光放大器的作用
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
光放大器可以解决WDM系统衰耗受限的难题,并可以节省大量的电再生设备,可以毫不夸张地说,掺铒光纤放大器EDFA是光传送技术的最伟大成果之一,没有EDFA就没有WDM系统的的实用化。本章将重点介绍已经广泛应用的EDFA的工作原理、结构与性能参数;并对拉曼光放大器进行了简要介绍。
§3.1 光放大器的作用与要求
1.光放大器的作用
光放大器的作用是对复用后的光信号进行放大,以解决WDM系统的超长距离传输和系统中波分复用器件的插损问题。
WDM系统一般都需要配置光放大器,因为合、分波器的插损较大,它会使WDM 系统的传输距离大大减小,以至于不能满足实际需求。以2.5Gb/s系统为例,其收、发之间的允许衰耗一般为26dB左右,扣除光连接器衰耗、光缆富余度与光通道代价等,所以可传输80km左右。但对于WDM系统而言,还要再考虑合、分波器的插损(如8dB),因此若不使用光放大器,其传输距离仅为20~30km左右,根本无法满足实际需求。
可以说,没有光放大器,也就没有WDM技术的实用化。
2.对光放大器的要求
(1).高增益
所谓增益就是光放大器对光信号的放大倍数。从衰耗的角度出发,其值越大,越有可能传输更长的距离。一个良好的光放大器的增益可达33dB以上。
(2).宽带宽
要想用一个光放大器对WDM系统的全部光复用通道信号进行放大,光放大器必须具有足够宽的带宽;而且其放大特性必须非常平坦。只有足够的带宽,才可能实现用一个光放大器对系统所有复用光通道信号的同时放大;只有具有平坦的放大特性,才能达到光放大器对所有复用光通道信号进行均匀放大的目的,以便于系统的设计与实施。
(3).低噪声系数
光放大器是一种有源器件,除了具有光放大作用之外,它本身还可能会产生噪声,如目前应用最广泛的EDFA就会产生自发辐射噪声ASE。噪声会劣化系统的性能,降低接收端的光信噪比。因此要求光放大器应该具有很低的噪声系数,
[url=/]魔兽sf[/url]使其对系统的性能劣化减少到最低限度。
§3.2 光放大器的种类
1.从结构上划分
从结构上讲,光放大器有如下几种:掺铒光纤放大器(EDFA)、掺铷光纤放大器或掺镨光纤放大器(NDFA & PDFA)、半导体激光放大器(SOA)与拉曼光纤放大器等。
(1).掺铒光纤放大器(EDFA)
掺铒光纤放大器(EDFA),是由掺入稀有金属铒离子的光纤构成的光放大器。
掺铒光纤中的铒离子在泵浦光的作用下可形成粒子数反转分布,因此当有外来光信号输入时会受激辐射、发出与外来光波长相同的光,从而产生光放大作用。
EDFA专门工作于1550nm波长范围(C波段或L波段),现已商用化,它在光纤通信系统中(单波长系统或WDM系统)得到了非常广泛的应用。
EDFA的优点是增益高(如可达33dB以上),结构比较简单。其缺点是会产生ASE噪声,所以噪声系数较大(如5.5dB以上)。
(2).掺铷光纤放大器或掺镨光纤放大器(NDFA & PDFA)
掺铷光纤放大器或掺镨光纤放大器(NDFA & PDFA),是在光纤中掺入稀有金属铷离子和镨离子而构成的光纤放大器。
其工作机理与EDFA类似,但它们专门工作于1310nm波长范围。因其增益不高等原因至今尚未实用化,它可能将会被半导体光放大器SOA取代。
(3).半导体激光放大器(SOA)
半导体激光放大器(SOA)是利用受激辐射发光的原理对输入光信号进行放大。它既可以用于1550 nm波长范围也可用于1310 nm波长范围,因具有结构简单、增益高、易驱动、体积小和功耗低等优点而潜力巨大。目前处于实验室阶段,但其实用化指日可待。
(4).拉曼光纤放大器(Raman)
拉曼光纤放大器是巧妙利用当输入光功率足够大时,光在光纤中会产生拉曼散射效应,其结果使输入光的能量向较长波长的光转移而专门设计的光放大器。
拉曼光纤放大器的优点,一是可以进行全波放大(目前是唯一的),无论是1550nm波长区还是1310nm波长区,都可以用拉曼放大器进行放大;二是噪声系数很低。其缺点是泵浦效率较低,增益不高。
鉴于目前只有EDFA已经商用化,[url=/]魔兽私服[/url]所以我们主要讨论掺铒光纤放大器,但对实用化取得巨大进展的拉曼光纤放大器也进行了介绍。
2.从放大特性划分
从放大性能上讲光放大器可分为二大类,即功率锁定型和增益锁定型。
(1).功率锁定型
所谓功率锁定型,是指当输入光功率大于规定值时,光放大器的输出光功率为一固定值,并不随输入光功率值的变化而变化。它多用于单波长系统。
(2).增益锁定型
所谓增益锁定型,是指其输出光功率值与输入光功率值之比即放大器的增益为一常数。也就是说,光放大器的输出光功率随输入光功率变化而变化,当然其输入光功率必需在规定范围内。
增益锁定型的光放大器一般用于WDM系统。它的最大好处是,可以分别对每个复用通道光信号同时进行固定增益放大,使各复用通道的光功率输出彼此相互独立。因此不仅各通道的光功率予算方便易行;而且也避免了因增加、减少复用光通道或者某复用光通道发生故障,而影响其它复用光通道的弊病。
而功率锁定型的EDFA则无法做到这一点,因为它只保证总的光输出功率为定值,所以当增加或减少光复用光通道时,会影响其它光通道信号;但它很适用于单波长系统。
3.从物理位置上划分
从所处物理位置上讲,也可分为三类,即功率放大器、予放大器和线路放大器。如图3.3.1所示。
(1).功率放大器(WBA)
功率放大器(BA)的主要作用是对发送端的光信号进行功率放大。目的是增加光发送端的光功率输出,以增大传输距离。因此它一般置于光发送机之后,当然在WDM 系统中它应置于合波器之后,以达到对所有复用光通道信号同时进行放大的目的,为示区别写为:WBA。WBA光功率输出一般应低于+22dBm。
(2).予放大器(WPA)
予放大器(PA)的主要作用是对接收端的微弱光信号进行予放大,以提高接收灵敏度。因此它一般置于光接收机之前,当然在WDM系统中它应置于分波器之前,以达到对所有复用通道光信号同时进行予放大的目的,为示区别写为:WPA。
(3).线路放大器(WLA)
线路放大器(LA)的作用相当于一个光再生器。它既具有较高的灵敏度又有较大的光功率输出。其结构一般是由功率放大器和予放大器串接而成,但中间要加光衰减器(防止予放大器过载)。它处于线路中某合适的位置,为示区别写为:WLA。