第六章 光放大技术

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§6-1 概述
增益特性与光的偏振态无关，信号放大时与光信号
的传输方向也没有关系，可以实现双向放大（光纤 放大器内无隔离器时）；
对不同传输速率的数字体系具有完全的透明度，即
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与准数字体系和同步数字体系的各种速率兼容，调 制方案可任意选择；
EDFA的工作电流比3R（O/E/O）中继放大器的小，
因此可以减小远供电流，从而降低了海缆的电阻和 绝缘性能的要求；
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§6-1 概述
光放大器（O-O）：→EDFA(Erbium-doped Optical Fiber Amplifer：掺铒光纤放大器 ) 多波长放大、低成本，只能实现1R中继。 光纤放大器的出现，是光纤通信发展史上的重要里程 碑。 二、EDFA出现的时间背景 二十世纪60年代开始研究掺杂光纤放大器，把稀土金 属离子在光纤制作过程中掺入光纤的纤芯中，使用泵浦光 信号放大，提供光增益。但是一直没有重大的技术突破。 直到1987年，EDFA取得突破性进展，英国南安普顿 大学和美国AT&T Bell实验室报道了离子态的稀土元素铒 在光纤中可提供1.55µm通信波段的光增益，随后开始提供 实际应用。
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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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§6-1 概述
复习课件时点击右向箭头播放下一段动画！ 此动画是直接光放大工作原理的动画：无需转换为 电信号、通过一段特种光纤直接进行光放大、可以同时 放大多个信道、装置简单（只需几个无源器件和低速电 子元件）。 2018/11/1
第六章的主要内容
§6-1 §6-2 §6-3 §6-4
概述； EDF的结构与EDFA工作原理 ； EDFA的特性；
EDFA在光纤通信系统中的应用以及大功率
化；

本章思考题。
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§6-1 概述
一、O/E/O中继和光放大技术 光纤通信线路的最大中继距离受光纤的损耗和色散影 响，它们都是随传输距离的增加不断累积，损耗的累积导 致信号幅度（脉冲幅度）减小，<P>min影响传输质量。→ 系统设计：损耗、色散预算。
光放大器的出现，可视为光纤通信发展史上的重要里 程碑。
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。 装置复杂、耗能多、不能同时放大多个波长信道，在 WDM系统中复杂性和成本倍增，可实现1R、2R、3R中继。
（FRA、FBA）；
光子晶体光纤放大器。
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§6-1 概述
1. 光放大器的应用现状 各种光放大器中，以掺杂光纤放大器研究的居多； 掺杂光纤放大器利用掺入石英光纤的稀土离子作为 增益介质，在泵浦光的激发下实现光信号的放大， 放大器的特性主要由掺杂元素决定； 工作波长为1550nm的铒掺杂光纤放大器(EDFA)； 工作波长为1300nm的镨掺杂光纤放大器(PDFA)； 工作波长为1400nm的铥掺杂光纤放大器(TDFA)； 目前，EDFA最为成熟，是光纤通信系统必备器件。
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§6-1 概述
在多信道应用中可进行无串话传输； 放大器中只有低速电子装置和几个无源器件，结构
简单，可靠性高。 四、光放大器的类型
利用稀土掺杂的光纤放大器（EDFA、PDFA）； 利用半导体制作的半导体光放大器（SOA）； 利用光纤非线性效应制作的非线性光纤放大器
光纤拉曼放大器需0.5w以上的泵浦源进行激励；
增益高、噪声低、泵浦效率高、输出功率大，增益
可达40dB，噪声系数可低至3~7dB，输出功率可达 12~20dBm；
EDFA的主体是一段EDF光纤，它与线路光纤的耦
合损耗很小，可达0.1dB以下；
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§6-1 概述
光纤 光
l1
O/E
ADM E/O
l1 l2
光 光纤 复 . . . 用 l 1 l 2 ... l N l
N
l 1 l 2 ... l N
解 l2 . . . 复 用
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§6-1 概述
三、EDFA的优点
工作波长在1550nm波段（1530~1565nm，约40nm
）
范围，与光纤最小损耗窗口一致；
对EDF进行激励的泵浦功率低，仅需几十毫瓦，而
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§6-1 概述
2. EDFA给光纤通信领域带来的革命 EDFA解决了系统容量提高的最大的限制——光损 耗； 补偿了光纤本身的损耗，使长距离的光纤传输成 为可能； 大大增加了功率预算的冗余，系统中引入各种新 型光器件成为可能； 支持了最有效的增加光通信容量的方式-WDM； 推动了全光网络的研究开发热潮。
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§6-2 EDF的结构与EDFA工作原理
一、EDF的结构
5000 铒 离 子 浓 度
ppm
GeO2-SiO2
Er3+ GeO2-Al2O3-SiO2