光放大器原理和类型
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6.1 光放大器原理和类型
1 光放大器原理
光放大器是一种能够在保持光信号特征不 变的条件下，增加光信号功率的有源设备。
光放大器的基本工作原理是受激辐射或受 激散射效应。
1 光放大器原理
光学泵浦由外界泵浦提供了所必须的能级间的 粒子数反转。
E3
泵浦
E2 激光发射
E1 （a）三能级泵浦结构
E3
E2 泵浦
④ 放大器噪声
噪声指数Fn的定义：
Fn
( SNR) in ( SNR) out
（6）
式中的SNR为信噪比是由光接收机测得的，因 此所得Fn值也和接收机参数有关。
3 光放大器类型
光放大器
光纤放大器
掺稀土元素放大器
非线性效应放大器
掺铒 光纤 放大器
掺镨 光纤 放大器
光纤 拉曼 放大器
光纤 布里渊 放大器
E1
E0 （b）四能级泵浦结构
1 光放大器原理
半导体光放大器
法布里－珀罗谐振腔式光放大器（FPSOA） 注入锁定式光放大器（ILSOA） 行波式光放大器（TWSOA）。
掺杂稀土元素光放大器
EDFA和PDFA
光纤布里渊放大器 光纤拉曼放大器
2 光放大器的主要参数
① 增益系数 ② 增益谱宽与放大器带宽 ③ 增益饱和和饱和输出功率 ④ 放大器噪声
③ 增益饱和与饱和输出功率
放大器增益随输出功率的变化
③ 增益饱和与饱和输出功率
当输出功率增大至可以与饱和功率相比拟时，
放大器的增益可以表示为
G
G0
exp
G 1 G
Pout Ps
(5)
增益饱和是放大器能力的一种限制因素，通常
将放 大器增益降至最大小信号增益一半（3dB）
时
的输出功率定义为饱和输出功率。
① 增益系数
g
g0
1 0 2 T22 P Ps
Βιβλιοθήκη Baidu
② 增益谱宽与放大器带宽
小信号或非饱和状态时，增益系数可以表示为
g
g0
1
2 0
2 2
(3)
T
增益谱宽：增益系数g(ω)降至最大值一半处的频谱宽度
② 增益谱宽与放大器带宽
放大器的增益： (4)
带宽：放大器的增益降至最大值一半处的频谱宽度
半导体光放大器
谐振式
行波式
1 光放大器原理
光放大器是一种能够在保持光信号特征不 变的条件下，增加光信号功率的有源设备。
光放大器的基本工作原理是受激辐射或受 激散射效应。
1 光放大器原理
光学泵浦由外界泵浦提供了所必须的能级间的 粒子数反转。
E3
泵浦
E2 激光发射
E1 （a）三能级泵浦结构
E3
E2 泵浦
④ 放大器噪声
噪声指数Fn的定义：
Fn
( SNR) in ( SNR) out
（6）
式中的SNR为信噪比是由光接收机测得的，因 此所得Fn值也和接收机参数有关。
3 光放大器类型
光放大器
光纤放大器
掺稀土元素放大器
非线性效应放大器
掺铒 光纤 放大器
掺镨 光纤 放大器
光纤 拉曼 放大器
光纤 布里渊 放大器
E1
E0 （b）四能级泵浦结构
1 光放大器原理
半导体光放大器
法布里－珀罗谐振腔式光放大器（FPSOA） 注入锁定式光放大器（ILSOA） 行波式光放大器（TWSOA）。
掺杂稀土元素光放大器
EDFA和PDFA
光纤布里渊放大器 光纤拉曼放大器
2 光放大器的主要参数
① 增益系数 ② 增益谱宽与放大器带宽 ③ 增益饱和和饱和输出功率 ④ 放大器噪声
③ 增益饱和与饱和输出功率
放大器增益随输出功率的变化
③ 增益饱和与饱和输出功率
当输出功率增大至可以与饱和功率相比拟时，
放大器的增益可以表示为
G
G0
exp
G 1 G
Pout Ps
(5)
增益饱和是放大器能力的一种限制因素，通常
将放 大器增益降至最大小信号增益一半（3dB）
时
的输出功率定义为饱和输出功率。
① 增益系数
g
g0
1 0 2 T22 P Ps
Βιβλιοθήκη Baidu
② 增益谱宽与放大器带宽
小信号或非饱和状态时，增益系数可以表示为
g
g0
1
2 0
2 2
(3)
T
增益谱宽：增益系数g(ω)降至最大值一半处的频谱宽度
② 增益谱宽与放大器带宽
放大器的增益： (4)
带宽：放大器的增益降至最大值一半处的频谱宽度
半导体光放大器
谐振式
行波式