《光纤通信》第5章课后习题答案

1．光放大器包括哪些种类？简述它们的原理和特点。EDFA有哪些优点？

答：光放大器包括半导体光放大器、光纤放大器（由可分为非线性光纤放大器和掺杂光纤放大器）。

1）半导体光放大器

它是根据半导体激光器的工作原理制成的光放大器。将半导体激光器两端的反射腔去除，就成为没有反馈的半导体行波放大器。它能适合不同波长的光放大，缺点是耦合损耗大，增益受偏振影响大，噪声及串扰大。

2）光纤放大器

（1）非线性光纤放大器

强光信号在光纤中传输，会与光纤介质作用产生非线性效应，非线性光纤放大器就是利用这些非线性效应制作而成。包括受激拉曼放大器（SRA）和受激布里渊放大器（SBA）两种。

（2）掺杂光纤放大器（常见的有掺铒和掺镨光纤放大器）

在泵浦光作用下，掺杂光纤中出现粒子数反转分布，产生受激辐射，从而使光信号得到放大。

EDFA优点：高增益、宽带宽、低噪声及放大波长正好是在光纤的最低损耗窗口等。

2．EDFA的泵浦方式有哪些？各有什么优缺点？

答：EDFA的三种泵浦形式：同向泵浦、反向泵浦和双向泵浦。同向泵浦：信号光和泵浦光经WDM复用器合在一起同向输入到掺铒光纤中，在掺铒光纤中同向传输；反向泵浦：信号光和泵浦在掺铒光纤中反向传输；双向泵浦：在掺铒光纤的两端各有泵浦光相向输入到掺铒光纤中。

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 。其次，从噪声特性来看，由于输出功率加大将导致粒子反转数的下降，因此在未饱和区，同向泵浦式EDFA 的噪声系数最小，但在饱和区，情况将发生变化。不管掺铒光纤的长度如何，同向泵浦的噪声系数均较小。最后，考虑三种泵浦方式的饱和输出特性。同向 EDFA 的饱和输出最小。双向泵浦 EDFA 的输出功率最大，并且放大器性能与输出信号方向无关，但耦合损耗较大，并增加了一个泵浦，使成本上升。

3．一个EDFA 功率放大器，波长为1542nm 的输入信号功率为2dBm ，得到的输出功率为27out P dBm ，求放大器的增益。

解：G= 10log 10（P out /P in ）= 10log 10P out -10log 10P in =27-2=25dB

4．简述FBA 与FRA 间的区别。为什么在FBA 中信号与泵浦光必须反向传输？

答：FBA 与FRA 间的区别：

1、FRA 是同向泵浦，FBA 是反向泵浦；

2、FRA 产生的是光学声子，FBR 产生的是声学声子，

3、FRA 比FBA 的阈值功率大；

4、FRA 比FBA 的增益带宽大。

在SBA 中，泵浦光在光纤的布里渊散射下，产生低频的斯托克斯光，方向与泵浦光传播方向相反。如果这个斯托克斯光与信号光同频、同相，那么信号光得到加强。故要使信号光得到放大，信号光应与泵浦光方向相反。

5．一个长250μm 的半导体激光器用做F-P 放大器，有源区折射率为4，

则放大器通带带宽是多少？

此题可能有误，半导体光放大器的通带带宽目前还没找到公式计算。6．EDFA在光纤通信系统中的应用形式有哪些？

答：（1）作为光中继器，用EDFA可代替半导体光放大器，对线路中的光信号直接进行放大，使得全光通信技术得以实现。（2）作为前置放大器，由于EDFA具有低噪声特点，因而如将它置于光接收机的前面，放大非常微弱的光信号，则可以大大提高接收机灵敏度。（3）作为后置放大器，将EDFA 置于光发射机的输出端，则可用来提高发射光功率，增加入纤功率，延长传输距离。

7．EDFA的主要性能指标有哪些？说明其含义？

答：（1）增益，是指输出功率与输入功率之比G=P out/P in，如果用分贝作单位定义为G=10log10（P out/P in）；

（2）噪声系数，是指输入信号的信噪比与输出信号的信噪比F n＝（SNR）

in/（SNR）out 。

8．分别叙述光放大器在四种应用场合时各自的要求是什么？

答：（1）在线放大器：当光纤色散和放大器自发辐射噪声的累积，尚

未使系统性能恶化到不能工作时，用在线放大器代替光电光混合中继器是

完全可以的。特别是对多信道光波系统，节约大量设备投资。（2）后置放

大器：将光放大器接在光发送机后，以提高光发送机的发送功率，增加通

信距离。（3）前置放大器：将光放大器接在光接收机前，以提高接收机功

率和信噪比，增加通信距离。（4）功率补偿放大器：功率补偿放大器的运

用场合：A.用于补偿局域网中的分配损耗，以增大网络节点数；B.将光放

大器用于光子交换系统等多种场合。

9．叙述SOA-XGM波长变换的原理。

答：探测波

λ和泵浦波pλ经耦合注入到SOA中，SOA对入射光功率存在

s

增益饱和特性：当入射光强增加时，增益变小；当入射光强减小时，增益变大。因此，当受过调制的泵浦波注入SOA时，泵浦波将调制SOA的增益，这个增益又影响探测波的强度变化，使得探测波的强度按泵浦波的强度变

化，用带通滤波器取出变换后的

λ信号，即可实现从pλ到sλ的全光波长变换。

s