:12O～1214YD/TXX××-200×.室内光纤带光缆L征求意见稿)l9§6109段洪玺全光阿络把码分复用通信关键技术的研究中山大学博士学位论文1998年4月1cKBenLettaief+Theper[ormanceofOptiealFibreDirectS,equeneeSpread—SpectrumMuhip[eAccessCommunications Syst㈣IEEETransactions0nCommunications.V0l_43NO11November1995111W.BandDGMCruiekshanklmprovlngthec日padtyof CDMAsystemsusingeonvolutionalcodingandinterference canceliadanIEEEProcCommunV o1.145.N033une109812JawadASalehi—MernberrIEEECodeDivisionMuLtipleAccess TeehniquesinOFtica]FibreNetworks—PartI_Fundamenta[ PrinciplesIEEETransactions0ncommunicationsV ol37Na8 August1989i3JawadA.SalehiMember.IEEEandCharlesABrackett. MemberIEEE.CodeDivisionMuLtIple—AccessTeehniquesin OpticalFibieNetworks-PartII.PerformanceAnatysis.]EEETra~acdonsoncommunieationsV o[37No.8August198925。

光放大器概述

大能量、高功率与方向性、单色性、脉宽相互制约
2.光通信系统中的光中继器（EDFA)
3.全光信号处理器件(半导体光放大器－SOA）
§6.1 激光放大器的特点与分类
光放大概念－利用受激辐射实现光放大
光放大的前提条件－粒子数反转分布对入射光要求？
g<0
吸收
g=0
透明
g>0
放大ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
上述放大器与激光器的差别：无谐振腔－行波光放大器
(6.3.17)
I po I po p 1 p 0 0 ln pl ln G pl ln G ln 1 1 I pth 1 1 I pth
实验测量

(6.3.18)
激光器－激光振荡器－再生（光）放大器
按工作方式分类:
行波放大器
I0 P0
I l
再生放大器(F-P放大器)
r1 r2
I 1 I1
g>0
Pl
I0 P0
g>0
I2 I2
I l
Pl
对入射光要求： • 行波放大器: 只要求入射光频率在增益介质谱线范围内 • 再生放大器: 入射光需在谐振腔本征频率附近, 保证频率匹配
dI p z dz
• 归一化信号光、泵浦光输运方程
I p z
I dI z p z I z dz I (6.3.11) p z 1 I z 1 dI p z dz
分子上 I P z 1 I Pth
输出光强
g
0
l
m
dz
可得

光学放大法的原理

光学放大法的原理光学放大法（Optical Amplification）是一种利用光的相干性和受激辐射的原理来放大光信号的技术。

它在光通信、光纤传感、激光科学等领域起到了重要的作用。

本文将详细介绍光学放大法的原理及其在光通信中的应用。

光学放大法的原理主要基于两个关键概念：受激辐射和光的相干性。

受激辐射是指当一个原子或分子处于激发态时，如果有一个入射光子与其相互作用，它就能通过发射一个新的光子回到基态。

这个过程中，发射的光子具有和入射光子相同的频率、相位和传播方向。

这种现象是由爱因斯坦提出的受激辐射理论来解释的。

光学放大法利用受激辐射的原理来实现光信号的放大。

在光学放大器中，激发器提供了能量，使得工作物质中的原子或分子处于激发态。

当入射光信号通过工作物质时，与其相互作用的原子或分子会发生受激辐射，并产生放大的信号。

这个放大过程是基于反转粒子数（反转度）的，反转度是指处于激发态的原子或分子的数量超过了处于基态的数量。

当反转度达到一定阈值时，就能够实现放大，产生高强度的输出信号。

光学放大法还依赖于光的相干性。

相干性是指两个或多个光波之间存在确定的相位关系，即它们的波峰和波谷的位置随时间的变化而保持一致。

在光学放大器中，入射光信号的相干性决定了放大过程中的相位关系。

如果入射光信号的相干性很好，光学放大器就能够将其放大而不引入相位噪声。

相反，如果入射光信号的相干性较差，放大过程就会引入相位噪声，从而影响信号的质量。

光学放大法的应用主要集中在光通信领域。

在光纤通信中，光信号在传输过程中会衰减，因为光在光纤中的传播会受到损耗的影响。

为了增大光信号的传输距离和提高接收端的灵敏度，需要对光信号进行放大。

光学放大器成为了一种重要的增益器件，能够将衰减的光信号放大，使其恢复到适合传输和接收的水平。

光学放大器通常使用掺铒光纤（Er-doped fiber）或半导体材料作为工作物质。

在掺铒光纤中，铒离子的能级结构提供了受激辐射的机制。

光放大器的作用

光放大器可以解决WDM系统衰耗受限的难题，并可以节省大量的电再生设备，可以毫不夸张地说，掺铒光纤放大器EDFA是光传送技术的最伟大成果之一，没有EDFA就没有WDM系统的的实用化。

本章将重点介绍已经广泛应用的EDFA的工作原理、结构与性能参数；并对拉曼光放大器进行了简要介绍。

§3.1 光放大器的作用与要求1．光放大器的作用光放大器的作用是对复用后的光信号进行放大，以解决WDM系统的超长距离传输和系统中波分复用器件的插损问题。

WDM系统一般都需要配置光放大器，因为合、分波器的插损较大，它会使WDM 系统的传输距离大大减小，以至于不能满足实际需求。

以2.5Gb/s系统为例，其收、发之间的允许衰耗一般为26dB左右，扣除光连接器衰耗、光缆富余度与光通道代价等，所以可传输80km左右。

但对于WDM系统而言，还要再考虑合、分波器的插损（如8dB），因此若不使用光放大器，其传输距离仅为20~30km左右，根本无法满足实际需求。

可以说，没有光放大器，也就没有WDM技术的实用化。

2．对光放大器的要求（1）．高增益所谓增益就是光放大器对光信号的放大倍数。

从衰耗的角度出发，其值越大，越有可能传输更长的距离。

一个良好的光放大器的增益可达33dB以上。

（2）．宽带宽要想用一个光放大器对WDM系统的全部光复用通道信号进行放大，光放大器必须具有足够宽的带宽；而且其放大特性必须非常平坦。

只有足够的带宽，才可能实现用一个光放大器对系统所有复用光通道信号的同时放大；只有具有平坦的放大特性，才能达到光放大器对所有复用光通道信号进行均匀放大的目的，以便于系统的设计与实施。

（3）．低噪声系数光放大器是一种有源器件，除了具有光放大作用之外，它本身还可能会产生噪声，如目前应用最广泛的EDFA就会产生自发辐射噪声ASE。

噪声会劣化系统的性能，降低接收端的光信噪比。

因此要求光放大器应该具有很低的噪声系数，[url=/]魔兽sf[/url]使其对系统的性能劣化减少到最低限度。

WDM系统中光放大器的性能介绍

WDM系统中光放大器的性能介绍作者：贺伟来源：《科技资讯》 2011年第26期摘要：本文将介绍光放大器的基本性能，较仔细地介绍了三种光放大器，包括掺铒光纤放大器（EDFA）、半导体光放大器（SOA）、拉曼光纤放大器的基本原理和优缺点。

关键词：WDM系统光放大器性能中图分类号：TN919 文献标识码：A文章编号：1672-3791(2011)09(b)-0000-001 光放大器概述我们知道光纤有一定的衰耗，光信号尤其是光WDM(wavelength-division multiplex光波分复用)信号沿光纤传播将会衰减，传输距离受衰减的制约。

因此，为了使光信号特别是光WDM信号传得更远，我们必须在中途对光进行放大。

传统的增强光信号的方法是使用再生器。

但是，这种方法存在许多缺点。

随着光通信技术的发展，尤其是光WDM的进步，我们有了一种直接光放大技术－－光放大器。

1.1 光放大器的特点光放大器的工作不需要转换光信号到电信号，放大后再转回光信号，它是直接对光进行放大。

这个特性导致光放大器比再生器有两大优势。

第一，光放大器支持任何比特率和信号格式；第二，光放大器不仅支持单个信号波长放大－－像再生器，而且支持多个波长信号（光WDM）的光信号放大。

1.2 光放大器的分类现在主要有两种类型的光放大器：半导体光放大器（SOA）和光纤放大器（OFA）。

半导体光放大器利用半导体材料固有的受激辐射放大机制，实现光放大，其原理和结构与半导体激光器相似。

光纤放大器与半导体放大器不同，光纤放大器的活性介质（或称增益介质）是一段特殊的光纤或传输光纤，并且和泵浦激光器相连，当信号光通过这一段光纤时，信号光被放大。

光纤放大器又可以分为掺稀土离子光纤放大器（Rare Earth Ion Doped Fiber Amplifier）和非线性光纤放大器。

1.3 光放大器的主要性能参数光放大器是一个模拟器件，所以它的性能参数都是模拟参数。