掺铒光纤放大器的特性指标——饱和输出功率(精)

掺饵光纤放大器

掺饵光纤放大器物电学院08电子一班侯进：200840620110概论光纤通信中采用光纤来传输光信号，一般它受到两方面的限制:损耗和色散。

就损耗而言，目前光纤损耗的典型值在1.3μm波段为0.35dB/km，在1.55μm波段为0.20dB/km。

由光纤损耗限制的光纤无中继传输距离为50-100km. 90年代初期EDFA的研制成功，打破了光纤通信传输距离受光纤损耗的限制，使全光通信距离延长至几千公里，给光纤通信带来了深刻的变化。

一般，光放大器都由增益介质、泵源、输入输出耦合结构组成。

根据增益介质的不同，目前主要有两类放大器，一类采用活性介质，如半导体材料和掺稀土元素的光纤。

掺稀土光放大器，是在光纤芯层中掺入极小浓度的稀土元素，如饵、谱或铥等离子制作出相应的掺饵、掺镨或掺铥光纤。

光纤中掺杂离子在受到泵浦光激励后跃迁到亚稳定的高激发态，在信号光诱导下，产生受激辐射，形成对信号光的相干放大。

主要有: 掺铒光纤放大器（EDFA－Erbium Doped Fiber Amplifier）、掺镨光纤放大器 (PDFA- Praseodymium Doped Fiber Amplifier) 和掺铥光纤放大器 (TDFA- Thulium Doped Fiber Amplifier) 等；另一类基于光纤的非线性效应，利用光纤的非线性实现对信号光放大的一种激光放大器。

当光纤中光功率密度达到一定阈值时，将产生受激喇曼散射(SRS- Stimulated Raman Scattering)或受激布里渊散射(SBS-Stimulated Brillouin Scattering)，形成对信号光的相干放大，如光纤喇曼放大器(FRA－Fiber Raman Amplifier)和光纤布里渊放大器(FBA- Fiber Brillouin Amplifier)。

本文仅对EDFA作相应的讨论。

一、铒离子的电子能级图----铒(E r)是一种稀土元素(属于镧系元素),原子序数是68,原子量为167.3。

掺铒光纤放大器(EDFA)的研究与应用

-东海科学技术学院毕业论文（设计）题目：系：学生姓名：专业：班级：指导教师：起止日期：年月日掺铒光纤放大器（EDFA）的研究与应用摘要巨大的技术优势和容量潜力使光纤通信得到了迅猛发展，光放大器作为光通信系统中的关键器件之一，对光纤通信技术产生的影响，堪比电域中的放大器对电子和通信技术的影响，光放大器的问世不仅解决了光的衰减对光信号传输距离的限制，而且在光纤通信中引起一场技术革命，其性能的优劣直接影响到网络通信的容量和质量。

掺铒光纤放大器是将来很长一段时间内光纤通信系统中最具实用价值的无源光器件之一，掺铒光纤放大器及相关技术的迅速实用化和商业化，标志着一个以光纤放大器为支撑的光通信技术产业化时代的到来，将在未来“信息高速公路”的建设中发挥重要作用。

本文首先介绍了光纤通信情况及EDFA 的发展状况和前景，并简要叙述了本文的主要任务，接着介绍了光放大器对光纤通信系统性能的影响及分析，然后介绍各类光放大器，进而深入剖析了EDFA工作机理，最后对EDFA 基于软件 OptiSystem进行了性能的仿真。

本文的重点在于在熟悉EDFA光放大机理和工作原理的前提下，运用OptiSystem软件构造研究EDFA特性的系统电路图，然后对EDFA电路图进行数据模拟仿真，进而得到仿真图，通过图形来研究分析EDFA的特性。

关键字：光纤通信；光放大器；EDFA；OptiSystemErbium-doped fiber amplifier (EDFA) Research andApplicationAbstractHuge technological advantage and capacity of optical fiber communication has been the potential to bring rapid development of optical amplifiers for optical communication systems one of the key devices for optical fiber communication technology impact, comparable to the amplifier power in the domain of electronic and communication technologies influence , the advent of optical amplifiers not only solved the attenuation of light transmission limit of optical signals, and in optical communication lead to a technological revolution, its performance will directly affect the capacity and quality of network traffic. Erbium-doped fiber amplifier is a very long time in future optical fiber communication system the most practical value to one of passive optical devices, erbium-doped fiber amplifiers and related technologies and commercialization of rapid practical marks for the support of a fiber amplifier of optical communication technology industry coming of age, will in the future "information highway" to play an important role in the building. This paper introduces the situation and EDFA optical fiber communication situation and prospects of development and a brief description of the main tasks of this article, and then to the optical amplifier on the performance of optical fiber communication systems and analysis, and then describes various types of optical amplifiers, and then analyzed in depth EDFA working mechanism, and finally carried out on the EDFA performance software-based OptiSystem simulation. This paper will focus on familiar EDFA optical zoom mechanism and working principle of the premise, the use of OptiSystem EDFA characteristics of the software system structure diagram, and then the data on the EDFA circuit simulation, and then be simulated map, to research and analysis through graphical characteristics of EDFA .Keywords: optical fiber communication；Optical Fiber Communication；EDFA；Optisystem目录第1章绪论 (1)1.1光纤通信概述 (1)1.2 EDFA的发展现状及前景 (1)1.3 本文的主要任务 (1)第2章光放大器对光纤通信系统性能影响的分析 (2)2.1光纤通信系统 (2)2.1.1光纤通信系统的分类 (2)2.1.2光纤通信系统的主要优点 (2)2.2 IM-DD系统的工作原理 (3)2.3光放大器对中继距离的影响分析 (6)第3章光放大器 (6)3.1 光放大器 (6)3.1.1光放大器的意义 (7)3.1.2光放大器的分类 (7)3.2 半导体光放大器 (7)3.3 光纤放大器 (8)3.3.1 掺稀土光纤放大器 (8)3.3.2 非线性光纤放大器 (8)3.4 EDFA的优势 (9)第4章EDFA的理论基础及应用研究 (10)4.1 EDFA光放大机理 (10)4.2 EDFA的工作原理 (11)4.3 EDFA结构和泵浦方式 (12)4.4 EDFA的主要应用 (13)4.5 EDFA的工作特性分析 (14)4.5.1 EDFA的主要工作特性参数 (14)4.5.2 EDFA性能的定性分析 (16)第5章基于OptiSystem的EDFA仿真 (18)5.1 OptiSystem介绍 (18)5.2 在掺铒光纤放大器上的瑞利散射效应研究 (18)5.3掺铒光纤放大器增益对波分复用光波系统的优化研究 (24)小结 (26)致谢 (27)参考资料 (28)第1章绪论1.1光纤通信概述光纤通信是以光纤为传输介质的一种通信方式。

光纤通信复习题库(整合版)

光纤通信复习题库（整合版）一、填空题1.有规律地破坏长连“0”和长连“1”的码流，以便时产生信号的提取，称_扰码电路 __ 。

2.PIN光电二极管是在P型材料和N型材料之间加一层_ _I___型材料，称为__耗尽层。

3.APD中促使其电流猛增的是__倍增效应。

碰撞电离4．在半导体激光器的P—I 曲线上，当I＞It 时，激光器发出的是激光，反之为荧光5. EDFA在光纤通信系统中主要的应用形式主要有作前置放大器使用、作功率放大器使用和作_线路放大器使用。

6. SDH网有一套标准化的信息结构等级，称为_同步传送模块STM-N_。

7.从波动理论的观点看，光波作为一种电磁波来处理。

8.目前光纤通信的长波波长低损耗工作窗口是 1.31μm和1.55um 。

9.光纤主要由纤芯和包层两部分构成。

10.LED适用于模拟的光纤传输系统。

11．光纤中的传输信号由于受到光纤的损耗和色散的影响，使得信号的幅度受到衰减，波形出现失真。

12．光纤数值孔径的物理意义是表示光纤端面_ 集光 _的能力。

接受和传输光13.准同步数字体系的帧结构中，如果没有足够的开销字节，就不能适应网络管理、运行和维护。

14.SDH中STM—1的速率是 155Mb/s 。

15. 按照泵浦方式的不同，EDFA可分为正向泵浦结构、反向泵浦结构和双向泵浦结构等三种形式。

16.响应度和量子效率都是描述光电检测器光电转换能力的一种物理量。

17.目前光纤通信三个实用的低损耗工作窗口是0.85um ,1.55um 和__1.31um_。

18.PDH复用成SDH信号必须经过映射、定位、复用三个步骤。

19.受激辐射过程中发射出来的光子与外来光子不仅频率相同，而且相位、偏振方向、传播方向都相同，因此，称它们是_相干光 ___。

20. SDH中STM—4的速率是 622 Mb/s 。

21.常用的SDH设备有：终端复用器、__再生器_和数字交叉连接设备等。

22.在光接收机中，与___光检测器__紧相连的放大器称为前置放大器。

北邮光纤通信期末复习题

)
A.放大 B.消除噪声干扰 C.均衡成矩形脉冲 D.均衡成有利于判决的波形
28.通常,影响光接收机灵敏度的主要因素是( )
A.光纤色散 B.光接收机噪声 C.光纤衰减 D.暗电流
29.EDFA 中用于降低放大器噪声的器件是(
)
A.光耦合器 B.波分复用器 C.光滤波器 D.光衰减器
30.以下哪一样不是无源光器件。( )
光纤通信复习题
一、单项选择题
1.薄膜波导中的单模传输条件为(
)
A.λc(TE0)<λ0<λc(TM0)
B.λc(TM0)<λ0<λc(TE0)
C.λc(TE1)<λ0<λc(TM1)
D.λc(TM0)<λ0<λc(TE1)
2.光纤相对折射指数差的定义为(
)
A.Δ=n1－n2 C.Δ=(n21－n22)/2n21
)
A.自发辐射 B.受激吸收 C.受激辐射 D.非辐射复合
33.目前在光纤通信系统中已获得广泛应用的光放大器是( )
4
A.半导体光放大器 B.掺铒光纤放大器 C.拉曼光纤放大器 D.布里渊光纤放大器
34.阶跃光纤中,子午线在包层和纤芯分界面上形成全反射的条件为( )
A. 1 ≥ sin 1
n1 n2
D.先逐渐增大，后逐渐减少
6.在光纤通信系统中，EDFA 以何种应用形式可以显著提高光接收机的灵敏度(
)
A.作前置放大器使用
B.作后置放大器使用
C.作功率放大器使用
D.作光中继器使用
7.在下列选项中，光纤通信的监控系统不能监控的项目为(
)
A.光中继器的接收光功率 B.电源的电压
C.光缆线路的色散特性

文献综述-掺铒光纤放大器(EDFA)的研究与应用

文献综述前言：随着信息业务量的快速增长,语音、数据和图像等业务综合在一起传输,从而对通信带宽的容量提出了更高要求,但是无线电频谱和电缆带宽非常有限,其极限速率只有20Gb/s左右,使得这种综合传输受到了限制,即所谓的“电子瓶颈”。

光作为信息传输的载体带宽可达30THz以上,但是由于量子效应导致光纤线路中各种复用/解复用和光电/电光转换器件处理电信号时仍存在着速率“瓶颈”,限制了信息的传输速率。

进入20世纪90年代,以光波分复用(WDM)为基础的全光通信网(AON)成为人们研究的热点。

目前全光通信的研究还处于起步阶段,许多技术难点需要克服。

虽然光纤放大器不能解决全光通信中所有的技术难点,但是对光纤放大器的研究可以解决全光通信系统中许多关键技术。

掺铒光纤放大器的出现，是光纤通信发展史上的重要里程碑。

克服了传统的光—电—光中继方式导致的通信系统复杂化、效率低、造价高等问题，迅速成为光通信网络中的重要器件，获得了广泛的应用，极大地推动了WDM/DWDM通信系统发展。

WDM/DWDM通信系统的发展，又对EDFA的性能提出了更多的要求，譬如要求光纤放大器具有更大的带宽，智能化的增益控制、功率控制等。

正文：自从有了人类，就有了信息交流和传递的需要。

我国古代的狼烟和烽火可以说是最早的利用光进行信息传递的方式。

随着科技的进步，电话、电报一直到目前连接全球的因特网，通信技术，特别是近代通信技术，经历了一个从低频到高频，从高频到微波进而到达光频的演变过程。

通信技术在人类社会起到了越来越大的作用，成为这个信息时代的支柱技术。

光纤通信技术的诞生和发展是电信史上的一次重要革命，二十多年以来，在经历了三代进化之后，它正以超摩尔定律的速度向前发展。

目前世界上80％以上的信息是通过光纤传送的，未来的传送网必然是建立在光纤通信技术之上的。

近年来，信息和通信技术的飞速发展，光纤放大器的研究和发展又进一步扩大了增益带宽，将光纤通信系统推向了高速率、大容量、长距离方向发展。

掺铒光纤放大器知识讲解

•噪声指数
SNR
F
in
SNR
G1 2nsp G2nsp2
out
四、应用
•线路放大（In-line）：周期性补偿各段光纤损耗
•功率放大（Boost）：增加入纤功率，延长传输距离
•前置预放大（Pre-Amplifier）提高接收灵敏度
五、光放大器特点
1、对信号格式及码率透明 2、工作波段可选 3、宽带放大 4、高增益 5、低噪声
掺铒光纤放大器(EDFA)
一、发展历程 •1964年，提出掺钕（Nd3+）光纤放大器的设想 •1985年，低损耗掺杂SiO2光纤研制成功 •目前，掺Er3+光纤放大器（EDFA）最为成熟，是光纤通信系统必备器件 •特点： –插损小、高增益、大带宽、偏振无关 –低噪声、低串扰、高输出功率等
掺铒光纤放大器(EDFA)
•行波半导体光放大器要求放大器的残余反射满足：
G R1R2 0.17
此时，放大器的增益特性，主要决定于G（）
•降低端面反射的方法：倾斜有源区法
半导体光放大器（SOA)
窗面结构
二、行波半导体放大器特性
•带宽由介质的增益谱决定，可达70nm
•增益系数与载流子浓度的关系 •载流子浓度由速率方程决定
g
Vg
dP gP dz
•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）
A gg0Lln2ln2
二、增益饱和与饱和输出功率 •起因：增益系数与功率的依从关系
•饱和输出功率：放大器增益降至最大小n2 G0 2
Ps
•最大输出功率
一、工作原理
半导体光放大器（SOA)
半导体光放大器（SOA)

光通信原理与技术第6章2

ATM、IP或混合业务等
WDM系统的基本结构
WDM系统的基本结构光发射机光中继放大光接收机光监控信道网络管理系统
光发射机
光发射机位于WDM系统的发送端。在发送端首先将来自终端设备（如SDH端机）输出的光信号，利用光转发器（OTU）把符合ITU-TG.957建议的非特定波长的光信号。OUT对输入端的信号波长没有特殊要求，可以兼容任意厂家的SDH信号，其输出端满足G.692的光接口，即标准的光波长和满足长距离传输要求的光源；利用合波器合成多路光信号；通过光功率放大器（BA：Booster Amplifier）放大输出多路光信号。
掺饵光纤放大器的最大输出功率常用3dB饱和输出功率来表示。当饱和增益下降3dB时所对应的输出功率值为3dB饱和输出功率。它代表了掺饵光纤放大器的最大输出能力
噪声系数
掺饵光纤放大器的噪声主要来源有： • 信号光的散弹噪声
• 信号光波与放大器自发辐射光波间的差拍噪声
• 被放大的自发辐射的散弹噪声
光中继放大
经过一定距离传输后，要用掺饵光纤放大器（EDFA）对光信号进行中继放大。在应用时可根据具体情况，将EDFA用作“线放（LA：Line Amplifier）”、“功放（BA）”和“前放（PA： Preamplifier）”。在WDM系统中，对EDFA必须采用增益平坦技术，使得EDFA对不同波长的光信号具有接近相同的放大增益。与此同时，还要考虑到不同数量的光信道同时工作的各种情况，保证光信道的增益竞争不影响传输性能
SOA的主要优点是尺寸小、功率消耗低，便于光电集成，其主要缺点是插入损耗大、对偏振态敏感
非线性光纤放大器
• 受激拉曼散射光纤放大器（SRA）

掺铒光纤放大器

特点：光路简单，电路控制灵活性强
24
均衡EDFA的工作原理— 增益锁定
隔离器
泵浦源
掺铒光纤
信号输入
可调滤波器可调衰减器
激光箝制放大器（光控）
隔离器信号输出
环形腔结构
LD PUMP
ISO
WDM
Input Signal
Grating 1
EDF
ISO
Grating 2
Output Signal
特点：完全自动，精确度高
增益谱的形状随信号功率而变，在有信道上、下的动态情况下，失衡情况更加严重
22
WDM+EDFA系统的均衡技术—立足EDFA
立足于EDFA的均衡功能的开发 • 采用新型宽谱带掺杂光纤：
掺铒氟化物光纤（30nm)；高掺铝的铒铝共掺光纤（17nm）；
• 采用与掺杂光纤增益谱反对称的滤波器；
只能适应静态情况的平坦，当信道功率变化时仍不能保持平坦
29
长波段（L-band）掺铒光纤放大器
30
k
g
*k
/
h k
14
掺铒光纤放大器的基本理论模型(4)
增益：
G
exp
L 0
g
*
n2 nt
n1
nt
dz
增益的大小和谱分布由粒子数反转水平及掺铒光纤长度决定
噪声系数：
NF
10log10
SNRin SNRout
10 log10
2nsph G 1 ase
hG ase
10 log10
Pase
什么是掺铒光纤放大器
电子轨道电子能级跃迁
辐射跃迁（发光）非辐射跃迁（不发光）受激吸收（光泵浦）受激辐射（光放大）自发辐射（产生噪声）获得光放大的基本条件：粒子数反转

掺饵光纤放大器

第六章光纤放大器及其在光纤通信系统中的应用光放大器分为光纤放大器和半导体光放大器两类。

光纤放大器(OFA：Optical Fiber Amplifier) 的放大媒质为光纤或掺稀土元素的光纤；而半导体光放大器(SOA：Semiconductor Optical Amplifier)的放大媒质为半导体晶体材料构成的正向偏压的P-N结。

OFA又根据放大机制不同分为掺铒光纤放大器（EDFA：Erbium Doped Fiber Amplifier）和喇曼光纤放大器（RFA：Raman Fiber Amplifier）两大类。

光纤放大器（OpticalFiberAmpler，简写OFA）是指运用于光纤通信线路中，实现信号放大的一种新型全光放大器。

同传统的半导体激光放大器（SOA）相比较，OFA不需要经过光电转换、电光转换和信号再生等复杂过程，可直接对信号进行全光放大，具有很好的“透明性”，特别适用于长途光通信的中继放大。

可以说，OFA为实现全光通信奠定了一项技术基础。

光纤放大器中主要是掺铒光纤放大器（EDFA）和光纤拉曼放大器（FRA）等。

掺铒光纤放大器****************************************************************EDFA的结构一个典型的掺铒光纤放大器主要由以下几部分组成:EDFA的工作光路结构**************************************************************EDFA有同（前）向泵浦、反（后）向泵浦和双向泵浦3种泵浦方式，其区别在于信号光与泵浦光的注入方向不同。

EDFA的工作光路结构三种不同结构对信号输出功率和噪声特性有不同的影响。

在相同的泵浦条件下,采用同向泵浦，可获得较好的噪声性能；采用反向泵浦，可获得较高的输出功率；采用双向泵浦,使EDFA的增益和噪声性能都优于单向泵浦，适合在长距离传输中作功率放大器用,而且放大器性能与输入信号方向无关,但耦合损耗较大,并增加了一个泵浦源,使EDFA 的成本也增加很多。

掺镨光纤放大器

掺镨光纤放大器的工作波段在1310nm，并与G－652光纤的零色散点相吻合，

G0 G0
ln
2 2
Psat
(5.1.10)
3．噪声系数我们知道，光放大器是基于受激辐射或散射的机理工作。在这个过程
中，绝大多数受激粒子因受激辐射而被迫跃迁到较低的能带上，但也有一部分是自发跃迁到较低能带上的，它们会自发地辐射光子。自发辐射光子的频率在信号光的范围内，但相位和方向却是随机的。那些与信号光同方向的自发辐射光子经过有源区时被放大，所以叫做放大的自发辐射。因为它们的相位时随机的，对于有用信号没有贡献，就形成了信号带宽内的噪声。
换器和路由器等场合。以有源滤波器为例，由于FPA的增益具有周期性特点，各振
荡峰间距
N

2 2L

2c
2nL，通过改变泵浦电流可以改变有源区折射率，从而
改变其振荡特性，便能实现可调谐的滤波。
理想行波放大器的反射系数R＝0。但实际上是很难做到的。一般用关系式
GS R 0.17
(5.1.24)
放大器带宽的定义，由（5.1.19）式可知，增益减小到峰值一半时，2 ( 0 )
值就是带宽，由此求得 FPA 2( / L)sin1[(1 RGS ) /(2 RGS )]
(5.1.23)
上式成立要满足条件：0.17 RGs 5.83
为0通.0常8nFmPA(的带宽c2 值不)，超而过典1型0G的HWz。D对M应网1络55带0n宽m是的3工0n作m波，长即，3.7允46许TH的z信，道所宽以度FP约A 是无法应用在这样的系统中的。FPA常用在有源滤波器、构造光子开关、光波长转
（5.1.12）
N1 N2 分别是受激高能级和低能级上的粒子数。当高能级上的粒子数远大于低能级粒子数时，nsp 1 ，自发辐射因子为最小值。但实际的 nsp 在1.4到4之间

(完整版)光纤通信概论考试题及答案

光通信概论总复习1、原子的三种基本跃迁过程是：（ 1、2、4 ）（1）自发辐射；（2）受激辐射；（3）自发接受；（4）受激吸收。

2、光纤型光放大器可分为：（ 1、2、3 ）（1）光纤拉曼放大器（2）掺铒光纤放大器（3）光纤布里渊放大器（4）半导体光放大器3、下面说法正确的是：（ 3 ）（1）为了使光波在纤芯中传输，包层的折射率必须等于纤芯的折射率；（2）为了使光波在纤芯中传输，包层的折射率必须大于纤芯的折射率；（3）为了使光波在纤芯中传输，包层的折射率必须小于纤芯的折射率；（4）为了使光波在纤芯中传输，包层的折射率必须大于涂覆层的折射率。

4、光纤的单模传输条件是归一化频率满足：（ 1 ）（1）V<2.405 ；（2）V>2.405 ；（3）V<3.832 ；（4）V>3.832 。

5、 STM-4一帧的传输速率是（ 1 ）。

（1）9×270×8×8000；（2）9×270×8×8000×4；（3）9×270×8；（4）9×270×8×4。

6、光纤通信主要应用的3个波长是：（1、2、3、4）（1）850nm；（2）1310nm；（3）1550nm；（4）上述全部7、下面说法正确的是：（1、3 ）（1） F-P激光器的谱线宽度大于DFB激光器的线宽；（2）DFB激光器的线宽大于LED的线宽；（3）白炽灯的线宽大于DFB激光器的线宽；（4）LED的线宽小于DBR激光器的线宽。

8、下面说法正确的是：（1 ）（1）损耗对光纤通信系统传输距离的限制可用光纤放大器克服；（2）当损耗限制比色散限制距离短时，称这种光纤通信系统为色散限制系统；（3）色散对光纤通信系统传输距离的限制可用光纤放大器克服；（4）色散对光纤通信系统传输距离的限制可用光纤非线性克服。

9、多模光纤中存在的色散：（ 1、2、3、4 ）（1）模间色散；（2）材料色散；（3）波导色散；（4）偏振模色散。

掺饵光纤放大器_EDFA_的特性和应用浅析

４１掺饵光纤放大器（ＥＤＦＡ）的特性和应用浅析Ｂｒｉｅｆ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　Ｅｒｂｉｕｍ　Ｄｏｐｅｄ　Ｆｉｂｅｒ　Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ　（ＥＤＦＡ）　Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ　ａｎｄ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ查兵曹晖Ｚｈａ　ＢｉｎｇＣａｏ　Ｈｕｉ（九江学院，江西九江３３２００５）（Ｊｉｕｊｉａｎｇ　Ｃｏｌｌｅｇｅ，　Ｊｉａｎｇｘｉ　Ｊｉｕｊｉａｎｇ３３２００５）摘要：　掺铒光纤放大器（ＥＤＦＡ）是光通信网络中最关键技术之一。

本文对ＥＤＦＡ的工作原理、基本组成作了概括的阐述，分析了ＥＤＦＡ的增益特性，着重讨论了ＥＤＦＡ在有线电视网（ＣＡＴＶ）中的应用特点。

关键词：　掺铒光纤放大器；　ＥＤＦＡ　；　增益；　ＣＡＴＶ中图分类号：ＴＮ９２９．１　文献标识码：Ａ文章编号：１６７１－４７９２－（２００７）１１－０１００－０３Ａｂｓｔｒａｃｔ：　Ｅｒｂｉｕｍ　ｄｏｐｅｄ　ｆｉｂｅｒ　ａｍｐｌｉｆｉｅｒ　（ＥＤＦＡ）　ｉｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｏｐｔｉｃａｌ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ｎｅｔｗｏｒｋ　ｏｎｅ　ｏｆ　ｍｏｓｔ　ｅｓｓｅｎｔｉａｌｔｅｃｈｎｉｃａｌ．　Ｔｈｉｓ　ａｒｔｉｃｌｅ　ｔｏ　ｔｈｅ　ＥＤＦＡ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ｏｆ　ｗｏｒｋ，　ｔｈｅ　ｂａｓｉｃ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｈａｓ　ｍａｄｅ　ｔｈｅ　ｂｒｏａｄ　ｅｌａｂｏｒａｔｉｏｎ，ｈａｓ　ａｎａｌｙｚｅｄ　ｔｈｅ　ＥＤＦＡ　ｇａｉｎ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ，　ｅｍｐｈａｔｉｃａｌｌｙ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ　ＥＤＦＡ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｃａｂｌｅ　ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ　ｎｅｔｗｏｒｋ　（ＣＡＴＶ）＇ｓ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：　Ｅｒｂｉｕｍ　Ｄｏｐｅｄ　Ｆｉｂｅｒ　Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ；　ＥＤＦＡ；　Ｇａｉｎ；　ＣＡＴＶ０引言在整个光纤传输链路中，光信号在传输过程中的产生的衰减一直是人们所普遍关注的问题。

掺铒光纤放大器

外来激励光子能量为两能级能量差激辐射；
h E2时，E才1 能发生受
受激辐射的光子与外来光子的特性完全相同，即：频率、位相、偏振和传播方向(fāngxiàng)完全一样，因此受激辐射与外来辐射是相干的，换句话说外来辐射被 “放大” 了；
光的受激辐射过程是产生光放大与激光的基本过程（受激辐射的光子与外来光子的特性完全相同可以在量子电动力学中得到证明）
共五十七页
受激吸收(xīshōu)几率
受激吸收(xīshōu)（跃迁）几率W12定义为 W12 B12 ，则有：
W12
B12
1 n1
dn2 dt
受激吸收的跃迁几率的物理意义为：单位时间内，在外来单色能量密
度为
的光照下，E1能级上因为受激吸收跃迁到E2能级上的粒子数密度占
处于E1能级总粒子数密度的百分比。
到高能级E2的过程：
光的受激吸收(xīshōu)过程
特点：处于低能级E1的原子受到外来光子的刺激作用，完全吸收光子的能量而跃迁到高能级E2的过程。
共五十七页
受激吸收(xīshōu)跃迁速率与受激吸收(xīshōu) 系数
从E1经受激吸收跃迁到E2具有一定的跃迁速率则有：
dn2 B12 n1dt
A21称为爱因斯坦自发辐射系数，简称(jiǎnchēng)自发辐射系数，
它是粒子能级系统的特征参量。
A21
1 n2
dn2 dt
物理意义是：单位时间内，发生自发辐射的粒子数密度占处于(chǔyú)E2能
级总粒子数密度的百分比。
共五十七页
自发辐射时E2能级(néngjí)上粒子的平均寿命
解该方程得：
n2 (t) n20e A21t
LD1

掺铒光纤放大器

解决了系统容量提高的最大的限制——光损耗，使长
距离传输成为可能。
EDFA给光纤通信领域带来革命
1989 年诞生的掺铒光纤放大器代
表的全光放大技术，是光纤通信技术
上的一次革命，它不仅解决了电中继器设备复杂、维护难、成本高的问题，更重要的意义在于促使波分复用技术 (WDM) 走向实用化，促进了光接入
双向泵浦的掺铒光纤放大器
掺铒光纤放大器结构图
信号放大
掺铒光纤放大器的工作特性
增益及增益谱特性饱和输出/输入功率
噪声系数及噪声谱特性
增益带宽
光放大器的增益
增益G是描述光放大器对信号放大能力的参数。定义为：
G(dB) 10log10
影响增益的因素：
Ps ,out Ps ,in
输出信号光功率输入信号光功率
激发态
通过受激辐射实现1480 nm 信号光
4I 13 / 2
亚稳态
粒子数反转，即N2>N1
~1520 ~1560 nm 放大的信号光
4I 15 / 2
实际上能级分
裂成能带，有较宽的吸收和发射带。
基态
N1
铒离子能级结构
掺铒光纤放大器的基本结构
光发送机
„
采用光放大器的中继方法
光发送机 1 光发送机 2 λ λ
1
光纤复用 λ 1 λ 2„λ 光放大器
n
λ 解复用器 λ λ
1
光接收机 1 光接收机 2
2
2
„
光发送机 n
λ
器
n
Optical Amplifiers
n
光接收机 n
宽带宽的光放大器可以对多信道信号同时放大，而不需要进行解复用，光放大器的问世推动了DWDM技术的

光纤通信顾畹仪课后题答案《光纤通信》试卷题及答案(最全最经典)

光纤通信顾畹仪课后题答案《光纤通信》试卷题及答案（最全最经典）2007-2008年度教学质量综合评估测验试卷《光纤通信》试题注：1、开课学院：通信与信息工程学院。

命题组：通信工程教研组·张延锋2、考试时间：90分钟。

试卷满分：100分。

3、请考生用黑色或蓝色中性笔作答，考试前提前带好必要物件（含计算器）。

4、所有答案请写于相应答题纸的相应位置上，考试结束后请将试卷与答题纸一并上交。

总分一二三四五六七八九十100 20 18 30 20 12 试题如下：一、选择题（每小题仅有一个选项是符合题意要求的，共10小题，每小题2分，共20分）1、表示光纤色散程度的物理量是 A.时延 B.相位差C.时延差 D.速度差2、随着激光器使用时间的增长，其阈值电流会 A.逐渐减少 B.保持不变 C.逐渐增大 D.先逐渐增大,后逐渐减少3、当平面波的入射角变化时，在薄膜波导中可产生的三种不同的波型是 A.TEM波、TE波和TM B.导波、TE波和TM波C.导波、衬底辐射模和敷层辐射模D.TEM波、导波和TM波4、平方律型折射指数分布光纤中总的模数量等于A. B. C. D. 5、光接收机中将升余弦频谱脉冲信号恢复为“0”和“1”码信号的模块为 A. 均衡器B. 判决器和时钟恢复电路 C. 放大器D. 光电检测器6、在光纤通信系统中，EDFA以何种应用形式可以显著提高光接收机的灵敏度 A.作前置放大器使用 B.作后置放大器使用 C.作功率放大器使用 D.作光中继器使用7、EDFA中用于降低放大器噪声的器件是A.光耦合器B.波分复用器C.光滤波器D.光衰减器8、关于PIN和APD的偏置电压表述，正确的是A.均为正向偏置B.均为反向偏置C.前者正偏,后者反偏 D.前者反偏,后者正偏9、下列哪项技术是提高每个信道上传输信息容量的一个有效的途径？ A.光纤孤子(Soliton)通信 B. DWDM C. OTDM D. OFDM 10、光纤数字通信系统中不能传输HDB3码的原因是 A.光源不能产生负信号光 B.将出现长连“1”或长连“0” C.编码器太复杂 D.码率冗余度太大二、填空题（本题共三部分，每部分6分，共18分）（一）、基本概念及基本理论填空（每空1分，共4小题6小空，共6分）11、以色散为基，对于单模光纤来说，主要是材料色散和，而对于多模光纤来说，占主要地位。

掺铒光纤放大器的特性指标——饱和输出功率(精)

用图片展示小信号增益，加深学生印象。
2.饱和输出功率
给出饱和输出功率的定义，当信号增大到一定值时，放大器增益开始下降，强调并不是输出功率的下降。当增益下降3dB时，对应的输出功率为饱和输出功率。
用图片展示饱和输出功率处，加深理解。
小结：
课堂总结
教学章节
掺铒光纤放大器的特性指标——饱和输出功率
教学环境
多媒体机房
教学
内容
1.小信号增益
2．饱和输出功率
教学
目标
1.了解小信号增益
2．掌握饱和输出功率
重点
难点
1.饱和输出功率
教学
.小信号增益
给出小信号增益的定义，当输入功率较小时，增益是一个常数，输出光功率与输入光功率成正比关系，这个增益定义为小信号增益。