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1、第第4.34.3讲讲光放大器光放大器通用光放大器结构通用光放大器结构l光纤放大器l半导体光放大器(SOA)l受激辐射型l受激散射型类型：1北京邮电大学顾畹仪1、掺铒光纤放大器(Erbium-dopedFiberAmplifierEDFA)泵浦态泵浦态亚稳态亚稳态基态基态1)原理a)三能级跃迁1s铒是镧系稀土元素原子序数是68原子量为167.3利用其4f能级2北京邮电大学顾畹仪(b)EDFA结构3北京邮电大学顾畹仪c)速率方程描述了受激吸收、受激辐射和自发辐射对基态和亚稳态粒子数的影响。在二能级模型下A为纤芯面积，se，sa为信号光受激辐射截面和受激吸收截面，p为泵浦吸收截面，s和p为信号光和泵
2、浦光光功率分布与纤芯中铒离子分布重叠程度的积分因子；A21为亚稳态粒子自发辐射速率。NN1N2分别为掺杂浓度基态和亚稳态的铒粒子浓度.4北京邮电大学顾畹仪d)传输方程在稳态情况下数值计算求解。5北京邮电大学顾畹仪增益随输入功率变化曲线3)性能指标u放大器增益小信号增益、饱和增益、最大输出功率、小信号增益带宽6北京邮电大学顾畹仪EDFAEDFA的增益变化曲线的增益变化曲线EDFA的增益与泵浦功率、输入功率和EDF的长度有关，EDF存在最佳长度。7北京邮电大学顾畹仪uEDFA的噪声系数nASE噪声：放大的自发辐射噪声。来源于放大器介质中电子-空穴对的自发发射，与信号一起放大而形成的宽谱噪声。ASE
3、的功率谱密度为：Nsp是自发辐射或粒子数反转因子。n噪声系数：8北京邮电大学顾畹仪输出光谱输出光谱9北京邮电大学顾畹仪级连EDFA的系统的信噪比恶化l损耗l色散lASE噪声l功率的不均衡l非线性光学效应的影响10北京邮电大学顾畹仪三种不同的级联方式：第一种级联方式是所谓的“自愈”方式，即对每级增益不做专门的控制。开始增益较大，经过几级放大后增益趋于饱和，输出功率趋于恒定。第二种方式是保证每级EDFA输出总功率恒定。第三种级联方式是保持每级EDFA的增益恰好抵消级间损耗。信号功率恒定。11北京邮电大学顾畹仪2、喇曼光放大器v工作原理是受激喇曼散射效应v分布式光放大器v噪声低，适合超长传输系统v工
4、作波长和带宽由泵浦波长决定v采用多波长泵浦可实现宽带光放大器v采用偏振复用泵浦可消除偏振敏感性v需要的泵浦功率高12北京邮电大学顾畹仪反向泵浦喇曼放大器的一种结构，泵浦光来自包层泵浦的光纤激光器反向泵浦喇曼放大器13北京邮电大学顾畹仪1）工作原理和性能参数受激喇曼散射（SRS）是三阶非线性光学效应，是由光纤物质中原子振动参与的光散射现象。晶体中原子的振动形成晶体中的格波，格波的能量是量子化的，对频率为的格波，它的每份能量是h，被称为一个声子。受激喇曼散射是光学支声子参与的光散射。喇曼散射的基本过程：Stokes过程：下频移反Stokes过程：上频移。Stokes过程是主要的。喇曼增益谱宽，峰值
5、位置在频移13THz处14北京邮电大学顾畹仪自发喇曼散射和受激喇曼散射gR710-12cmW等效长度示意图等效面积示意图15北京邮电大学顾畹仪多波长系统中受激喇曼散射Kij是与偏振有关的参数，偏振方向一致时取1，在一般情况下取2。16北京邮电大学顾畹仪喇曼光纤放大器增益的表示方法n信号净增益:指RFA的泵浦源打开时的输出信号光光功率与输入信号光光功率的比值开关增益:喇曼开关增益指RFA的泵浦源打开时输出的信号功率P2与关闭时对应的输出信号光功率p1的比值17北京邮电大学顾畹仪喇曼光纤放大器噪声的表示方法n分布式喇曼放大器的等效噪声系数指的是将分布式喇曼放大器（包括传输光纤在内）等效成为传统的传
6、输光纤分立式放大器结果，等效指的是输出端具有相同的OSNR的分立放大器所应具有的噪声系数。可见喇曼放大器的等效噪声系数反映的是分布式喇曼放大器比起传统的传输光纤分立式放大器在噪声特性方面的优劣。18北京邮电大学顾畹仪设计宽带RAMAN放大器不仅要考虑信号和泵浦之间的受激喇曼散射，还要考虑信号和信号之间的受激喇曼散射泵浦和泵浦之间的受激喇曼散射双径后向瑞利散射多波长泵浦时的组合增益谱（OFC2001）19北京邮电大学顾畹仪2）Raman泵浦源n多个激光器捆绑n掺镱双包层泵浦激光器n光纤谐振器型泵浦源20北京邮电大学顾畹仪光纤谐振器型泵浦源21北京邮电大学顾畹仪3）Raman+EDFA增益平坦，噪声性能佳22北京邮电大学顾畹仪
