光放大器原理分类及特点图文
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光纤通信技术光放大器
拉曼放大器（RA）
总结词
利用拉曼散射效应实现光放大的器件， 具有宽带、低噪声、高效率等优点。
详细描述
RA利用拉曼散射效应，将泵浦光的能 量转移到信号光上，实现信号光的放 大。RA具有宽带、低噪声、高效率等 优点，适用于大容量、长距离光纤通 信系统中的分布式放大。
掺铒光纤放大器（EDFA）
总结词
利用掺铒光纤作为增益介质的光放大器，具有高效率、低噪声、宽带等优点。
光放大器的分类
按照工作波长
可分为可见光放大器和不可见光放大 器，其中不可见光放大器又可分为近
红外和中红外光放大器。
按照增益介质
可分为气体、液体和固体光放大器。
按照工作原理
可分为自发辐射放大器和受激发射放 大器。
光放大器的重要性
延长传输距离
光放大器能够将微弱的光信 号放大，从而延长了光纤通 信系统的传输距离，提高了 通信容量和可靠性。
要点二
新结构
探索新型的光放大器结构和设计，以提高其稳定性和可靠 性。
光放大器与其他光子器件的集成化
集成化技术
研究光放大器与其他光子器件的集成化技术，以提高系 统的集成度和稳定性。
模块化应用
开发标准化的光放大器模块，以满足不同光纤通信系统 的应用需求。
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光计算与光处理
总结词
光放大器在光计算和光处理领域的应用 ，可以实现高速、高带宽的信息处理。
VS
详细描述
光计算和光处理利用光信号的高速传播和 并行处理能力，进行大规模数据运算和信 号处理。光放大器在光计算和光处理系统 中起到扩展传输距离和提高光信号功率的 作用，有助于提高系统运算速度和降低延 迟。
《光放大技术》课件
详细描述
总结词
光放大技术在光纤通信、光学传感、激光雷达等领域有广泛应用。
总结词
光放大技术广泛应用于光纤通信领域，用于放大传输过程中的光信号，提高通信系统的传输距离和可靠性。在光学传感领域，光放大技术用于提高探测器的灵敏度和分辨率。在激光雷达领域，光放大技术可以提高激光雷达的探测距离和精度。
详细描述
光放大技术也可以应用于医疗领域，如光学成像、激光治疗和光学检测等。
总结词
在光学成像领域，光放大技术可以提高成像质量和分辨率，如荧光显微镜、光学相干断层扫描仪等医疗设备中都有广泛应用。在激光治疗领域，光放大技术可以提高激光能量密度和精度，实现高效、安全的治疗效果，如激光眼科手术、激光美容等。在光学检测领域，光放大技术可以用于检测生物分子、细胞和组织等的结构和功能，为医学研究和诊断提供有力支持。
分析实验结果，对比理论值与实际值，探讨误差原因。
结果分析
总结实验结论，提出改进意见和建议。
结论总结
THANKS
感谢观看
在多通道光放大系统中，通道间的交叉增益调制效应可能会导致信号质量的下降。
探索新型的光放大材料，提高光放大器的性能和稳定性，降低对温度和泵浦光源的依赖。
新型光放大材料研究
研究适用于更宽光谱范围的光放大技术，以实现对不同波长光信号的有效放大。
宽光谱光放大技术
将光放大器与其他光器件集成在一起，实现更紧凑、高效的光通信系统。
光放大器集成化
结合人工智能和机器学习等技术，实现对光放大器的智能控制和优化，提高光放大器的性能和稳定性。
智能化光放大技术
05
光放大技术的实验与实践
光放大器、光信号发生器、光功率计、光衰减器、光隔离器、光滤波器等。
实验设备
总结词
光放大技术在光纤通信、光学传感、激光雷达等领域有广泛应用。
总结词
光放大技术广泛应用于光纤通信领域，用于放大传输过程中的光信号，提高通信系统的传输距离和可靠性。在光学传感领域，光放大技术用于提高探测器的灵敏度和分辨率。在激光雷达领域，光放大技术可以提高激光雷达的探测距离和精度。
详细描述
光放大技术也可以应用于医疗领域，如光学成像、激光治疗和光学检测等。
总结词
在光学成像领域，光放大技术可以提高成像质量和分辨率，如荧光显微镜、光学相干断层扫描仪等医疗设备中都有广泛应用。在激光治疗领域，光放大技术可以提高激光能量密度和精度，实现高效、安全的治疗效果，如激光眼科手术、激光美容等。在光学检测领域，光放大技术可以用于检测生物分子、细胞和组织等的结构和功能，为医学研究和诊断提供有力支持。
分析实验结果，对比理论值与实际值，探讨误差原因。
结果分析
总结实验结论，提出改进意见和建议。
结论总结
THANKS
感谢观看
在多通道光放大系统中，通道间的交叉增益调制效应可能会导致信号质量的下降。
探索新型的光放大材料，提高光放大器的性能和稳定性，降低对温度和泵浦光源的依赖。
新型光放大材料研究
研究适用于更宽光谱范围的光放大技术，以实现对不同波长光信号的有效放大。
宽光谱光放大技术
将光放大器与其他光器件集成在一起，实现更紧凑、高效的光通信系统。
光放大器集成化
结合人工智能和机器学习等技术，实现对光放大器的智能控制和优化，提高光放大器的性能和稳定性。
智能化光放大技术
05
光放大技术的实验与实践
光放大器、光信号发生器、光功率计、光衰减器、光隔离器、光滤波器等。
实验设备
光放大器饱和
光放大器饱和摘要：一、光放大器的基本原理二、光放大器的分类与特点三、光放大器的应用领域四、光放大器的饱和现象及影响五、应对饱和策略与未来发展趋势正文：光放大器作为光纤通信系统中的重要组件，对于信号的传输与放大起着关键作用。
本文将从光放大器的基本原理、分类与特点、应用领域等方面进行介绍，并重点分析光放大器的饱和现象及其影响，探讨应对策略与未来发展趋势。
一、光放大器的基本原理光放大器的工作原理主要基于掺铒光纤放大器（EDFA）和掺铥光纤放大器（TDFA）等技术。
在这些放大器中，掺杂稀土离子光纤对输入的光信号进行放大。
当光信号通过光纤时，稀土离子掺杂光纤中的能级跃迁产生增益，从而实现光信号的放大。
二、光放大器的分类与特点1.按工作波长分类：可分为短波长光放大器（如EDFA）和长波长光放大器（如TDFA）。
2.按增益介质分类：可分为光纤放大器（如EDFA、TDFA）和半导体光放大器（如SOA、DFA）。
3.按输出功率分类：可分为低功率光放大器、中功率光放大器和高压光放大器。
光放大器具有以下特点：1.宽带放大：可实现多波长信号的放大，适应不同应用场景。
2.增益平坦：光放大器在宽光谱范围内提供几乎平坦的增益，有利于提升系统性能。
3.噪声低：光放大器具有较低的噪声系数，有助于提高信号质量。
4.可靠性高：光放大器结构简单，可靠性较高，易于维护。
三、光放大器的应用领域1.光纤通信系统：光放大器在光纤通信系统中广泛应用于光纤链路中的信号放大。
2.光纤传感：光放大器在光纤传感领域可用于放大传感信号，提高系统灵敏度。
3.光信号处理：光放大器在光信号处理领域可用于放大光信号，实现光信号的快速处理和计算。
4.光存储：光放大器在光存储领域有助于提高光存储系统的存储容量和读取速度。
四、光放大器的饱和现象及影响光放大器的饱和现象是指当输入光信号强度增加到一定程度时，放大器的增益不再随输入信号强度线性增加，而是趋于平稳。
饱和现象的主要原因是稀土离子掺杂光纤中的能级跃迁受到限制。
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。
光放大器课件.
4 I11/2
3. 掺铒光纤放大器
高能 态
铒的能级图如图所示, 其发光原理可用三能级 系统来解释，
泵浦 9 80 n m 4 I13/2 泵浦 1 48 0 n m
4 I15/2 1 55 0 n m
图 铒的能级图
基态为4I15/2， 激发 态为4I13/2，I11/2。 亚稳 态 在泵浦光的激励下， 4I11/2能级上的粒子数 受激 辐射 不断增加， 又由于其上 的粒子不稳定， 很快跃 基 态 迁到亚稳态4I13/2能级， 从而实现了粒子 数反转
非线性光学放大器
掺稀土金属光纤放大器
8
光传输技术
1. 光电光放大器 2. 全光放大器 3. 掺铒光纤放大器
9
光传输技术
3. 掺铒光纤放大器
光隔离器
耦合器
光隔离器 掺铒光纤
输入信号
是为了保证泵浦光与 EDFA中合波器的反射光 不向外洩漏，光隔离器 的特点是只允许正方向 的光进入。
输出信号
把泵浦光与信 号光合并在一 起输入到掺铒 光纤中 泵浦激 光器
5
光传输技术
1. 光电光放大器
光信号
电信号
光信号
光纤
光电变换 (O/E)
放大器
电光变换 (E/O)
光纤
光的范围
电的范围
光的范围
图 传统的光电光放大器原理框图
6
光传输技术
1. 光电光放大器 2. 全光放大器 3. 掺铒光纤放大器
7
光传输技术
2. 全光放大器
光纤
光放大器
光纤
半导体激光放大器
常用的有法布里—泊罗半导体激光放大器（FPA） 和行波放大器。此类放大器的工作原理与激光器 相同 利用光纤中的非线性现象进行光信号放大，即利 用受激拉曼散射和受激布里渊散射。放大的过程， 就是能量从泵浦源向信号光转移的过程 光纤中掺入适量稀土金属杂质，利用稀土金属原 子特有的能级结构实现光信号放大。常用掺铒光 纤放大器（EDFA）。
3. 掺铒光纤放大器
高能 态
铒的能级图如图所示, 其发光原理可用三能级 系统来解释，
泵浦 9 80 n m 4 I13/2 泵浦 1 48 0 n m
4 I15/2 1 55 0 n m
图 铒的能级图
基态为4I15/2， 激发 态为4I13/2，I11/2。 亚稳 态 在泵浦光的激励下， 4I11/2能级上的粒子数 受激 辐射 不断增加， 又由于其上 的粒子不稳定， 很快跃 基 态 迁到亚稳态4I13/2能级， 从而实现了粒子 数反转
非线性光学放大器
掺稀土金属光纤放大器
8
光传输技术
1. 光电光放大器 2. 全光放大器 3. 掺铒光纤放大器
9
光传输技术
3. 掺铒光纤放大器
光隔离器
耦合器
光隔离器 掺铒光纤
输入信号
是为了保证泵浦光与 EDFA中合波器的反射光 不向外洩漏，光隔离器 的特点是只允许正方向 的光进入。
输出信号
把泵浦光与信 号光合并在一 起输入到掺铒 光纤中 泵浦激 光器
5
光传输技术
1. 光电光放大器
光信号
电信号
光信号
光纤
光电变换 (O/E)
放大器
电光变换 (E/O)
光纤
光的范围
电的范围
光的范围
图 传统的光电光放大器原理框图
6
光传输技术
1. 光电光放大器 2. 全光放大器 3. 掺铒光纤放大器
7
光传输技术
2. 全光放大器
光纤
光放大器
光纤
半导体激光放大器
常用的有法布里—泊罗半导体激光放大器（FPA） 和行波放大器。此类放大器的工作原理与激光器 相同 利用光纤中的非线性现象进行光信号放大，即利 用受激拉曼散射和受激布里渊散射。放大的过程， 就是能量从泵浦源向信号光转移的过程 光纤中掺入适量稀土金属杂质，利用稀土金属原 子特有的能级结构实现光信号放大。常用掺铒光 纤放大器（EDFA）。
光放大器原理和类型
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ห้องสมุดไป่ตู้结构
E3
E2 泵浦
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。
半导体光放大器
谐振式
行波式
① 增益系数
g
g0
1 0 2 T22 P Ps
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
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
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ห้องสมุดไป่ตู้结构
E3
E2 泵浦
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。
半导体光放大器
谐振式
行波式
① 增益系数
g
g0
1 0 2 T22 P Ps
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
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
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发展进程：
1964年，美国光学公司制成了第一台掺铒玻璃激光器。 1970年，光纤出现后，转入进行在光纤中掺杂激光器件的研究。 1985年，英国南安普顿大学的迈尔斯等人制成了掺铒光纤激光器。 1986年，又制造出EDFA。
EDFA
已经商用化
光放大器原理分类及特点图文
2.1 EDF的结构
材料
掺Er3+光纤
光放大器原理分类及特点图文
1 光放大器概述
1.1定义
利用某种具有增益的激活介质对注入其中的微弱光信号 进行放大，使其获得足够的光增益，变为较强的光信号， 从而实现对光信号的直接光放大。
输入光信号
光放大器
光放大器原理分类及特点图文
被放大的光信号
1.2工作原理
光放大器是基于受激辐射机理来实现入射光功率放大的。
光放大器介绍
光放大器原理分类及特点图文
1
内容简介：
1 光放大器概述 2 掺铒光纤放大器 3 光纤拉曼放大器 4 其它放大器
光放大器原理分类及特点图文
2
引出
Internet 数据量急剧增长 追求更高的传输容量
铺设更 多的光缆
提高传 输速率
光时分 复用技术
成本高
受器件响 应速度限制
系统复杂
光放大器原理分类及特点图文
(2) 受激辐射 (1) 能量注入
光放大器原理分类及特点图文
1.3光放大器的重要指标-增益
(1) 增益G：
功率增益
输出光功率 =10lg 输入光功率 (dB)
放大器的放大能力 与泵浦功率和光纤长度的参数有关
光放大器原理分类及特点图文
1.3光放大器的重要指标-增益
(2)增益饱和与饱和输出功率：表示最大输出能力
波分 复用
1
1
2
中继器
D
3
W － 光发送
M
光纤
光纤光Leabharlann 收－D WM
2 3
N
N
采用光－电－光(O-E-O)变换方式 信号失真 WDM系统引入，复杂性和成本倍增
光放大器原理分类及特点图文
1
2
D
3
W － 光发送
M
N
光放大器
1
2
光接收－
D W
3
M
N
重要意义:
促使波分复用技术 (Wavelength Division Multiplexing， WDM)走向实用化，促进了光弧子技术和全光网络的发展， 使光纤通信技术产生了质的飞跃。
信号光激励,基态到亚 稳态跃迁：
1.基态的离子将吸收 一小部分外部光,将 跃迁到亚稳态--受激 吸收 ⑥。
EDFA的工作过程
2. 信号光子触发激发态的离子使其下降到基态. 受激辐射-发射与输入信号光子具有相同能量、相同波矢量以及相同偏振态的 新光子⑦。 实现光信号放大。
当输入光功率比较小时，增益G是一个常数，用符号G0表示，称为光放 大器的小信号增益。
但当G增大到一定数值后，光放大器的增益开始下降，这种现象称为增 益饱和；当光放大器的增益降至小信号增益G0的一半，也就是用分贝表示 为下降3dB时，所对应的输出功率称为饱和输出光功率，是放大器的一个 重要参数，饱和输出功率用Pouts表示。
光放大器原理分类及特点图文
直 径 125 m
S
iO
包
2
层
直 径 250 m涂 覆 层
回顾：光与物质相互作用的三个过程
光放大器原理分类及特点图文
2.2 EDFA的工作原理
Er+3外层电子具有三 能级结构：
能级1代表基态， 能量最低。
能级2是亚稳态， 处于中间能级。
能级3代表激发态， 能量最高。
平均寿命 1s 平均寿命
泵浦波长
平均寿命 1s 平均寿命
激发态 亚稳态
放大器带宽 基态
光放大器原理分类及特点图文
2.2 EDFA的工作原理
EDFA的工作过程：
① 980 nm光子泵浦 激光器使er3+从基态 →泵浦能带(激发态)
②受激离子激发态 →亚稳带衰变得非 常快(约1μs)。 多余的能量以声子 形式释放。
er3+从亚稳态能 带→ 底端, 时间 长(10 ms左右)。
EDFA的工作过程
光放大器原理分类及特点图文
2.2 EDFA的工作原理
EDFA的工作过程
③ 若有1480nm泵浦激光器 ④电子将移到亚稳态能级 直能接级把的电顶子部从；基态→光亚放大稳器原理态分类及特点图文的数较反低转端分，布这 ；时出现粒子
2.2EDFA的工作原理
⑤亚稳态离子，无激励 光子流时，一部分跃迁 到基态； 自发辐射放大 (ASE)--导致放大器的噪 声。
光放大器原理分类及特点图文
激发态 亚稳态 基态
16
2.2 EDFA的工作原理
当泵浦(Pump, 抽运)光 激励，铒离子吸收泵浦光， 基态跃迁到激发态。
激发态不稳定，Er3+很 快返回到亚稳态。
亚稳态粒子数积累，形 成粒子数反转分布。
如果输入的信号光的能量 等于基态和亚稳态的能量差 ，亚稳态的Er3+将跃迁到基 态，产生一个与信号光子完 全一样的光子，实现了信号 光在掺铒光纤中的放大。
信噪比的劣化用噪声系数Fn表示，定义为输入信噪比与输
出信噪比的比值。
(SNR)
F
in
n (SNR)
out
光放大器原理分类及特点图文
10
1.4光放大器家族
半导体光放大器(SOA)
光放大器分类
掺稀土元素 光纤放大器
掺铒光纤放大器(EDFA) 1550nm
掺镨光纤放大器(PDFA) 1310nm
拉曼光纤放大器(FRA)
构造与单模光纤的构造一样。 铒离子位于纤芯中央地带，将铒离子放在这里有利于其最 大地吸收泵浦和信号能量，从而产生好的放大效果。
折射率较低的 玻璃包层完善 波导结构，提 供抗机械强度 的特性。
掺 铒高 密 度带 (100～ 2000 ppm )
直 径 3～ 6m 掺 锗的 纤 芯
涂覆层将光纤 总直径增大到 250μm。
非线性
光纤放
大器
布里渊光纤放大器(FBA)
光放大器原理分类及特点图文
内容简介：
2掺铒光纤放大器
2.1EDF结构
2.2工作原理 2.3结构和特性
2.4性能指标
2.5应用
2.6优缺点 光放大器原理分类及特点图文
12
2 掺铒光纤放大器
掺铒（Er3+）光纤放大器(Erbium-Doped Fiber Amplifier， EDFA)是将掺铒光纤在泵浦源作用下形成的光纤放大器。
光放大器原理分类及特点图文
9
1.3光放大器的重要指标-噪声
(1)光放大器的噪声来源： 主要由于自发辐射被放大。自发辐射光子的相位和方向
是随机的。对于有用信号没有贡献，就形成了信号带宽内的 噪声，与放大信号在光纤中一起传输、放大，降低了信号光 的信噪比。
(2)信噪比：正常信号功率与噪声功率的比值。
(3)噪声系数
1964年，美国光学公司制成了第一台掺铒玻璃激光器。 1970年，光纤出现后，转入进行在光纤中掺杂激光器件的研究。 1985年，英国南安普顿大学的迈尔斯等人制成了掺铒光纤激光器。 1986年，又制造出EDFA。
EDFA
已经商用化
光放大器原理分类及特点图文
2.1 EDF的结构
材料
掺Er3+光纤
光放大器原理分类及特点图文
1 光放大器概述
1.1定义
利用某种具有增益的激活介质对注入其中的微弱光信号 进行放大，使其获得足够的光增益，变为较强的光信号， 从而实现对光信号的直接光放大。
输入光信号
光放大器
光放大器原理分类及特点图文
被放大的光信号
1.2工作原理
光放大器是基于受激辐射机理来实现入射光功率放大的。
光放大器介绍
光放大器原理分类及特点图文
1
内容简介：
1 光放大器概述 2 掺铒光纤放大器 3 光纤拉曼放大器 4 其它放大器
光放大器原理分类及特点图文
2
引出
Internet 数据量急剧增长 追求更高的传输容量
铺设更 多的光缆
提高传 输速率
光时分 复用技术
成本高
受器件响 应速度限制
系统复杂
光放大器原理分类及特点图文
(2) 受激辐射 (1) 能量注入
光放大器原理分类及特点图文
1.3光放大器的重要指标-增益
(1) 增益G：
功率增益
输出光功率 =10lg 输入光功率 (dB)
放大器的放大能力 与泵浦功率和光纤长度的参数有关
光放大器原理分类及特点图文
1.3光放大器的重要指标-增益
(2)增益饱和与饱和输出功率：表示最大输出能力
波分 复用
1
1
2
中继器
D
3
W － 光发送
M
光纤
光纤光Leabharlann 收－D WM
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N
N
采用光－电－光(O-E-O)变换方式 信号失真 WDM系统引入，复杂性和成本倍增
光放大器原理分类及特点图文
1
2
D
3
W － 光发送
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光放大器
1
2
光接收－
D W
3
M
N
重要意义:
促使波分复用技术 (Wavelength Division Multiplexing， WDM)走向实用化，促进了光弧子技术和全光网络的发展， 使光纤通信技术产生了质的飞跃。
信号光激励,基态到亚 稳态跃迁：
1.基态的离子将吸收 一小部分外部光,将 跃迁到亚稳态--受激 吸收 ⑥。
EDFA的工作过程
2. 信号光子触发激发态的离子使其下降到基态. 受激辐射-发射与输入信号光子具有相同能量、相同波矢量以及相同偏振态的 新光子⑦。 实现光信号放大。
当输入光功率比较小时，增益G是一个常数，用符号G0表示，称为光放 大器的小信号增益。
但当G增大到一定数值后，光放大器的增益开始下降，这种现象称为增 益饱和；当光放大器的增益降至小信号增益G0的一半，也就是用分贝表示 为下降3dB时，所对应的输出功率称为饱和输出光功率，是放大器的一个 重要参数，饱和输出功率用Pouts表示。
光放大器原理分类及特点图文
直 径 125 m
S
iO
包
2
层
直 径 250 m涂 覆 层
回顾：光与物质相互作用的三个过程
光放大器原理分类及特点图文
2.2 EDFA的工作原理
Er+3外层电子具有三 能级结构：
能级1代表基态， 能量最低。
能级2是亚稳态， 处于中间能级。
能级3代表激发态， 能量最高。
平均寿命 1s 平均寿命
泵浦波长
平均寿命 1s 平均寿命
激发态 亚稳态
放大器带宽 基态
光放大器原理分类及特点图文
2.2 EDFA的工作原理
EDFA的工作过程：
① 980 nm光子泵浦 激光器使er3+从基态 →泵浦能带(激发态)
②受激离子激发态 →亚稳带衰变得非 常快(约1μs)。 多余的能量以声子 形式释放。
er3+从亚稳态能 带→ 底端, 时间 长(10 ms左右)。
EDFA的工作过程
光放大器原理分类及特点图文
2.2 EDFA的工作原理
EDFA的工作过程
③ 若有1480nm泵浦激光器 ④电子将移到亚稳态能级 直能接级把的电顶子部从；基态→光亚放大稳器原理态分类及特点图文的数较反低转端分，布这 ；时出现粒子
2.2EDFA的工作原理
⑤亚稳态离子，无激励 光子流时，一部分跃迁 到基态； 自发辐射放大 (ASE)--导致放大器的噪 声。
光放大器原理分类及特点图文
激发态 亚稳态 基态
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2.2 EDFA的工作原理
当泵浦(Pump, 抽运)光 激励，铒离子吸收泵浦光， 基态跃迁到激发态。
激发态不稳定，Er3+很 快返回到亚稳态。
亚稳态粒子数积累，形 成粒子数反转分布。
如果输入的信号光的能量 等于基态和亚稳态的能量差 ，亚稳态的Er3+将跃迁到基 态，产生一个与信号光子完 全一样的光子，实现了信号 光在掺铒光纤中的放大。
信噪比的劣化用噪声系数Fn表示，定义为输入信噪比与输
出信噪比的比值。
(SNR)
F
in
n (SNR)
out
光放大器原理分类及特点图文
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1.4光放大器家族
半导体光放大器(SOA)
光放大器分类
掺稀土元素 光纤放大器
掺铒光纤放大器(EDFA) 1550nm
掺镨光纤放大器(PDFA) 1310nm
拉曼光纤放大器(FRA)
构造与单模光纤的构造一样。 铒离子位于纤芯中央地带，将铒离子放在这里有利于其最 大地吸收泵浦和信号能量，从而产生好的放大效果。
折射率较低的 玻璃包层完善 波导结构，提 供抗机械强度 的特性。
掺 铒高 密 度带 (100～ 2000 ppm )
直 径 3～ 6m 掺 锗的 纤 芯
涂覆层将光纤 总直径增大到 250μm。
非线性
光纤放
大器
布里渊光纤放大器(FBA)
光放大器原理分类及特点图文
内容简介：
2掺铒光纤放大器
2.1EDF结构
2.2工作原理 2.3结构和特性
2.4性能指标
2.5应用
2.6优缺点 光放大器原理分类及特点图文
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2 掺铒光纤放大器
掺铒（Er3+）光纤放大器(Erbium-Doped Fiber Amplifier， EDFA)是将掺铒光纤在泵浦源作用下形成的光纤放大器。
光放大器原理分类及特点图文
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1.3光放大器的重要指标-噪声
(1)光放大器的噪声来源： 主要由于自发辐射被放大。自发辐射光子的相位和方向
是随机的。对于有用信号没有贡献，就形成了信号带宽内的 噪声，与放大信号在光纤中一起传输、放大，降低了信号光 的信噪比。
(2)信噪比：正常信号功率与噪声功率的比值。
(3)噪声系数