光放大器和光中继器共45页
第07章 光 放 大 器
(SNR)out =
2 Ip
σ
2
=
( RGPin ) 2
σ
2
GPin ≈ 4Ssp ∆f
(7.1.15)
由此，可以得到噪声指数为
NF =
2nsp (G − 1) G
≈ 2nsp
(7.1.16)
第7章 光放大器
其中， nsp是自发辐射系数或粒子数反转系数，对于一个完 全粒子数反转放大器，其值为1，光粒子数反转不完全时， 其值小于1。式(7.1.16)说明，即使对于nsp=1的理想放大器， 被放大后信号的信噪比也要比输入信号的信噪比低。光放 大器用于光通信系统，要求噪声指数尽可能低。
第7章 光放大器
通常定义放大器增益降到最大小信号增益一半时的输 出功率为饱和输出功率，按此定义，可以得到饱和输出功 率为
P
sat out
G0 ln 2 Ps = G0 − 2
(7.1.11)
一般来说， G0在一定范围内， Psatout约为饱和功率的 70%，当G0值很大时， Psatout几乎与G0无关。
第7章 光放大器
g 0 (ω ) g (ω , P ) = 1 + (ω − ω0 ) 2 T22 + P / Ps
(7.1.1)
式中， g0为增益峰值， 与泵浦强度有关； ω为入射光信号频 率； ω0为原子跃迁频率； P为被放大光信号的功率； Ps为饱 和功率， 与增益介质的参数有关。 对小信号放大时， 即P/Ps<<1， 此时的增益系数为
第7章 光放大器
图7-1-1 光放大器基本结构示意图
(a) 半导体光放大器； (b) 掺杂光纤放大器； (c) 非线性光纤放大器
第7章 光放大器
第八章 -2012- 光放大器
图 8.2 需要指出的是，在光纤通信系统中，再生中继器与光放大器的作用是不同的，我 们用图 8.3 来说明。再生中继器可产生表示原有信息的新信号，消除脉冲信号传 输后的畸变和噪声，从这个意义上讲，光放大器并不能代替再生中继器。光放大 器存在着噪声积累，而且不能消除色散对脉冲展宽。当信号的传输距离在 500 公里到 800 公里之间时， 可采用光放大器来补偿信号的衰减， 当超过这个距离时， 再生中继器则是必不可少的。
2
（ 8-17 ）
其中， R1 和 R2 是端面反射率， νm 表示腔共振频率 ( m mc 2ng L )， L c 2ng L 是纵模间隔，也称为 FP 腔的自由光谱范围。 G 是单程放大倍数。由上述的
GFP 方程可以看到，每当入射光的频率 ν 与腔共振频率 νm 一致时，放大倍数 GFP 达到峰值。而入射光的频率偏离腔共振频率峰时， GFP 急剧下降。图
Pout exp g L ，使用初始条件 P0 Pin 、 PL Pout GPin ，就可 Pin
以得到大信号增益：
G 1Pout G G0 exp GPsat
（8-5）
式中，G0 exp g 0 L 是小信号 （不饱和） 放大倍数。 由上式分析可知， 随着 Pout 的增加，G 值将下降。根据饱和输出光功率的定义，可求得它的表达式
图 8.1 与传统中继器比较起来，它具有两个明显的优势， 第一， 它可以对任何比特率和格式的信号都加以放大，这种属性称之为光放大器 对任何比特率和信号格式是透明的。 第二， 它不只是对单个信号波长，而是在一定波长范围内对若干个信号都可以放 大。 光放大器是基于受激辐射机理来实现入射光功率放大的， 工作原理如图 8.2 所示。
光放大器与光中继器
1.半导体放大器（SOA）
谐振式 行波式
2.光纤放大器
掺稀土元素光纤放大器 （如EDFA、PDFA）
非线性光学放大器
布里渊（SBA）光纤放大器
取自 豆丁网
第 6章
光放大器和光中继器
一、半导体光放大器(SOA: Semiconductor Optical Amplifier) 它是由半导体材料制成，可看成是没有反馈的半导体 行波放大器。 二、掺铒光纤放大器
为了在放大带宽内的增益平坦，在EDF 中掺入适量
第 6章
光放大器和光中继器
5) 增益特性稳定：EDFA对温度不敏感，增益与偏振相关
性小。
6)可实现透明传输：所谓透明，是指可同时传输模拟和数 字信号，高、低比特率信号，系统扩容时，可改动端 机面不改动线路。 7）连接损耗低，因为是光纤型放大器，所以与光纤连续
比较容易，连接损耗可低到0.1dB。
第 6章
当距离设立中继站，一种是光/电/光转换形式,另一种是直接
对光进行放大的光放大器.
第 6章
光放大器和光中继器
光放大器意义
我们知道光纤有一定的衰耗，光信号沿光纤传播将会
衰减，传输距离受衰减的制约。因此，为了使信号传得更 远，我们必须增强光信号。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，首先，再生器 只能工作在确定的信号比特率和信号格式下，不同的比特 率和信号格式需要不同的再生器；其次，每一个信道需要 一个再生器，网络的成本很高。 随着光通信技术的发展， 现在人们已经有了一种不采用再生器也可以增强光信号的 方法，即光放大技术。
第 6章
光放大器和光中继器
全光通信网
第六章 光放大器和光中继器
第 6章
光中继器
全光中继器的局限性
缺点：波形失真不能被消除，噪声也会被不断放大。 解决办法： 色散位移光纤，使得1550nm处色散为零； 窄谱光源来减小色散。
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4.5 光中继器
影响光纤通信距离的因素
影响光纤通信距离的主要因素是光纤损耗和色散。 光纤损耗：脉冲信号光在光纤中，随着传输距离的增加，脉冲 幅度逐渐变小。 光纤色散：脉冲信号光在光纤中，随着传输距离的增加，脉冲 宽度逐渐展开，波形发生畸变。
2
光中继器的作用
光中继器：补偿信号光的损耗，消除信号光畸及噪声影响。 两种形式： 光-电-光中继器 全光中继器
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全光中继器
全光中继器：直接对信号光进行放大，不需要再生器的作用。 特点：结构简单，成本低。 光放大器： • 掺铒光纤放大器 • 光纤拉曼放大器 • 新型光纤放大器
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EDFA放大器构成图
泵浦激光
掺铒光纤
输入信号
光隔离器 波分复用器
光隔离器
输出信号
8
全光中继器的特性
① 泵浦特性 ② 增益频谱 ③ 小信号增益和饱和特性 ④ 增益压缩特性 ⑤ 放大器噪声 ⑥ 多信道应用
3
光电光方式的光中继器组成
信号光 输入
光检 测器
前置放大
主放
均放
判决 调制电路
信号光 输出
光源
AGC放大
时钟 提取
AGC放大
4
光中继器功能框图
光信号 输入
光接收
中继分插
光发送
光信号 输出
区间 通信
监控 告警
公务 电话
光信号 输出
光发送
中继分插 5
光接收
光信号 输入
光-电-光中继器的优缺点
光中继器的结构
光中继器由光检测器与前置放大器、主放大器、判决再生电路、光源与驱动电路等组成，其基本功能是再放大
(re-amplifying)、再整形(re-shaping)和再定时(re-timing)。
具有这三种功能的中继器称为3R中继器;而仅具有前两种功能的中继器称为2R中继器。
经再生后的输出脉冲，完全消除
和畸变也不会积累，这就是数字通信作长距离通信时最突出的优点。
由于光放大器已趋于成熟，它可作为
1R(re-amplifying)中继器(仅仅放大)代替3R或2R中继器，构成全光光纤通信系统，或与3R中继器构成混合中继方式，可大大简化系统的结构，是发展方向。
放大器与中继器的区别,光放大中继器的作用
放⼤器与中继器的区别,光放⼤中继器的作⽤放⼤器与中继器的区别,光放⼤中继器的作⽤有⽤户在问：⽆线路由器和wifi信号放⼤器有什么不同？是不是就和wifi中继器⼀样？WIFI信号放⼤器可以作为⽆线路由器使⽤吗？⽆线路由器是指接⽹线可以发射⽆线wifi，有线信号和⽆线wifi都可以使⽤；⽽信号放⼤器指接收⽆线路由器的wifi信号传到更远的地⽅，可以理解为路由器wifi信号的接⼒，这个就是中继功能，信号放⼤器还有⼀个AP模式就是直接从路由器接⼀根⽹线到信号放⼤器上就可以将有线信号转为⽆线wifi信号，是需要和路由器配合使⽤的，⽽不能单独做路由的，宾馆出差的⽹线直接插在信号放⼤器上是可以转为⽆线wifi的，前提是要从路由器分下来的⽹线插在信号放⼤器上才可以转为wifi的，如果是那种拨号的就不能直接接的，必须接路由器后才可以接信号放⼤器的！光纤通信⾥的光中继器的作⽤光信号在光纤中传输会有损耗和⾊散及⾮线信效应影响其传输距离和容量.损耗影响信号幅度,⾊散导致光纤带宽展宽形成误码.要想远距离传输必须在光纤线路上加⼊光中继系统,⽤来补偿信号的传输损耗和⾊散.如不使⽤,信号在远距离传输后就太⼩了⽽且发⽣严重误码,接收机可不可能成功接收.光中继成本过⾼,光放⼤器出来后⼀般都使⽤光放⼤器代替光中继作⽤,⼀般常⽤放⼤器有掺铒光放(EDFA)和拉曼散射放⼤器,也有新出的⾊散补偿放⼤器补偿⾊散.光中继器的功能：补偿光的衰减，对失真的脉冲信号进⾏整形。
当光信号在光纤中传输⼀定距离后，光能衰减，从⽽使信息传输质量下降。
为了克服这⼀特点，在⼤容量、远距离光纤通信系统中，每隔⼀段距离设置⼀个中继器，保证光纤⾼质量远距离传输。
这种系统也叫光纤中继通信。
光中继器是在长距离的光纤通信系统中补偿光缆线路光信号的损耗和消除信号畸变及噪声影响的设备。
是光纤通信设备的⼀种。
其作⽤是延长通信距离。
通常由光接收机、定时判决电路和光发送机三部分及远供电源接收、遥控、遥测等辅助设备组成。
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谢谢！
光放大器和光中继器
51、没有哪个社会可以制订一部永远 适用的 宪法， 甚至一 条永远 适用的 法律。 ——杰 斐逊 52、法律源于人的自卫本能。——英 格索尔
53、人们通常会发现，法律就是这样 一种的 网，触 犯法律 的人， 小的可 以穿网 而过， 大的可 以破网 而出， 只有中 等的才 会坠入 网中。 ——申 斯通 54、法律就是法律它是一座雄伟的大 夏，庇 护着我 们大家 ；它的 每一块 砖石都 垒在另 一块砖 石上。 ——高 尔斯华 绥 55、今天的法律未必明天仍是法律。 ——罗·伯顿
Байду номын сангаас
61、奢侈是舒适的，否则就不是奢侈 。——CocoCha nel 62、少而好学，如日出之阳；壮而好学 ，如日 中之光 ；志而 好学， 如炳烛 之光。 ——刘 向 63、三军可夺帅也，匹夫不可夺志也。 ——孔 丘 64、人生就是学校。在那里，与其说好 的教师 是幸福 ，不如 说好的 教师是 不幸。 ——海 贝尔 65、接受挑战，就可以享受胜利的喜悦 。——杰纳勒 尔·乔治·S·巴顿
第5章光放大器
3R再生器：是指具有重放大（Re-amplification）、重整 形（Re-shaping）、重定时（Re-timing）功能的光再生器。 其作用是通过放大提高信号幅度、通过整形消除脉冲失真、 通过定时去掉脉冲前后沿抖动（Jitter）。
第5章 光放大器
铒
输入光
光 纤
泵 浦 LD WDM
(a)
输出光 输入光
铒
光
纤
输 出 光信 号
泵 浦 LD WDM
(b )
铒
输入光
光 纤
输 出 光信 号
泵 浦 LD WDM
泵 浦 LD WDM
(c)
图5.6 EDFA的三种结构
光 隔 离器 偏振器
第5章 光放大器
EDFA的泵浦方式各有什么优缺点？
1、同向泵浦增益最低，而反向泵浦比同向泵浦可以提高 增益3dB~5dB。这是因为在输出端的泵浦光比较强，可以更 多地转化为信号光。而双向泵浦又比反向泵浦输出信号提高 约3dB，这是因为双向泵浦的泵功率也提高了3dB。
环绕在纤芯外的折射率较低的玻璃包层则完善了波导结构， 并提供了抗机械强度的特性。
保护层的加入则将光纤总直径增大到 250 μm。由于它的 折射率较包层而言有所增加，因而它可将任何不希望在其包 层中传播的光转移掉。
第5章 光放大器
掺 铒 高密 度 带 (1 00 ～ 20 00 ppm)
直 径 3～m6 掺 锗 的纤 芯
第5章 光放大器