光纤通信系统第六章 光放大技术

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第六章 无源与有源光器件—3

第六章 无源与有源光器件—3

个来回,则偏振方向将一共旋 转90度,这是其实现光隔离功 能的本质特征;位相延迟波片 当光从一个方向通过它时,将 使偏振方向旋转45度;而光从 另一个方向通过它时,将使偏 振方向旋转-45度。这意味着 光束通过波片往返一次,其初 始的偏振状态将不被改变。有 了上述对三个关键器件功能的 分析,参考光隔离器的工作机 理,则易于理解图6.31所示的 三端口光环形器的工作原理。
光纤光栅
光纤光栅的功能与机理
光纤光栅是一类重要的无源光器件,也是一类重要的特种光 纤,它能有选择地反射和透射某此波长的光。 1.基本概念 光纤光栅的结构特征是,一段光纤其纤芯玻璃的折射率沿光纤 长度方向呈周期性的变化(如先增大,后减小,再次增大)。纤芯折 射率的周期性变化将导致通过光纤的光发生散射,这种效应与分布 在反射性表面上一排高度平行的条纹或槽构成的衍射光栅所产生的 不同波长光谱展开的现象类似。光纤光栅中“条纹”处的折射率高 于纤芯中其他部分的折射率,这种折射率变化的分布结构,将使通 过其中的光发生布拉格散射效应,最终使光纤光栅能选择性地反射 某些选定的波长,而使其他波长的光波透射。为此,光纤光栅又称 为反射型或短周期光栅,亦称为“光纤布拉格光栅”(Fiber Bragg Grating,BFG)。1990年光纤布拉格光栅开始出现。
图6.31 光环形器原理结构示意图
6.3.3 光衰减器
为防止强光可能使接收机过载(例如发射机距接收机很时, 接收机接收的光信号可能很强),光路中需要使用光衰减器。 光衰减器是光滤波器的一种,但它又区别于其他类型的光 滤波器。在光纤系统中,光滤波器是指光透过率随波长而显著 变化的光器件。例如,一个滤波器可以对1530~1565nm掺铒放 大器工作波段的光透过,而对980nm泵浦波段的光却衰减50dB; 但光衰减器的功能却是在整个光谱范围内均匀地减小光强,去 掉多余的光能量。衰减器若对某一波长光衰减了3dB,则对其 他所有波长的衰减也都应为3dB。具体衰减方法通常是通过衰 减器吸收掉多余的光能量,由于光信号的这些能量相对于衰减 器来说很弱,因而不会引起衰减器显著的发热现象。由于衰减 器对光信号能量的吸收,因而减小了由于反射、散射等返回光 对激光发射机可能产生的噪声影响。

光纤通信系统的信号放大与传输优化

光纤通信系统的信号放大与传输优化

光纤通信系统的信号放大与传输优化随着现代通信技术的飞速发展,光纤通信系统已经成为实现高速、高质量数据传输的主要方式之一。

然而,在长距离传输中,光信号的衰减以及噪声的影响会导致信号质量的下降,为了解决这一问题,光纤通信系统的信号放大与传输优化变得尤为关键。

信号放大是指通过增加光信号的功率来增强信号的强度,从而提高信号在光纤中的传输距离。

在光纤通信系统中,信号放大主要依靠光纤放大器来实现。

光纤放大器是一种能够将光信号进行放大的器件,常用的有掺铒光纤放大器、掺镱光纤放大器等。

掺铒光纤放大器是目前应用最为广泛的一种光纤放大器。

它利用掺杂了铒离子的光纤来实现信号的放大,铒离子在受到外界激发光的刺激下,可以进行跃迁发射出新的光子,从而达到信号放大的效果。

然而,掺铒光纤放大器在实际应用中还存在一些问题,如输入光信号的增益均匀性差、非线性失真等,这些问题都需要通过优化来解决。

为了优化光纤放大器的性能,可以采取以下措施。

首先,提高掺杂浓度是一种有效的优化方法。

通过提高掺铒光纤的铒离子浓度,可以增加放大器的增益,从而提高信号放大的效果。

其次,优化泵浦源的功率和波长也是一种有效的优化方式。

合理选择泵浦源的功率和波长,可以使得掺铒光纤放大器在不同波长范围内都能够获得较好的增益性能。

另外,采用光纤光栅等形式的非线性光学器件,可以有效抑制非线性失真,提高信号的传输质量。

除了信号放大,光纤通信系统的传输优化也是至关重要的。

在信号传输过程中,光信号会受到光纤的衰减、色散等因素的影响,从而导致信号质量的降低。

为了优化信号的传输性能,可以采取一系列的手段。

首先,抑制光纤的衰减是一种重要的优化方法。

光纤的衰减主要包括吸收衰减和散射衰减,通过选择合适的光纤材料以及优化光纤的制备工艺,可以有效减小光纤的衰减,提高信号的传输距离。

其次,减小色散也是一种重要的优化手段。

色散是指信号在光纤中传播过程中因为不同波长部分的光速不同而引起的信号畸变现象。

第六章 光放大器

第六章 光放大器



一、光纤拉曼放大器

拉曼现象在1928年被发现。
90年代早期,EDFA取代它成为焦点,FRA受到冷遇。
随着光纤通信网容量的增加,对放大器提出新的要求, 传统的EDFA已很难满足,FRA再次成为研究的热点。

特别是高功率二极管泵浦激光器的迅猛发展,又为FRA 的实现奠定了坚实的基础。
人们对FRA的兴趣来源于这种放大器可以提供整个波长 波段的放大。通过适当改变泵浦激光波长,就可以达到 在任意波段进行宽带光放大,甚至可在1270~ 1670nm整个波段内提供放大。
光纤放大器分为掺稀土元素光纤放大器和非线性
光学放大器。
非线性光学放大器分为拉曼(SRA)和布里渊
(SBA)光纤放大器。
半导体光放大器SOA
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。
R1
I
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) ----行波放大器(TW-SOA)

均衡功能:针对点对点系统的增益均衡,针对全 光网的功率均衡; 监控管理功能:在线放大器,全光网路由改变;
动态响应特性; 其它波段的光纤放大器,如Raman放大器。 6.4 光纤拉源自放大器FRA拉曼放大器的简介

利用光纤非线性效应中的SRS原理进行光放大。 无需利用掺杂的光纤作为增益介质,直接使用传输 的光纤即可获得增益。 获得增益之波长约为泵浦源波长往长波长方向移位 100 nm,只要挑选对所需之泵浦源的波長,即可 放大光纤低损耗带宽內的任意波段信号。 利用多个不同波长的泵浦源组合可以获得超宽带、 增益平坦的放大器。

光纤通信原理与技术课程教学大纲

光纤通信原理与技术课程教学大纲

《光纤通信原理与技术》课程教学大纲英文名称:Fiber Communication Principle and its Application学时:51 学分:3开课学期:第7学期一、课程性质与任务通过讲授光纤通信技术的基础知识,使学生了解掌握光纤通信的基本特点,学习光纤通信系统的三个重要组成部分:光源(光发射机)、光纤(光缆)和光检测器(光接收机)。

通过本课程的学习,学生将掌握光纤通信的基本原理、光纤通信系统的组成和系统设计的基本方法,了解光纤通信的未来与发展,为今后的工程应用和研究生阶段的学习打下基础。

二、课程教学的基本要求要求通过课堂认真听讲和实验课,以及课下自学,基本掌握光纤通信的基础理论知识和应用概况,熟悉光纤通信在电信、通信中的应用,为今后的工作打下坚实的理论基础。

三、课程内容第一章光通信发展史及其优点(1学时)第二章光纤的传输特性(2学时)第三章影响光纤传输特性的一些物理因素(5学时)第四章光纤通信系统和网络中的光无源器件(9学时)第五章光纤通信技术中的光有源器件(3学时)第六章光纤通信技术中使用的光放大器(4学时)第七章光纤传输系统(4学时)第八章光纤网络介绍(6学时)第九章光纤通信原理与技术实验(17课时)四、教学重点、难点本课程的教学重点是光电信息技术物理基础、电光信息转换、光电信息转换,光电信息技术应用,光电新产品开发举例。

本课程的教学难点是光电信息技术物理基础。

五、教学时数分配教学时数51学时,其中理论讲授34学时,实践教学17学时。

(教学时数具体见附表1和实践教学具体安排见附表2)六、教学方式理论授课以多媒体和模型教学为主,必要时开展演示性实验。

七、本课程与其它课程的关系1。

本课程必要的先修课程《光学》、《电动力学》、《量子力学》等课程2。

本课程的后续课程《激光技术》和《光纤通信原理实验》以及就业实习。

八、考核方式考核方式:考查具体有三种。

根据大多数学生学习情况和学生兴趣而定其中一种.第一种是采用期末考试与平时成绩相结合的方式进行综合评定.对于理论和常识部分采用闭卷考试,期末考试成绩占总成绩的55%,实验成绩占总成绩的30%,作业成绩及平时考勤占总成绩的15%;第二种是采用课程设计(含市场调查报告)和平时成绩相结合的方式,课程设计占总成绩的55%,实验成绩占总成绩的30%,作业成绩及平时考勤占总成绩的15%。

《光纤通信》原荣 第三版 第6章 复习思考题参考答案

《光纤通信》原荣 第三版 第6章  复习思考题参考答案

第6章复习思考题参考答案6-1 EDFA的工作原理是什么?有哪些应用方式答:现在我们具体说明泵浦光是如何将能量转移给信号的。

若掺铒离子的能级图用三能级表示,如图6.3.2(a)所示,其中能级E1代表基态,能量最低,能级E2代表中间能级,能级E3代表激发态,能量最高。

若泵浦光的光子能量等于能级E3与E1之差,掺杂离子吸收泵浦光后,从基态E1升至激活态E3。

但是激活态是不稳定的,激发到激活态能级E3的铒离子很快返回到能级E2。

若信号光的光子能量等于能级E2和E1之差,则当处于能级E2的铒离子返回基态E1时就产生信号光子,这就是受激发射,使信号光放大获得增益。

图6.3.2(b)表示EDFA的吸收和增益光谱。

为了提高放大器的增益,应尽可能使基态铒离子激发到能级E3。

从以上分析可知,能级E2和E1之差必须是相当于需要放大信号光的光子能量,而泵浦光的光子能量也必须保证使铒离子从基态E1跃迁到激活态E3。

图6.3.2 掺铒光纤放大器的工作原理EDFA可作为光发射机功率增强放大器、接收机前置放大器,或者取代光-电-光中继器作为在线光中继器使用。

在光纤系统中可延长中继距离,特别适用于长途越洋通信。

在公用电话网和CA TV分配网中,使用EDFA补偿分配损耗,可做到信号无损耗的分配。

另外,EDFA可在多信道系统中应用,因为EDFA的带宽与半导体光放大器(SOA)的一样都很宽(1~5 THz),使用光放大器可同时放大多个信道,只要多信道复合信号带宽比放大器带宽小就行。

EDFA具有相当大的带宽(∆λ = 20~40 nm,或∆f = 2.66~5.32 THz),这就意味着可用来放大短至皮秒级的光脉冲而无畸变。

从光波系统的应用观点出发,EDFA的潜在应用在于它们可放大ps级的脉冲而不发生畸变的能力。

6-2 EDFA有几种泵浦方式?哪种方式转换效率高?哪种噪声系数小答:使用0.98 μm和1.48 μm的半导体激光泵浦最有效。

《光纤通信》课程教学大纲-通信工程

《光纤通信》课程教学大纲-通信工程

《光纤通信》课程教学大纲一、课程基本信息课程名称:光纤通信课程编码:58082015课程类别:学科基础选修适用专业:通信工程开课学期:4-2课程学时:总学时:32学时;其中理论 32 学时,实验 0 学时。

课程学分:2先修课程:现代通信原理、电磁场与电磁波并修课程:现代交换技术课程简介:《光纤通信》作为通信工程专业的一门学科基础选修课程,旨在介绍光纤通信的基本原理和系统,使学生对光纤通信这一当今信息领域内高速发展并起着关键作用的技术有一较好的了解。

主要讲述光纤通信的基本技术原理和系统组成、应用,对光纤、光缆的传输特性与应用进行分析,并阐明光纤通信领域的主要应用技术原理;同时,对目前光纤通信领域的新技术和发展动态加以说明。

二、课程教育目标《光纤通信》课程以光纤通信的基本技术原理和系统组成为基础,对光纤、光缆的传输特性与应用进行分析,并阐明光纤通信领域的主要应用技术原理;同时,对目前光纤通信领域的新技术和发展动态加以说明。

通过本课程的学习,使学生掌握光纤通信技术的发展和应用概况,掌握光纤的特性和光纤通信技术基础。

本课程要求学生掌握光纤的传输特性和光缆的结构,掌握光端机的收发原理和相关技术;掌握光纤通信系统的组成和波分复用原理,学习系统设计的初步算法。

了解ASON智能交换光网络基本原理及新兴光纤通信系统OBS、OPS等基本概念。

三、课程教学内容、要求及学时安排第一章引言【教学内容】1.光纤通信的发展历史与现状2.光纤通信系统简介3.光纤通信中若干基本名词介绍1.了解光通信的发展历史与发展前景;2.了解光通信的特点。

【教学方法】多媒体演示与板书结合教学【学时】2学时第二章光纤【教学内容】1.光纤的几何描述2.光在光纤中的传输3.光纤的模式4.光纤的损耗5.光纤的色散6.光纤的双折射与偏振7.光纤的非线性特性【教学要求】1.掌握用射线方法分析光纤导光原理、数值孔径和时延差;2.掌握模式的有关概念;3.掌握光纤的损耗、色散和非线性以及影响;4.了解光纤的结构与分类;5.了解常用光纤的主要特性参数;6.了解光纤的模式理论。

光放大器基本原理和特性

光放大器基本原理和特性

光放大器基本原理和特性光放大器是一种使用光泵浦来放大光信号的装置。

它是光通信系统和光网络中的重要组成部分,可以增加光信号的功率和传输距离,并且在光通信、光纤传输和激光器中发挥着关键的作用。

光放大器的基本工作原理是利用光泵浦的能量将输入光信号放大。

光泵浦一般是通过激光器或其他能产生高能量的光源产生的,它的能量通过一定的机制被输入到光放大器的增益介质中。

增益介质通常是具有能够使光子之间发生光激发作用的性质,如掺杂了稀土离子的光纤、半导体或固体晶体等材料。

当光泵浦光在增益介质中传播时,光子与增益介质中的激活离子发生相互作用,使激活离子跃迁到高能级态。

然后,当输入信号光通过增益介质时,激活离子又从高能级态跃迁回低能级态,产生一些额外的光子,从而将输入光信号放大。

光放大器的主要特性包括增益、带宽、噪声和饱和功率。

增益是光放大器的一个重要参数,用于衡量输出光信号相对于输入光信号的增加量。

增益的大小取决于增益介质的特性和光泵浦的功率。

一般情况下,增益越高,放大器的性能越好。

带宽是光放大器传输信号的频率范围。

不同类型的光放大器具有不同的带宽,可以选择最适合特定应用的放大器。

高带宽的光放大器可以传输更高频率的信号,从而提高通信系统的数据传输速度。

噪声是光放大器的一个重要参数,它会限制光放大器的性能。

光放大器中的噪声来自于光泵浦的产生过程、增益介质中的自发辐射和输入光信号的噪声。

一般情况下,希望光放大器的噪声越小越好,以提高信号传输的质量。

饱和功率是指光放大器输出光信号达到饱和时所需的输入光功率。

当输入光功率超过饱和功率时,输出光信号将不再增加。

因此,希望光放大器具有较高的饱和功率,以便在高功率应用中能够提供稳定的输出光信号。

此外,光放大器还具有一些其他特性,如非线性特性、温度稳定性和泵浦光损耗。

这些特性对于光放大器在不同应用中的性能和稳定性起到重要作用。

综上所述,光放大器利用光泵浦的能量来放大光信号,具有增益高、带宽宽、噪声小和饱和功率高等特点,是光通信系统和光网络中不可或缺的重要组成部分。

光通信:第07章光放大器

光通信:第07章光放大器

7.2.4 掺铒光纤放大器的系统应用
一. EDFA 由于EDFA的低噪声特性,使它很适于作接收机的前置放大器。
3.EDFA
EDFA的噪声系数Fn决定于自发辐射,即噪声系数与粒子反转差ΔN有关。
01
2.EDFA 功率放大器是将EDFA直接放在光发射机之后用来提升输出功率。
02
3.EDFA EDFA用作线路放大器是它在光纤通信系统的一个重要应用。
EDFA
EDFA
增益系数g(z)与高能级和低能级的粒子数目差及 泵浦功率有关,对增益系数g(z)在整个掺铒光纤 长度上进行积分,就可求出光纤放大器的增益G, 所以,放大器的增益应与泵浦强度及光纤的长度 有关。
二. EDFA
图7.9所示是掺铒硅光纤的g-λ曲线,从图中可以看出增益系数 随着波长的不同而不同。
○A
R0eff eff
○ 式中:gR为喇曼增益系数;Aeff为光纤在泵浦波
长处的有效面积;P0为泵浦光功率;
Leff○ 1 ; αe P为x 泵浦P p 光(在PL 光)纤中的衰减常数。
增益带宽由泵浦波长决定,选择适当的泵浦光波 长,就可得到任意波长的信号放大,DRA的增益频 谱是每个波长的泵浦光单独产生的增益频谱叠加 的结果,所以它由泵浦波长的数量和种类决定。
03
4.EDFA EDFA可在宽带本地网,特别在电视分配网中得到应用。
7.2.5 掺铒光纤放大器的优缺点 EDFA
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
2. 耦合效率高。因为是光纤型放大器,易于光纤耦合连接,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。
1. 一. 增益G与增益系数g

光纤通信技术-第六章-光通信中的光放大器(1)剖析

光纤通信技术-第六章-光通信中的光放大器(1)剖析
第六章 光纤通信中的光放大器
6.1 光放大器 6.2 半导体激光放大器(SOA) 6.3 掺铒光纤放大器 6.4 光纤喇曼放大器 6.5 放大器的应用
本章简介
光放大器是可将微弱光信号直接进行光放大的器 件,它的出现使光纤通信技术产生了质的飞跃。本章 根据光放大器的分类主要介绍了SOA放大器、掺杂光 纤放大器和拉曼光纤放大器这三种光放大器的工作原 理、组成结构、评价指标以及应用等内容。光放大器 的诞生从线路上解决了光纤通信的无电再生中继问题, 它为实现光纤通信系统的全光化奠定了坚实的基础。
放大器的饱和输出功率与增益介质的饱和功率
的关系为
G0 ln 2 P Ps 况下,
s 2 ,所以 Pout (ln 2)Ps 0.69Ps
4. 放大器噪声
光纤放大器的噪声主要来自于自发辐射。
在激光器中,自发辐射是产生激光振荡比不可 少的条件,而在放大器中,自发辐射确实噪声 的主要来源,它与被放大的信号光在光纤中一 起传输、放大到达接收端,因而降低了信号光 的信噪比(SNR)。
(2)放大器带宽
人们理想的放大器增益应在很宽的频带内 与波长无关,这样在配有放大器的系统中可放 宽单个信道上载波波长的选择容限,也可在不 降低系统性能的情况下,极大地增加WDM系 统的信道个数。
但实际中的放大器都具有一定的工作频率
范围。放大器的带宽 a 定义为放大器增益 G ( ) 的半高全宽,它与增益带宽 g 的关系为
向上,增益系数和光纤中掺杂的浓度有关,还 和该处信号光与泵浦光的功率有关,所以放大 器增益应该是沿长度的函数。
放大器增益与放大器增益系数之间的关系为
G0 () exp[ g () L]
(6.6)
L为放大器的长度。由此可看出,放大器的增 益也与信号频率有关,当 0 时,放大器增 0 ,放大器增益 益最大;当出现失谐时, 将减小。

第六章 无源与有源光器件—2

第六章 无源与有源光器件—2

6.2.2
光纤定向耦合器
光纤定向耦合器是作为光纤线路的分路、合路、插入以及节 点互连的一种光耦合器件。在光通信及其他光纤系统中,凡涉及 多个光波信号的分、合及相互耦合时,都需要用到光纤定向耦合 器。本节以光纤传输系统中使用最多的定向耦合元件—四端口X 形定向耦合器为典型进行重点分析,介绍其工作原理、制作方法、 主要性能参数,进而扩展到星形耦合器。 1.X形光纤定向耦合器的工作原理与制作方法 光纤定向耦合器依据工作机理可分为三种类型:部分反射式、 波前分割式和模场耦合式。 模场耦合式光纤定向耦合器的工作机理,是基于光纤倏逝场 耦合的模式理论,即依据光纤中传输模式场分布的相互耦合来 实现光信号的分路与合路。当两光纤的纤芯相距足够近时,两 光纤中传输的模式将通过它们的倏逝场相互耦合,即在一根光 纤中传输的模式场分布会扩展到另一根光纤,使在其中激励起
图6.21
2×2熔锥型光纤定向耦合器结构与分路示意图
在理想情况下,当在端口①输入光功率P1时,在③、④端口 将按设计预定的比例输出光功率P3和P4,而无返回端口②的功率 分量,即P2=0。故为定向耦合器。基于定向耦合器的双向性,当 由其他端口输入时,其特性也将以此类推。由于理想的2×2定向 耦合器可视为一个无源且无插入损耗的器件,它有确定的分光比。 根据耦合波方程,可以求得其功率传输函数由如下矩阵确定
输出端口数目 每个输出端口所占的信号功率比 2 4 5 8 10 15 20 25 50 100 0.5 0.25 0.20 0.125 0.1 0.067 0.05 0.04 0.026.99 9.03 10 11.76 13.01 13.98 16.99 20
表6.2
无附加损耗条件下光耦合器中平均分配信号的损耗规律
2.光耦合器的主要类型 光耦合器的用途很多,制造的器件与材料也各异。根据功能 用途、端口排布规律以及制造的器件与材料、结构特点等,可将 光耦合器大致区分为图6.18所示的主要类型。

光纤通信技术光放大器

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。
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
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

《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

光纤通信6第六章光纤通信系统与工程

光纤通信6第六章光纤通信系统与工程
28
第6章 光纤通信系统与工程
对光纤线路码型的要求
① 易于从信号码流中提取时钟分量。要求减少码流 中长连“0’和长连“1”个数; ② 码流中直流分量较稳定,以利于接收端的判决。 要求码流中“0’’、“‘l”分布均匀;
③ 要求码型有一定规律性,便于对终端站和各中继
站进行不间断业务的误码检测。
29
第6章 光纤通信系统与工程
11
第6章 光纤通信系统与工程
3.两种数字体系
系 列 码率(Mb/s) 话路数 北美 日本 体 制
PDH
一次群 1.544 24 二次群 6.312 × 4=96 三次群 32.064(日) 44.736(美) × 5=480(日) × 7=672(美) 34.368 × 4=480 四次群 97.728 271.176 × 3=1440 × 3=4032 五次群 397.2 × 4=5760
为了建立世界性的统一标准, ITU-T完成了有关SDH的31个标准:
比特率、网络节点接口、复用结构、复用设备、网络管理、线路系统和 光接口、SDH信息模型、网络结构和抖动性能、误码性能、网络保护结构

在世界范围内就SDH的基本软硬件问题也达成了一致协议。
16
第6章 光纤通信系统与工程
4.光中继器 在光纤通信线路上,光纤的吸收和散射导致光信号衰减, 光纤的色散将使光脉冲信号畸变,导致信息传输质量降低,误 码率增高,限制了通信距离。
6
第6章 光纤通信系统与工程
2. PCM端机 实现模拟信号到数字信号
转换(A/D转换),完成PCM
编码,并且按照时分复用 的方式把多路信号复接、
合群,从而输出高比特率
的数字信号。 PCM编码包括取样、量化、 编码三个步骤。 这个过程可以通过下图来 说明。

光纤通信第6章光放大器

光纤通信第6章光放大器

光功率(dB)
光纤拉曼放大器
同向泵浦
WDM耦合器
反向泵浦
6.3.1 分布式拉曼放大器工作原理和特性
2. 拉曼增益和带宽

斯托克斯(Stokes)频差(ΩR= ωP- ωs)在SRS过程 中扮演着重要角色。由分子振动能级确定的ΩR 值决 定了SRS的频率(或波长)范围。
1530~1564nm 之间的C波段


6.3 光纤拉曼放大器FRA

人们对FRA的兴趣来源于这种放大器可以提 供整个波长波段的放大。通过适当改变泵浦 激光波长,就可以达到在任意波段进行宽带 光放大,甚至可在1270~1670nm整个波 段内提供放大。 特别是高功率二极管泵浦激光器的迅猛发展, 又为FRA的实现奠定了坚实的基础。
第六章 光放大器
概述

光纤通信系统的传输距离受光纤损耗或色散 限制。

因此,传统的长途光纤传输系统,需要每隔 一定的距离,就增加一个再生中继器,以便 保证信号的质量。

光放大器出现之前,光纤通信的中继器采用 光-电-光(O-E-O)变换方式。
光放大器(O-O)

WDM系统光-电-光(O-E-O)变换方式
0

v0
1.46
增益带宽宽(约为70nm),有能力放大超窄光脉冲。
TW- SOA的特性
3. 缺点
SOA对极化态非常敏感(增益偏振相关性)。不同极 化模式,具有不同的增益G,横电模(TE)和横磁模 (TM)极化增益差可能达到5~8dB 起因:由于半导体有源层的横截面呈扁长方形,对横 向(长方形的宽边方向)和竖向(长方形的窄边方向) 的光场约束不同,光场在竖向的衍射泄漏强于横向, 因而竖向的光增益弱于横向。因此光信号的偏振方向 取横向时的增益大,取竖向时的增益小。 解决方法:采用宽、厚可比拟的有源层设计;

光放大器

光放大器

第六章光放大器6.1 光放大器简介6.2 半导体光放大器6.3 掺铒光纤放大器(EDFA)任何光纤通信系统的传输距离都受到光纤损耗或色散的限制,因此,在长距离传输系统中,每隔一定距离就需设置一个中继器以保证信号的质量。

中继器是将传输中衰减的光信号转变为电信号,并放大、整形和定时处理,恢复信号的形状和幅度,然后再变换为光信号(光-电-光过程),再继续由光纤传输。

这种方式的中继器结构复杂,价格昂贵,尤其对DWDM 系统,若采用光-电-光混合中继方式,则首先要对光信号进行解复用,然后对每一信道信号进行中继再生,再将各信道信号复用到光纤中进行传输,这样将需要大量中继设备,成本很高。

宽带宽的的各放大器可以对多信道信号同时放大而不需进行解复用,光放大器的问世推动了DWDM技术的快速发展。

•放大器带宽:放大器增益(放大倍数)降至最大放大倍数一半处的全宽度(FWHM )⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛−∆=∆2ln 2ln 0L g g A νν0ωω=()ωG ()ωg 当 时, 和均达到最大值。

由图可知,放大器带宽比介质带宽窄得多。

右图为归一化增益和 随归一化失谐变化的曲线。

R τωω)(0−()ωG ()ωg Rτωω)(0−0G G 0g g 其实,只考虑了单纵模的情形。

(见下文后,回头再来理解。

)2. 增益饱和与饱和输出功率增益饱和是对放大器放大能力的一种限制。

由上式知,放大系数 在接近 时显著减小。

s P 当增大至可与 相比拟时,放大系数 随信号功率增加而降低,这种现象称为增益饱和。

P )(ωG 在前述讨论的基础上,设输入光信号频率位于增益峰值( )处,可推得(见马军山《光纤通信原理与技术》):0ωω=⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛⋅−−=s out P P G G G G 1exp 0s P out P G 饱和输出功率:放大器增益降至最大小信号增益值一半时的输出功率。

20G G =令 得到饱和输出功率为:s s out P G G P 22ln 00−=例 G 0>>2(如:增益为30dB, G 0=1000), P s out ≈0.69Ps, 表明放大器的饱和输出功率比增益介质的饱和功率低约3030%.%.三. 光放大器的类型光放大器主要有三类:(1)半导体光放大器(SOA, Semiconductor Optical Amplifier)注:有文献也把半导体光放大器写为SLA(Semiconductor Laser Amplifier)(2)掺稀土元素(铒Er、铥Tm、镨Pr、钕Nd等)的光纤光放大器,主要是掺铒光纤放大器(EDFA,Erbium-Doped Fiber Amplifier)。

光纤通信放大器PPT课件

光纤通信放大器PPT课件
20世纪80年代末期,波长为1.55 μm的掺铒(Er)光纤放 大器(EDFA: ErbiumDoped Fiber Amplifier)研制成功并投入 实用,把光纤通信技术水平推向一个新高度,成为光纤通信 发展史上一个重要的里程碑。
第1页/共33页
在光通信中普遍使用的光纤放大器是: 1.掺杂铒离子的光纤。 铒离子为激活物质,称为掺铒光纤放大器(EDFA)。其放大的波长范围在1550nm通信窗口。 2.掺镨离子光纤放大器(PDFA)。其放大的波长范围在1310nm通信窗口
光发射机复用器光纤放大器解复用器光接收机光接收机光接收机解复用器光纤放大器复用器光发射机光发射机单纤双向wdm传输光发射机光发射机光接收机光接收机光接收机复用解复用器光纤放大器光发射机光发射机双向wdm系统在设计和应用时必须要考虑几个关键的系统因素如为了抑制多通道干扰mpi必须注意到光反射的影响双向通路之间的隔离串扰的类型和数值两个方向传输的功率电平值和相互间的依赖性光监控信道osc传输和自动功率关断等问题同时要使用双向光纤放大器
光接 收机
1

光接 收机
n
复用 器
1 光发射机
1′

n 光发射机
n′
图7.7 双纤单向WDM传输
第20页/共33页
1 光发射机 1
光接收机
1


n 光发射机 n 1′ 光接收机
复用/解复用器


n′ 光接收机
1…n
光纤 放大器
n+1…2n
光接收机
n
复用/解复用器
n+1
光发射机
1′

2n 光发射机
n′
第12页/共33页
(4) 频带宽,在1550 nm窗口,频带宽度为20~40 nm, 可进行多信道传输,有利于增加传输容量。

光纤通信- 光纤放大器

光纤通信- 光纤放大器

2011-6-29
9
掺杂光纤放大器(EDFA) 掺杂光纤放大器
(Erbium-Doped Fiber Amplifier) 掺铒光纤放大器(EDFA) 掺铒光纤放大器(EDFA)
机理 已经实用化
粒子数反转分布的受激辐射产生的放大
材料
2011-6-29
掺Er3+光纤
10
EDFA的特点 的特点
高增益 低噪声 偏振不敏感
光 电

光放大器出现之后的信号放大方式: 光放大器出现之后的信号放大方式:


2011-6-29
2
电中继存在的问题
• 采用电中继的办法,即在中继时进行光电变换 采用电中继的办法, (接收 后,对电信号放大整形 再生 ,然后再 接收)后 对电信号放大整形(再生 再生), 接收 进行电光变换(发射 继续传输。 发射), 进行电光变换 发射 ,继续传输。 • 优点:但它不仅可以对损耗限制系统,而且可 优点:但它不仅可以对损耗限制系统, 以对色散限制系统进行再生。 以对色散限制系统进行再生。 • 缺点:电中继装置复杂、体积大、耗能多,对 缺点:电中继装置复杂、体积大、耗能多, 多信道复用和双向复用系统实现起来特别困难
2011-6-29
6
半导体激光放大器(SOA) 半导体激光放大器
• SOA的主要优点:尺寸小、功率消耗低, 便于 的主要优点:尺寸小、功率消耗低 的主要优点 光电集成. 光电集成 • 其主要缺点:与光纤的耦合损耗大、易受环境 其主要缺点:与光纤的耦合损耗大、 温度影响、对偏振态敏感。 温度影响、对偏振态敏感。
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EDFA的工作原理 的工作原理
• 当用1480nm波长的光泵浦时,Er+3从基态跃 当用 波长的光泵浦时, 从基态跃 波长的光泵浦时 迁至该能带的上部,在亚稳态上积累, 迁至该能带的上部,在亚稳态上积累,从而形 成粒子数反转分布,实现光放大。 成粒子数反转分布,实现光放大。

光纤通信第5版第6章-光源和光放大器(2)PPT课件

光纤通信第5版第6章-光源和光放大器(2)PPT课件
37
❖ 好的激光器应具备的条件:低的阈值电流、 高的输出功率及单模工作。
❖ 气体激光器 ❖ 固体激光器 ❖ 半导体激光器
38
LD工作原理
电流注入
hv
P型
有源区

N型
解理面
(a)半导体激Biblioteka 器22双异质结: ①阻止有源层的 空穴进入n区和其 电子进入P区; ②有源层两边的 折射率低于有源 层,对光场具有 很好的约束。
23
SLED
有源层:发光区域 有源层中产生的光发射穿过衬底耦合入光纤。 凹坑:由于衬底材料的光吸收很大,用选择腐蚀的办
法形成凹坑。 接触电极:限定有源层中有源区的面积,大小与纤芯24
6
PN结形成过程动画演示
PN结偏置 PN结正向偏置—— 当外加直流电压使PN结P型半 导体的一端的电位高于N型半导体一端的电位时, 称PN结正向偏置,简称正偏。 PN结反向偏置—— 当外加直流电压使PN结N型半 导体的一端的电位高于P型半导体一端的电位时, 称PN结反向偏置,简称反偏。
8
PN结正偏动画演示
第6章 光源和光放大器

6.1 发光二极管及其工作特性 6.2 半导体激光器及其工作特性 6.3 窄谱宽和可调谐半导体激光器 6.4 光放大器 6.5 光纤激光器 ❖ 6.5 垂直腔面发射激光器
1
整体概述
概述一
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概述二
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概述三
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2
光源要求:
多子进行扩散, PN结呈现低阻、导通状态,
内电场被削弱,PN结变窄
9
PN结反偏动画演示
10
发光二极管工作原理

第六章光放大技术

第六章光放大技术

2021/11/26
School of Science, GDOU · Fiber-optic Communication
19
§6-2 EDF的结构与EDFA工作原理
此动画为实现光放大过程的动画:亚稳态上的反转分 布粒子在信号光的感应下跃迁到基态上,释放出一模一样 的大量光子,从而实现光放大。
2021/11/26
2021/11/26
School of Science, GDOU · Fiber-optic Communication
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§6-2 EDF的结构与EDFA工作原理
➢对于EDF,为了实现有效放大所要求的足够多的铒离子数反 转,应该增加掺铒区泵浦光的功率密度,为此,需要减小纤
芯横截面积Aeff,从而使EDF的结构最佳化;定义有效纤芯面

O/E ADM E/O
l1

l2
...
lN
复 用
光纤
l1l2 ... lN
如图所示,传统的光/电/光的放大方式必须首先 解复用出单根光纤中的多个信道,然后对每一个信 道进行放大,最后再复用在一起,装置复杂、成本 倍增。
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School of Science, GDOU · Fiber-optic Communication
能级分裂为能带以后会有什么影响?
在EDFA中能级分裂为能带是有利的:
第一:使EDFA对光信号的放大不只是单个波长而是 一组波长的能力,即在一段波长范围内的光波长都 可以得到放大;
第二:避免了细调泵浦激光波长。
2021/11/26
School of Science, GDOU · Fiber-optic Communication
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掺铒光纤长度
掺铒光纤长度
24
2. 输出功率
对于EDFA而言,当输入功率 增加时,受激辐射加快,以 至于减少了粒子反转数,使 受激辐射光减弱,输出功率 趋于平稳。 衡量EDFA的输出功率特性通 常使用3dB饱和输出功率,其 定义为饱和增益下降3dB时所 对应的输出功率值。
E3
泵浦
E2 激光发射
E1 (a)三能级泵浦结构
E3
E2 泵浦
E1
E0 (b)四能级泵浦结构
7
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 0 2T22
可以看出,当ω=ω0时增益最大。定义增益谱
宽为增益谱g(ω)降至最大值一半处的全宽(FWHM)。 而放大器的带宽定义为G(ω)降至最大放大倍数
掺铒光纤能放大光信号的基本原理在于铒离子 能吸收泵浦光的能量,实现粒子数反转。
当波长为1.55μm附近的信号光通过已被激活的 掺铒光纤时,亚稳态上的粒子以受激辐射的方式跃 迁到基态。对应于每一次跃迁,都将产生一个与激 发该跃迁的光子完全一样的光子,从而实现了信号 光在掺铒光纤的传播过程中不断放大。
13
光纤通信系统
本章要点
本章主要介绍光放大器原理、类型和主要实现 技术。光放大器是实现高速率大容量光纤通信系统 重要的系统元件,可以部分地代替光中继器,节约 系统成本。
本章教学课时为4学时。
2
6.1 光放大器原理
光放大器是一种能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, 其工作机制和激光器的发光原理非常相似。实际上,也可以 将光放大器理解为是一个没有反馈或反馈较小的激光器。对 于某种特定的光学介质,当采用泵浦(电能源或光能源)方 法,达到粒子数反转时就产生了光增益,即可实现光放大。ຫໍສະໝຸດ 6.2.1 EDFA的特点
工作波长处于1.53~1.56μm范围,与光纤最小损耗波 长窗口一致; 对掺铒光纤进行激励所需要的泵浦光功率较低,仅需 数十mW; 增益高、噪声低、输出功率高。EDFA的典型小信号增 益 可 达 40dB , 噪 声 系 数 可 低 至 3~4dB , 输 出 功 率 可 达 14~20dBm; 连接损耗低。EDFA是光纤型放大器,其与光纤线路间 的连接较为容易,连接损耗可低至0.1dB。
3
6.1.1 光放大器的基本原理
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
4
6.1.2 光放大器的主要参数
1. 泵浦和增益系数 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
1. 功率增益 2. 输出功率特性 3. 噪声特性
22
1. 功率增益
定义为输出功率 与输入功率之比。
功率增益=10log
输出光功率 输入光功率
dB
EDFA的增益大小与多 种因素有关,通常为 15~40dB。
23
图6-14 增益(G)与掺铒光纤长度的关系
G
G
泵浦光功率上升
信号光输入功率增加
O
O
的SNR也降低了2倍(3dB),对大多数实际的放大器Fn均超 过3dB,并可能达到6~8dB。
11
6.1.3 光放大器分类
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
12
半导体光放大器
谐振式
行波式
6.2 掺铒光纤放大器EDFA
一半(3dB)处的全宽度FWHM。 放大器的带宽比介质增益谱宽窄的多。
8
3. 增益饱和和饱和输出功率
增益可以表示为
G

G0
exp
G 1 G

Pout Ps

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。
9
图6-2 放大器增益随输出功率的变化
半导体激光器,输出功率 为10~100mW,工作波长为 0.98μm或1.48μm。
长度为10m~100m左右的掺 铒光纤,铒离子的掺杂浓 度一般为25mg/kg左右。
16
铒离子能级分布
泵浦能带
快速非辐 射衰变
亚稳态能带
17
图6-6 铒离子吸收谱
18
EDFA泵浦方式
EDFA的内部按泵浦方式分,有三种基本的结构:即同向 泵浦、反向泵浦和双向泵浦。 同向泵浦
5
1. 泵浦和增益系数
光学泵浦提供了所必须的能级间的粒子数反转, 因而也就提供了光学增益,考虑一个均匀加宽的增 益介质,其增益系数可以表示为
g
g0
1 2T22 P Ps
( 6-2 )
由上式可以确定光放大器的增益谱宽、放大因 子和饱和输出功率等参数。
6
图6-1 两种泵浦原理示意图
10
4. 放大器噪声
所有光放大器在放大过程中都会把自发辐射(或散射) 叠加到信号光上,导致被放大信号的信噪比(SNR)降低, 其降低程度通常用噪声指数Fn来表示,其定义为
Fn

( SNR) in ( SNR) out
(6-12)
式中的SNR是由光接收机测得的,因此所得Fn值也和接收机 参数有关。理论分析表明,对于理想放大器而言被放大信号
14
6.2.2 EDFA结构及工作原理
掺铒光纤放大器(EDFA,Erbium Doped Fiber Amplifier是目前最成熟的光放大器。EDFA主要由掺 铒光纤(EDF)、泵浦光源、耦合器、隔离器等组 成。
15
图6-4 EDFA的基本组成
将信号光和泵浦 光耦合在一起。
保证信号 单向传输
滤除噪声, 提高信噪比 。
信号光与泵浦光以同一方向从掺铒光纤的输入端注入的 结构,也称为前向泵浦。 反向泵浦
信号光与泵浦光从两个不同方向注入进掺铒光纤的结构, 也称后向泵浦。 双向泵浦
同向泵浦和反向泵浦同时泵浦的结构。
19
三种不同泵浦方式EDFA结构
光耦合器 光隔离器 EDF
信号光输入
光隔离器 光滤波器
信号光输出
信号光输入
泵浦光
光隔离器
图10-8 同向泵浦式EDFA EDF 光耦合器 光隔离器 光滤波器 信号光输出
信号光输入
泵浦光
图10-9 反向泵浦式EDFA
光隔离器 光耦合器
EDF 光耦合器 光隔离器
光滤波器
信号光输出
泵浦光
泵浦光
20
图10-10 双向泵浦式EDFA
不同泵浦方式性能差异
21
6.2.3 EDFA性能参数
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