EDFA介绍.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,光放大器简介,信科电子系 张平,00848163,目录,光放大器意义,光放大器的种类,EDFA,（掺铒光纤放大器）,EDFA,基本结构,EDFA,的优点和缺点,EDFA,的应用方式,光放大器意义,我们知道光纤有一定的衰耗，光信号沿光纤传播将会衰减，传输距离受衰减的制约。因此，为了使信号传得更远，我们必须增强光信号。,传统的增强光信号的方法是使用再生器,。,但是，这种方法存在许多缺点，首先，再生器只能工作在确定的信号比特率和信号格式下，不同的比特率和信号格式需要不同的再生器；其次，每一个信道需要一个再生器，网络的成本很高。随着光通信技术的发展，现在人们已经有了一种不采用再生器也可以增强光信号的方法，即光放大技术。,有了光放大器后就可直接实现光信号放大，,而不要像以前一样进行转换。,光放大器的开发成功及其产业化是光纤通信技术中的光放大器一个非常重要的成果，它大大地促进了,光复用技术,、,光孤子通信,以及,全光网络,的发展。,光放大器的种类,光放大器主要有,2,种：,1.,半导体放大器（,SOA,）,谐振式,行波式,2.,光纤放大器,掺稀土元素光纤放大器,（如,EDFA,、,PDFA,）,非线性光学放大器：,拉,曼,（,F,RA,）放大器,布,里渊（,SBA,）光纤放大器,取自 豆丁网,通信系统中的光放大器,光纤的工作波长有短波长,0.85m,、长波长,1.31m,和,1.55m,光纤损耗一般是随波长加长而减小，,0.85m,的损耗,2.5dB/km,1.31m,的损耗为,0.35dB/km,，,1.55m,的损耗,0.20dB/km,，这是光纤的最低损耗,（掺铒光纤放大器）的工作波长在范围，所以在光纤通信中,EDFA,是现在应用最广泛的光放大器，它的出现极大地推动了波分复用技术的发展,。,(,下面主要介绍,EDFA,的基本结构）,取自,计算机网络,EDFA,实物图,EDFA,是英文“,Erbium-doped Optical Fiber Amplifier”,的缩写,意即掺铒光纤放大器,是一种对信号光放大的一种有源光器件。,摘自百度图片,EDFA,（掺铒光纤放大器）,EDFA,结构图,1,、掺铒光纤,(EDF,),2.,光耦合器,(WDM,),3.,光隔离器,(ISO,),4.,光滤波器,(Optical Filter,),5.,泵浦源,(PumPing Supply,),信,号,光,耦,合,器,光隔,离器,掺铒,光纤,光隔,离器,光滤,波器,输,出,光,泵,浦,光,摘自百度图片,掺铒光纤,(EDF),（一）,EDF,是放大器的主体，纤芯中掺有铒元素（,Er,）。掺有,Er3+,的石英光纤具有激光增益特性，铒光纤的光谱性质主要由,铒离子,和,光纤基质,决定，铒离子起主导作用，掺,Er3+,浓度及在纤芯中的分布等对,EDFA,的特性有很大影响。,为了在放大带宽内的增益平坦,，在,EDF,中掺入适量的铝元素，使铒离子在,EDF,中分布更均匀，从而获得平坦的宽带增益谱。,掺铒光纤,(EDF),（二）,三能级系统：,：,泵浦光,980 nm,跃迁,亚稳态,信号光,1550 nm,受激放大光,1550 nm,基态,基态,激发态,光耦合器,(WDM),光耦合器有合波信号光与泵浦光的作用，也称光合波器和波分复用器。是,EDFA,必不可少的组成部分，它将绝大多数的信号光与泵浦光合路于,EDF,中。主要有两种形式：,980nm/1550nm,或,1480nm/1550nm,，一般为光纤熔锥型。要求在上述波长附近插入损耗都小，耦合效率高，耦合频带具有一定的宽度且耦合效率平坦，对偏振不敏感稳定性好！,图片,EDFA,原理及特性专题,光隔离器,(ISO),（一）,光隔离器是一种单向光传输器件，,对,EDFA,工作稳定性至关重要,。通常光反射会干扰器件的正常输出，产生诸如强度涨落、频率漂移和噪声增加等不利影响。提高,EDFA,稳定性的最有效的方法是进行光隔离。,在输入端,加光隔离器消除因放大的自发辐射反向传播可能引起的干扰，,输出端,保护器件免受来自下段可能的逆向反射。同时输入和输出端插入光隔离器也为了防止连接点上反射引起激光振荡，抑制光路中的反射光返回光源侧，从而既保护了光源又使系统工作稳定。要求隔离度在,40dB,以上，插入损耗低，与偏振无关。,输出端,输入端,图片,EDFA,原理及特性专题,光隔离器,(ISO),（二）,在光学课上我们学过几种光隔离器的例子：,克尔效应,(Kerr Effect),：,泡克尔斯效应,(Pockels Effect),：,图片 陈老师,光学,A,课件,它们都是基于偏振的隔离器,光滤波器,(Optical Filter),光滤波器消除被放大的自发辐射光以降低放大器的噪声，提高系统的信噪比（,SNR,）。一般多采用多层介质膜型带通滤波器，要求通带窄，在,1nm,以下。目前应用的光滤波器的带宽为,1,3nm,。此外，滤波器的中心波长应与信号光波长一致，并且插入损耗要小。,图片,EDFA,原理及特性专题,泵浦源,(PumPing Supply),泵浦源为信号放大提供能量，即实现粒子数反转分布。,根据掺铒光纤,(EDF),的吸收光谱特性，可以采用不同波长的激光器作为泵源，如：,Ar2+,激光器（,514,nm,）、,倍频,YAG,（,532,nm,）、染料激光（,665nm,）及半导体激光器（,807nm,、,980nm,、,1480,nm,）。但由于在,807 nm,及小于,807 nm,波长处存在强烈的激发态吸收,（,ESA,），泵浦效率较低。若用,665,nm,、,514nm,的染料和,Ar+,激光器泵浦得到,25dB,以上的增益，需要的入纤泵浦功率大于,100,mw,，且,Ar+,激光器体积大难以实用化。,目前,980,nm,和,1480 nm,的,LD,已商品化，,不存在激发态吸收，泵浦效率较高，,所以一般采用,980nm,和,1480nm,的,半导体激光器作泵源。,图片,EDFA,原理及特性专题,的优点,掺铒光纤放大器的主要优点,1),工作波长与单模光纤的最小衰减窗口一致,。,2),耦合效率高,。由于是光纤放大器，易与传输光纤耦合连接。,3),能量转换效率高,。掺铒光纤,EDF,的纤芯比传输光纤小，信号光和泵浦光同时在掺铒光纤,EDF,中传播，光能量非常集中。这使得光与增益介质,Er,离子的作用非常充分，加之适当长度的掺铒光纤，因而光能量的转换效率高。,4),增益高、噪声指数较低、输出功率大，信道间串扰很低,。,5),增益特性稳定,：,EDFA,对温度不敏感，增益与偏振相关性小。,6),增益特性与系统比特率和数据格式无关,。,的缺点,掺铒光纤放大器的主要优点,1),增益波长范围固定,：,Er,离子的能级之间的能级差决定了,EDFA,的工作波长范围是固定的，只能在,1550nm,窗口。这也是掺稀土离子光纤放大器的局限性，又例如，,掺镨光纤放大器只能工作在,1310nm,窗口。,2),增益带宽不平坦,：,EDFA,的增益带宽很宽，但,EFDA,本身的增益谱不平坦。,在,WDM,系统中应用时必须采取特殊的技术使其增益平坦。,3),光浪涌问题,：采用,EDFA,可使输入光功率迅速增大，但由于,EDFA,的动态增益变化较慢，在输入信号能量跳变的瞬间，将产生光浪涌，即输出光功率出现尖峰，尤其是当,EDFA,级联时，光浪涌现象更为明显。峰值光功率可以达到几瓦，有可能造成,O/E,变换器和光连接器端面的损坏,的应用方式,中继放大器（,LA,）：在光纤线路中每隔一段距离设置一个光纤放大器，以延长干线网的传输距离。,后置放大器（,BA,）：放在光发射机后，以提高发射光功率，对其噪声要求不高，饱和输出功率是主要参数。,前置放大器（,PA,）：放在光接收机之前，放大微弱的光信号，以改善光接收灵敏度，,对噪声要求苛刻。,发,射器,接收器,在线放大器,EDFA,EDFA,光纤,光纤,发,射器,接收器,功率放大器,EDFA,光纤,发,射器,接收器,前置放大器,EDFA,光纤,图片,掺铒光纤放大器及其应用,关于价格,发现一个很奇怪的事情？,难道这是行业的潜规则么？！,THANK YOU!,