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1、寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多第第6章章 光源和光放大器光源和光放大器v6.1 发光二极管及其工作特性发光二极管及其工作特性6.2 半导体激光器及其工作特性半导体激光器及其工作特性 6.3 窄谱宽和可调谐半导体激光器窄谱宽和可调谐半导体激光器 6.4 光放大器光放大器 6.5 光纤激光器光纤激光器v6.5 垂直腔面发射激光器垂直腔面发射激光器寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多光源要求：光源要求：（1 1）合适的发光波长）合适的发
2、光波长：包括包括0.85m、1.3m和和1.55m波长窗口。波长窗口。（2 2）足够的输出功率）足够的输出功率：实际应用中，把：实际应用中，把lmWlmW的光的光功率记作功率记作0dBm0dBm。（3 3）可靠性高、寿命长）可靠性高、寿命长：目前通信工程要求光源：目前通信工程要求光源平均工作寿命为平均工作寿命为10106 6小时。设一个通信系统中有小时。设一个通信系统中有1010个光源，假如其中一个光源发生故障，会使个光源，假如其中一个光源发生故障，会使整个系统中断工作。从故障的概率来说，该系整个系统中断工作。从故障的概率来说，该系统发生中断通信故障的时间间隔为统发生中断通信故障的时间间隔为1
3、010万小时。万小时。寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多（4 4）输出效率高）输出效率高：耗电尽量省，而且要在低电：耗电尽量省，而且要在低电压下工作。压下工作。（5 5）光谱宽度窄）光谱宽度窄：光谱宽度与光纤的色散效应：光谱宽度与光纤的色散效应结合产生噪声。结合产生噪声。（6 6）聚光性好）聚光性好：尽可能多地把光送进光纤。：尽可能多地把光送进光纤。（7 7）调制方便）调制方便：把话音等信息附载在光波上。把话音等信息附载在光波上。（8 8）价格低廉）价格低廉：能批量生产，同时体积小、重：能批量生产，同时体积小、重
4、量轻，便于在各种场合应用。量轻，便于在各种场合应用。寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多光发送机的组成光发送机的组成v在光纤通信中，将在光纤通信中，将电信号转变为光信号电信号转变为光信号是是由由光发送机光发送机来完成，同时来完成，同时有效地有效地将光信号将光信号送入到传输光纤中。送入到传输光纤中。v光发送机的核心是光发送机的核心是光源及其驱动电路光源及其驱动电路。LED或LD驱动电路输入电信号输出光信号光源寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷
5、阱很多6.1 发光二极管及其工作特性发光二极管及其工作特性v当给当给LED外加合适的外加合适的正向电压正向电压（N端接负电位，端接负电位，P端接正电位）时，破坏了端接正电位）时，破坏了PN结的结的热平衡状态热平衡状态，耗尽区的宽度和势垒的高度都下降，扩散作用增耗尽区的宽度和势垒的高度都下降，扩散作用增强，大量的空穴从强，大量的空穴从P区扩散到区扩散到N区而大量的电子区而大量的电子从从N区扩散到区扩散到p区，复合产生光子区，复合产生光子。简单一句话。简单一句话说，电致发光为说，电致发光为PN结在正向偏置下由电子注入结在正向偏置下由电子注入产生光自发发射的现象产生光自发发射的现象。PN结形成过程动
6、画演示结形成过程动画演示寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多PN结偏置结偏置 PN结正向偏置结正向偏置 当外加直流电压使当外加直流电压使PN结结P型半型半 导体的一端的电位高于导体的一端的电位高于N型半导体一端的电位时，型半导体一端的电位时，称称PN结正向偏置，简称正偏。结正向偏置，简称正偏。PN结反向偏置结反向偏置 当外加直流电压使当外加直流电压使PN结结N型半型半导体的一端的电位高于导体的一端的电位高于P型半导体一端的电位时，型半导体一端的电位时，称称PN结反向偏置，简称反偏。结反向偏置，简称反偏。寒假来临，不
7、少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多PN结正偏动画演示结正偏动画演示多子进行扩散，多子进行扩散， PN结呈现低阻、导通状态，结呈现低阻、导通状态，内电场被削弱，内电场被削弱，PN结变窄结变窄寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多PN结反偏动画演示结反偏动画演示寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多发光二极管工作原理发光二极管工作原理寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选
8、择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多LED的光电特性的光电特性寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多数字调制：开关状态数字调制：开关状态寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多模拟调制：直流偏置电流模拟调制：直流偏置电流寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多3dB调制带宽调制带宽寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工
9、。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多上升时间上升时间寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多LED结构结构vLED主要有五种结构：主要有五种结构：平面平面LED、圆顶形、圆顶形LED、超发光二极管、超发光二极管SLD、面发光二极管、面发光二极管SLED和边发光二极管和边发光二极管ELED。在光纤通信中。在光纤通信中广泛应用的结构为后两种。广泛应用的结构为后两种。v平面平面LED、圆顶形、圆顶形LED：发光强度低、价格发光强度低、价格低廉低廉，应用于，应用于显示、报警、计算显示、报警、计算及
10、其他工业及其他工业应用。应用。寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多SLD: Super Luminescent Diodesv超发光二极管超发光二极管SLD：结构和：结构和LD类似。类似。要求具有很高要求具有很高的输出功率而又不产生激射振荡，最简单办法是增的输出功率而又不产生激射振荡，最简单办法是增大注入电流。为了避免过高的注入电流可能会导致大注入电流。为了避免过高的注入电流可能会导致激射振荡，在一端涂有光损耗介质，以抑制激光发激射振荡，在一端涂有光损耗介质，以抑制激光发射，没有光反馈，注入电流在受激发射值以下。射
11、，没有光反馈，注入电流在受激发射值以下。v特点特点: 输出功率较高、输出光束的方向性好、谱线输出功率较高、输出光束的方向性好、谱线宽及调制带宽大。宽及调制带宽大。v缺点缺点: 非线性较大，且输出功率随温度的变化非常非线性较大，且输出功率随温度的变化非常大，使用时必须制冷大，使用时必须制冷。v应用应用: 光学陀螺、传感器及多模光纤系统。光学陀螺、传感器及多模光纤系统。寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多v材料不同，发射波长不同。材料不同，发射波长不同。v材料的组成元素不同，同样发射波长也不同。材料的组成元素不同，同样
12、发射波长也不同。vGaInP用于塑料光纤，发射波长为红光。用于塑料光纤，发射波长为红光。寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多v同质结和异质结同质结和异质结v同质结同质结LED的缺点的缺点v异质结的优点异质结的优点寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多双异质结工作原理双异质结工作原理寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多由由于于限限制制层层的的带带隙隙比比有有源源
13、层层宽宽，施施加加正正向向偏偏压压后后， P层层的的空空穴穴和和N层层的的电电子子注注入入有有源源层层。 P层层带带隙隙宽宽， 导导带带的的能能态态比比有有源源层层高高，对对注注入入电电子子形形成成了了势势垒垒， 注注入入到到有有源源层层的的电电子子不不可可能能扩扩散散到到P层层。同同理理，注注入入到到有有源源层层的的空空穴穴也也不不可可能能扩散到扩散到N层。层。寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多双异质结：双异质结：阻止有源层的阻止有源层的空穴进入空穴进入n区和其区和其电子进入电子进入P区；区； 有源层两边的有源
14、层两边的折射率低于有源折射率低于有源层，对光场具有层，对光场具有很好的约束。很好的约束。寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多有源层：发光区域有源层：发光区域有源层中产生的光发射穿过衬底耦合入光纤。有源层中产生的光发射穿过衬底耦合入光纤。凹坑：由于衬底材料的光吸收很大，用选择腐蚀的办凹坑：由于衬底材料的光吸收很大，用选择腐蚀的办法形成凹坑。法形成凹坑。接触电极：限定有源层中有源区的面积，大小与纤芯接触电极：限定有源层中有源区的面积，大小与纤芯面积相当。面积相当。SLED寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打
15、工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多v特点：工艺简单、发散角大、效率低、调制特点：工艺简单、发散角大、效率低、调制带宽较窄。带宽较窄。v面发光二极管输出的功率较大，一般注入面发光二极管输出的功率较大，一般注入100mA电流时，就可达几个毫瓦。电流时，就可达几个毫瓦。寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多面发光二极管面发光二极管SLEDv面发光二极管发光特点：面发光二极管发光特点：从平行于结平面的从平行于结平面的表面发光，光束成朗伯分布表面发光，光束成朗伯分布。寒假来临，不少的高中毕业生
16、和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多v光功率按照余弦递光功率按照余弦递减。减。v当角度为当角度为60度时，度时，功率降为一半。功率降为一半。v当当NA=0.24，接收，接收角为角为14度时，大部度时，大部分能量被浪费掉。分能量被浪费掉。寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多面发光二极管面发光二极管SLEDv在凹陷的区域注入在凹陷的区域注入环氧树脂环氧树脂，并在光纤末端，并在光纤末端放置放置透镜透镜或光纤端面或光纤端面形成球透镜形成球透镜，以提高光，以提高光纤的接收
17、效率。纤的接收效率。寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多ELED寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多异质结异质结寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多结构上利用结构上利用SiO2掩模技术，在掩模技术，在P面形成垂直于端面的条形接面形成垂直于端面的条形接触电极触电极(约约65m)，从而限定了有源层的宽度。，从而限定了有源层的宽度。寒假来临，不少的高中毕业生和大学
18、在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多由于约束层的吸收损耗低，光在传播方向上的自吸收大大由于约束层的吸收损耗低，光在传播方向上的自吸收大大降低，光导层可减少光束的发射，有利于将发光功率有效降低，光导层可减少光束的发射，有利于将发光功率有效地耦合入光纤中。地耦合入光纤中。寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多与输出端相反的一端镀反射膜，进一步增加光输出功率。与输出端相反的一端镀反射膜，进一步增加光输出功率。寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而
19、有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多ELED发光特点：从结区的边缘发光。发光特点：从结区的边缘发光。寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多v能量更集中，特别能量更集中，特别是垂直方向。是垂直方向。寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多实际封装方式实际封装方式寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多6.2 半导体激光器及其工作特性半导体激光器及其工作特性v
20、产生激光的三个先决条件：产生激光的三个先决条件：激励源激励源是能量的提供者，实现粒子数反转；是能量的提供者，实现粒子数反转；激活物质激活物质是产生激光的物质基础，提供光放大；是产生激光的物质基础，提供光放大；光学谐振腔光学谐振腔提供光反馈。提供光反馈。v要产生激光还应满足如下两方面的条件：要产生激光还应满足如下两方面的条件：光的增益和损耗间应满足平衡条件光的增益和损耗间应满足平衡条件阈值条件阈值条件。在谐振腔中，光波反复反射能得到加强，从而能够在谐振腔中，光波反复反射能得到加强，从而能够存在，应满足的条件存在，应满足的条件相位条件相位条件。寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准
21、备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多v好的激光器应具备的条件：好的激光器应具备的条件：低的阈值电流、低的阈值电流、高的输出功率及单模工作高的输出功率及单模工作。v气体激光器气体激光器v固体激光器固体激光器v半导体激光器半导体激光器寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多LD工作原理工作原理寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多 激励源激励源：对：对PN结外接正向偏置电压，电子越结外接正向偏置电压，电子越过异质结势垒而
22、注入，同时在价带中产生同过异质结势垒而注入，同时在价带中产生同等数量的空穴以保持电中性。导带电子与价等数量的空穴以保持电中性。导带电子与价带空穴复合，发射出新的光子。带空穴复合，发射出新的光子。寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多 光学谐振腔：由于自发发射的光子，位相各不相同，光学谐振腔：由于自发发射的光子，位相各不相同，且向各个方向传播。部分光子一旦产生，就穿出有且向各个方向传播。部分光子一旦产生，就穿出有源区，而另一部分光子在源区，而另一部分光子在PN结平面内传播，并相结平面内传播，并相继引起其他电子继引起其他
23、电子-空穴对的受激发射，产生更多的空穴对的受激发射，产生更多的性能相同的光子。这种受激发射随注入电流的增大性能相同的光子。这种受激发射随注入电流的增大而雪崩式地发展，并在而雪崩式地发展，并在PN结内具有绝对的优势。结内具有绝对的优势。当这些光子的电磁波当这些光子的电磁波同相位同相位时，产生放大的相干发时，产生放大的相干发射。射。寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多 光学谐振腔光学谐振腔：两端自然解理面形成反射镜，：两端自然解理面形成反射镜，即光学谐振腔，提供了必要的反馈及进行模即光学谐振腔，提供了必要的反馈及进行模
24、式选择，提高相干性。光信号每通过一次增式选择，提高相干性。光信号每通过一次增益媒质，就得到一次放大。当增益超过损耗益媒质，就得到一次放大。当增益超过损耗时，满足时，满足阈值条件阈值条件，发出光。，发出光。寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多增益介质增益介质：重掺杂的：重掺杂的P区和区和N区，通过外加区，通过外加正向偏压不断注入电子，则在正向偏压不断注入电子，则在PN结形成结形成受激发射所需的粒子数反转。受激发射所需的粒子数反转。寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，
25、目前社会上寒假招工的陷阱很多寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多v主导模式：最靠近增益峰的模式。主导模式：最靠近增益峰的模式。v多模激光器：主模及其临近的两个边模同时多模激光器：主模及其临近的两个边模同时振荡。振荡。寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多光束辐射为一光束辐射为一椭圆光锥椭圆光锥，水平方向性强，但垂，水平方向性强，但垂直方向的方向性差。直方向的方向性差。寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意
26、义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多特点：特点：限制光的办法：电流在狭窄的中间带内注入，导致限制光的办法：电流在狭窄的中间带内注入，导致载流子浓度在条形区最高，光被限制在载流子浓度在条形区最高，光被限制在条形区域条形区域内；内；因为电流在因为电流在有源区产生增益有源区产生增益，光限制是借助条形区，光限制是借助条形区的增益来实现的，这样的激光器称为增益波导的增益来实现的，这样的激光器称为增益波导LD。寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多增益波导增益波导LDv缺点：缺点：功率增大时，功率增大时，光斑尺寸不稳定光
27、斑尺寸不稳定；模式模式稳定性不高稳定性不高（辐射模式随激光器增益的（辐射模式随激光器增益的增加而改变；增加而改变；增益波导增益波导LD很少用于通信系统中。很少用于通信系统中。寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多折射率波导折射率波导LDv限制光的办法：在侧向引入限制光的办法：在侧向引入折射率差折射率差，以达，以达到限制光场的目的。到限制光场的目的。v根据折射率差的大小，分为根据折射率差的大小，分为弱折射率弱折射率波导波导LD和和强折射率强折射率波导波导LD。寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一
28、个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多双异质结双异质结LD激光器工作原理激光器工作原理寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多复合区功率分布复合区功率分布寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多LD光输出光输出寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多LD光电特性光电特性寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但
29、是，目前社会上寒假招工的陷阱很多LD电压和电流特性电压和电流特性寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多LD数字调制：直流偏置电流数字调制：直流偏置电流寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多LD模拟调制：直流偏置超过阈值，偏置模拟调制：直流偏置超过阈值，偏置在线性在线性区中段区中段寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多电光延迟和张弛振荡电光延迟和张弛振荡v由于载流子
30、浓度达到激由于载流子浓度达到激光阈值需要一定的时间，光阈值需要一定的时间，输出光脉冲和注入电流输出光脉冲和注入电流脉冲之间存在一个初始脉冲之间存在一个初始延迟时间，称为延迟时间，称为电光延电光延迟时间迟时间td，其数量级一，其数量级一般为般为 ns。v当电流脉冲注入激光器当电流脉冲注入激光器后，输出光脉冲会出现后，输出光脉冲会出现幅度逐渐衰减的振荡，幅度逐渐衰减的振荡， 称为称为张弛振荡张弛振荡。寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多频率响应频率响应如果如果LD预偏置在预偏置在阈值附近，光脉冲阈值附近，光脉冲的时间和
31、振荡的幅的时间和振荡的幅度将显著降低。度将显著降低。寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多电光延迟和张弛振荡电光延迟和张弛振荡v张弛振荡和电光延迟的后果是张弛振荡和电光延迟的后果是限制调制速率限制调制速率。v当最高调制频率接近张弛振荡频率时，当最高调制频率接近张弛振荡频率时，波形波形失真严重失真严重，会使光接收机在抽样判决时增加，会使光接收机在抽样判决时增加误码率误码率，因此实际使用的最高调制频率应，因此实际使用的最高调制频率应低低于于张弛振荡频率。张弛振荡频率。v当电光延迟时间当电光延迟时间td与数字调制的码元持续
32、时间与数字调制的码元持续时间T/2为相同数量级时，会使为相同数量级时，会使“0”码过后的第码过后的第一个一个“1码的脉冲宽度变窄，幅度减小，严重码的脉冲宽度变窄，幅度减小，严重时可能使单个时可能使单个“”码丢失，码丢失， 这种现象称为这种现象称为“码型效应码型效应”。 寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多 “码码型型效效应应”的的特特点点是是：在在脉脉冲冲序序列列中中较较长长的的连连“0”码码后后出出现现的的“1”码码，其其脉脉冲冲明明显显变变小小，而而且且连连“0”码码数数目目越越多多，调调制制速速率率越高，这种
33、效应越明显越高，这种效应越明显。 1 2电脉冲光脉冲2ns5ns2ns码型效应（a) 、(b)码型效应波形；（c）改善后波形(a)(b)(c)电光延迟和张弛振荡电光延迟和张弛振荡寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多某些激光器在脉冲调制某些激光器在脉冲调制甚至直流驱动下，当注甚至直流驱动下，当注入电流达到某个范围时，入电流达到某个范围时，输出光脉冲出现持续等输出光脉冲出现持续等幅的高频振荡，这种现幅的高频振荡，这种现象称为自脉动现象。象称为自脉动现象。自脉动现象是激光器内自脉动现象是激光器内部不均匀增益或不均匀部不均
34、匀增益或不均匀吸收产生的。吸收产生的。 电脉冲光脉冲激光器自脉冲动现象寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多温度特性温度特性寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多温控组件温控组件寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多LD的封装的封装寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多带集成尾纤的带集成
35、尾纤的LD寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多带集成尾纤和功率监控的带集成尾纤和功率监控的LD寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多14针双列直插式针双列直插式LD寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多多模输出多模输出单模输出单模输出寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多单频半导体激光
36、器单频半导体激光器v单频半导体激光器设计的基本思想：单频半导体激光器设计的基本思想：腔纵模间隔反腔纵模间隔反比与腔长，采用短腔结构，以增大相邻纵模的间隔。比与腔长，采用短腔结构，以增大相邻纵模的间隔。采用不同纵模具有不同的腔损耗，具有最低光腔损采用不同纵模具有不同的腔损耗，具有最低光腔损耗的纵模最先达到阈值并成为支配模式，其他邻模耗的纵模最先达到阈值并成为支配模式，其他邻模由于高损耗而被截止，邻模携带的功率在总的辐射由于高损耗而被截止，邻模携带的功率在总的辐射功率中只占很小一部分功率中只占很小一部分。寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社
37、会上寒假招工的陷阱很多v短腔短腔LD制作困难，且输出功率仅有几毫瓦制作困难，且输出功率仅有几毫瓦。v使用无源或有源外腔耦合形成使用无源或有源外腔耦合形成耦合腔系统耦合腔系统。耦合腔。耦合腔系统工作原理为：系统工作原理为：虽然两个谐振腔具有各自不同的虽然两个谐振腔具有各自不同的振荡纵模，但是当两个谐振腔放在一起构成耦合腔振荡纵模，但是当两个谐振腔放在一起构成耦合腔(或复合腔或复合腔)时，这时只有两个谐振腔中相同的纵模时，这时只有两个谐振腔中相同的纵模才能成为耦合腔的振荡纵模，再加上增益谱的作用，才能成为耦合腔的振荡纵模，再加上增益谱的作用，最终实现了模式选择功能，通过调节注入到模式控最终实现了模
38、式选择功能，通过调节注入到模式控制器的电流，可实现波长调谐。制器的电流，可实现波长调谐。寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多6.3 窄谱宽和可调谐半导体激光器窄谱宽和可调谐半导体激光器v也可采用也可采用FBG（布拉格相位光栅）形成分布（布拉格相位光栅）形成分布反馈结构。反馈结构。寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多v反馈不位于端面上，而是分布在整个光腔长度反馈不位于端面上，而是分布在整个光腔长度上，通过折射率周期扰动的上，通过折射率周期
39、扰动的内建光栅内建光栅产生产生布拉布拉格散射格散射，并使，并使正向和反向传播的波相互耦合正向和反向传播的波相互耦合。vDFB的模式选择条件为布拉格定律，相当于分的模式选择条件为布拉格定律，相当于分布式滤波器，只允许一个一个纵模式在有源区布式滤波器，只允许一个一个纵模式在有源区来回传播。来回传播。v反馈发生在整个光腔有源区长度上，所以叫分反馈发生在整个光腔有源区长度上，所以叫分布式布式LD。寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多可调谐单频半导体激光器可调谐单频半导体激光器v分布布拉格反射式（分布布拉格反射式（DBR）激
40、光器：反馈不）激光器：反馈不发生在有源区内，而是在激光器发生在有源区内，而是在激光器末端制作布末端制作布拉格反射镜拉格反射镜。寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多单频半导体激光器单频半导体激光器寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多量子阱激光器量子阱激光器v除除双双异异质质结结 LD 对对载载流流子子进进行行限限制制外外，还
41、还有有另另外外一一种种完完全全不不同同的的对对载载流流子子限限制制的的方方式式，即即对对电电子子或或空空穴穴允允许许占占据据能能量量状状态态的的限限制制，这种激光器叫做这种激光器叫做量子限制激光器量子限制激光器。有源层的厚度有源层的厚度 d 很薄，导带很薄，导带中的禁带势能把电子封闭在中的禁带势能把电子封闭在 x 方向上的方向上的一维势能阱（载流一维势能阱（载流子的陷阱）子的陷阱）内，但是在内，但是在 y 和和 z 方向是自由的（三维变为二方向是自由的（三维变为二维）。这种封闭呈现维）。这种封闭呈现量子效量子效应应，导致能带量化分成，导致能带量化分成离散离散值值。寒假来临，不少的高中毕业生和大
42、学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多v这这种种状状态态密密度度的的变变化化，改改变变了了自自发发辐辐射射和和受受激激发发射射的的速速率率。量量子子阱阱半半导导体体激激光光器器有有源源层层厚厚度度仅仅是是10nm，约约为为异异质质结结器器件件的的1/10，所所以以注注入入电电流流的的微小变化就可以引起输出激光的大幅度变化微小变化就可以引起输出激光的大幅度变化。只要相同能量的电只要相同能量的电子和相同能量的空穴子和相同能量的空穴复合，就可产生增益复合，就可产生增益较大的同频激光；较大的同频激光；态密度减少，较少态密度减少，较少电子即可实现粒子数电子
43、即可实现粒子数反转，降低阈值；反转，降低阈值；高速率和窄线宽。高速率和窄线宽。寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多简单改变简单改变阱宽阱宽，就可改变发射光子的能量。，就可改变发射光子的能量。阱宽越小，阱宽越小，激光发射往短波方向移动激光发射往短波方向移动，即高能量方向移动。，即高能量方向移动。寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多量子阱激光器量子阱激光器寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是
44、，目前社会上寒假招工的陷阱很多6.4 光放大器光放大器v中继器光中继器光-电电-光转换，带来附加噪声；光转换，带来附加噪声；v中继器制造成本很高，安装和维护费用高；中继器制造成本很高，安装和维护费用高；多年来，人们一直在探索能否去掉上述多年来，人们一直在探索能否去掉上述光光-电电-光转光转换换过程，直接在光路上对信号进行放大，然后再传过程，直接在光路上对信号进行放大，然后再传输，即用一个全光传输中继器代替目前的这种光输，即用一个全光传输中继器代替目前的这种光-电电-光再生中继器。光再生中继器。 经过多年的努力，科学家们已经发明了几种光经过多年的努力，科学家们已经发明了几种光放大器，其中放大器，
45、其中掺铒光纤放大器（掺铒光纤放大器（EDFA）、光纤喇光纤喇曼放大器（曼放大器（FRA）和和半导体光放大器（半导体光放大器（SOA）技技术已经成熟，众多公司已有商品出售。术已经成熟，众多公司已有商品出售。寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多6.7.1半导体光放大器半导体光放大器v半导体光放大器的原理和半导体激光器的相同，半导体光放大器的原理和半导体激光器的相同，即通过受激发射放大入射光信号。即通过受激发射放大入射光信号。寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会
46、上寒假招工的陷阱很多半导体激光器发光原理半导体激光器发光原理 半半导导体体激激光光器器是是向向半半导导体体PN结结注注入入电电流流， 实实现现粒粒子子数数反反转转分分布布，产产生生受受激激辐辐射射，再再利利用用谐谐振振腔腔的的正正反反馈馈，实实现现光放大光放大而产生而产生激光振荡激光振荡的。的。寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多当受激发射使腔体得到的放大增益等于腔体损耗时（当受激发射使腔体得到的放大增益等于腔体损耗时（阈阈值条件值条件），并且谐振腔内的前向和后向光波发生相干时），并且谐振腔内的前向和后向光波发生相
47、干时（相干条件相干条件），就保持振荡，形成等相面和腔体端面平），就保持振荡，形成等相面和腔体端面平行的驻波，然后穿透谐振腔的两个端面，输出谱线很窄行的驻波，然后穿透谐振腔的两个端面，输出谱线很窄的相干光束。的相干光束。寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多半导体光放大器的发光原理半导体光放大器的发光原理半导体光放大器分为半导体光放大器分为行波行波行波行波半导体光放大器（半导体光放大器（TWA）和和FPFP半导体光放大器（半导体光放大器（FPA）。）。寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而
48、有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多TWA的发光原理的发光原理当放大器被光或电当放大器被光或电泵浦时，使粒子数泵浦时，使粒子数反转获得光增益。反转获得光增益。它是一个它是一个没有反馈没有反馈没有反馈没有反馈的激光器。的激光器。寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多FPA的发光原理的发光原理减小腔体界减小腔体界面反射，使面反射，使增益低于阈增益低于阈值时，激光值时，激光器变为放大器变为放大器。器。寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱
49、很多减小反射率的方法减小反射率的方法最简单方法：在界面上镀以抗反射膜（增透膜）最简单方法：在界面上镀以抗反射膜（增透膜）寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多角度解理面或有源区倾斜结构。角度解理面或有源区倾斜结构。在解理面处的反射光束，因角度在解理面处的反射光束，因角度解理面的缘故已与前向光束分开。解理面的缘故已与前向光束分开。在大多数情况下，使用抗反射膜在大多数情况下，使用抗反射膜和有源区倾斜，可以使反射率小和有源区倾斜，可以使反射率小于于 0.1%）有源区端面和解理面之间插入透有源区端面和解理面之间插入透明窗口区
50、。光束在到达半导体和明窗口区。光束在到达半导体和空气界面前，在该窗口区已发散，空气界面前，在该窗口区已发散，经界面反射的光束进一步发散，经界面反射的光束进一步发散，只有极小部分光耦合进薄的有源只有极小部分光耦合进薄的有源层。层。寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多SOA的优点的优点体积小。体积小。可集成性高：可与光发射机和接收机一起单片集成在可集成性高：可与光发射机和接收机一起单片集成在一起。一起。成本低：半导体生产线已成熟。成本低：半导体生产线已成熟。可对在放大器带宽内的多个信道同时放大。可对在放大器带宽内的多个
51、信道同时放大。寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多SOA的缺点的缺点1.对极化态非常敏感。对极化态非常敏感。不同的极化模式，具有不同的增益，不同的极化模式，具有不同的增益，TE和和TM的模极化的模极化增益差可达增益差可达8dB。2.存在串扰。决定于上能级到基态能级的自发发射寿命。存在串扰。决定于上能级到基态能级的自发发射寿命。寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多SOA增益偏振相关性增益偏振相关性起因：由于半导体有源层的横截面呈扁长方形，
52、对横向（长方形的起因：由于半导体有源层的横截面呈扁长方形，对横向（长方形的起因：由于半导体有源层的横截面呈扁长方形，对横向（长方形的起因：由于半导体有源层的横截面呈扁长方形，对横向（长方形的宽边方向）和竖向（长方形的窄边方向）的光场约束不同，光场在宽边方向）和竖向（长方形的窄边方向）的光场约束不同，光场在宽边方向）和竖向（长方形的窄边方向）的光场约束不同，光场在宽边方向）和竖向（长方形的窄边方向）的光场约束不同，光场在竖向的衍射泄漏强于横向，因而竖向的光增益弱于横向。因此光信竖向的衍射泄漏强于横向，因而竖向的光增益弱于横向。因此光信竖向的衍射泄漏强于横向，因而竖向的光增益弱于横向。因此光信竖向
53、的衍射泄漏强于横向，因而竖向的光增益弱于横向。因此光信号的偏振方向取横向时的增益大，取竖向时的增益小。号的偏振方向取横向时的增益大，取竖向时的增益小。号的偏振方向取横向时的增益大，取竖向时的增益小。号的偏振方向取横向时的增益大，取竖向时的增益小。解决方法：采用宽、厚可比拟的有源层设计；使用方法着手。解决方法：采用宽、厚可比拟的有源层设计；使用方法着手。解决方法：采用宽、厚可比拟的有源层设计；使用方法着手。解决方法：采用宽、厚可比拟的有源层设计；使用方法着手。相同结构相同结构相同结构相同结构SOASOA互相垂直互相垂直互相垂直互相垂直并接，在输入端采用偏并接，在输入端采用偏并接，在输入端采用偏并
54、接，在输入端采用偏振分束器将信号分成振分束器将信号分成振分束器将信号分成振分束器将信号分成TETE和和和和TMTM偏振信号偏振信号偏振信号偏振信号, ,分别输分别输分别输分别输入至相互垂直的入至相互垂直的入至相互垂直的入至相互垂直的SOASOA，然后将两只然后将两只然后将两只然后将两只SOASOA放大的放大的放大的放大的TETE和和和和TMTM偏振信号合成，偏振信号合成，偏振信号合成，偏振信号合成，得到与输入光同偏振态得到与输入光同偏振态得到与输入光同偏振态得到与输入光同偏振态的放大信号。的放大信号。的放大信号。的放大信号。输入光信号往返两次通过同一输入光信号往返两次通过同一输入光信号往返两次
55、通过同一输入光信号往返两次通过同一SOASOA，但反向，但反向，但反向，但反向通过前，采用法拉第旋转器使返回光旋转通过前，采用法拉第旋转器使返回光旋转通过前，采用法拉第旋转器使返回光旋转通过前，采用法拉第旋转器使返回光旋转90900 0相同结构相同结构相同结构相同结构SOASOA互相垂直串接，互相垂直串接，互相垂直串接，互相垂直串接，所得增益将与所得增益将与所得增益将与所得增益将与偏振无关偏振无关偏振无关偏振无关寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多掺铒光纤放大器掺铒光纤放大器：使用使用铒离子铒离子作为作为增益介质增
56、益介质的光纤放大器。的光纤放大器。铒离子在光纤制造过程中被掺入光纤芯中，使用铒离子在光纤制造过程中被掺入光纤芯中，使用泵浦光泵浦光直接直接对光信号放大，提供光增益。对光信号放大，提供光增益。1985年，首次研制成功掺铒光纤。年，首次研制成功掺铒光纤。1988年低损耗掺铒光纤技术已相当成熟，其性能相当优良，年低损耗掺铒光纤技术已相当成熟，其性能相当优良，已可以提供实际使用。已可以提供实际使用。放大器的特性，如工作波长、带宽由放大器的特性，如工作波长、带宽由掺杂剂掺杂剂所决定。掺铒所决定。掺铒光纤放大器因为工作波长在靠近光纤损耗最小的光纤放大器因为工作波长在靠近光纤损耗最小的1.55 m 波长区，
57、它比其它光放大器更引人注意。波长区，它比其它光放大器更引人注意。掺镨光纤放大器掺镨光纤放大器1.30 m波段的放大器波段的放大器 6.7.2掺饵光纤放大器掺饵光纤放大器寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多掺铒光纤结构掺铒光纤结构掺饵光纤：把掺饵光纤：把饵离子饵离子掺入光纤掺入光纤中制成的光纤。中制成的光纤。为了实现有效放大，在掺饵光为了实现有效放大，在掺饵光纤中需要维持足够多的饵离子纤中需要维持足够多
58、的饵离子反转，因此要求尽可能地增加反转，因此要求尽可能地增加掺饵区掺饵区泵浦的光功率密度。泵浦的光功率密度。1.增长掺饵光纤的长度或提高饵离子的浓度。增长掺饵光纤的长度或提高饵离子的浓度。2.减小纤芯横截面积，使掺饵光纤的结构最佳化；减小纤芯横截面积，使掺饵光纤的结构最佳化；3.增大数值孔径，即增大相对折射率差，可实现较多的粒子数反转；增大数值孔径，即增大相对折射率差，可实现较多的粒子数反转； 4.把掺饵区局限在光纤纤芯的中心（即减小把掺饵区局限在光纤纤芯的中心（即减小b/a值），即减小对泵浦光值），即减小对泵浦光的吸收效率；的吸收效率；浓度有上限，且体浓度有上限，且体积要求不能太大。积要求不
59、能太大。b/a最佳值为最佳值为0.5寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多Er3+的能级结构决定了掺饵光纤的工作原理。的能级结构决定了掺饵光纤的工作原理。由于由于Er3+的浓度超过的浓度超过一定数值后会产生浓一定数值后会产生浓度淬灭，降低了度淬灭，降低了EDFA的效率，因此的效率，因此需要与需要与Al或或P共掺，共掺，防止浓度淬灭。防止浓度淬灭。EDFA工作原理工作原理寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多E1是基态能级；是基态能级； E2
60、 是中间能级（亚稳态能级）；是中间能级（亚稳态能级）；E3代表激发态能级（泵浦能级）。代表激发态能级（泵浦能级）。掺铒离子的能级图掺铒离子的能级图粒子数反转粒子数反转粒子数反转粒子数反转寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多在在980nm的泵浦光作用下，形成粒子数反转：的泵浦光作用下，形成粒子数反转：1.电子从基态激发到泵浦能级上；电子从基态激发到泵浦能级上；2.很快从泵浦能级衰变到亚稳态能级的上部；很快从泵浦能级衰变到亚稳态能级的上部；3.慢慢地（慢慢地（10ns左右），电子移向亚稳态能级的下部（自左右），电子移向
61、亚稳态能级的下部（自发辐射），逐渐聚集很多粒子形成粒子数反转。发辐射），逐渐聚集很多粒子形成粒子数反转。寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多在在1480nm的泵浦光作用下，形成粒子数反转：的泵浦光作用下，形成粒子数反转：1.电子直接从基态激发到亚稳态能级的顶部；电子直接从基态激发到亚稳态能级的顶部；2. 逐渐移向亚稳态能级的下部（自发辐射），聚集很多粒逐渐移向亚稳态能级的下部（自发辐射），聚集很多粒子形成粒子数反转。子形成粒子数反转。寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。
62、但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多受激辐射光波：在外部光的激励下，电子从亚稳态能受激辐射光波：在外部光的激励下，电子从亚稳态能级衰变到基态，并发射光子实现对入射光的放大！级衰变到基态，并发射光子实现对入射光的放大！放大的波长取决于亚稳态和基态之间的能级差。幸运放大的波长取决于亚稳态和基态之间的能级差。幸运地落在了地落在了1550nm窗口。窗口。光放大光放大光放大光放大寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很
63、多噪声：由于额外消耗泵功率而引入噪声。噪声：由于额外消耗泵功率而引入噪声。1.受激吸收：基态吸收一部分入射信号光，跃迁到亚受激吸收：基态吸收一部分入射信号光，跃迁到亚稳态能级；稳态能级；2.放大的自发发射：亚稳态的粒子以自发发射的方式放大的自发发射：亚稳态的粒子以自发发射的方式跃迁到基态，且会被放大形成放大的自发发射。跃迁到基态，且会被放大形成放大的自发发射。寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多很多时候，为了便于更好地分析和理解，简化三能级很多时候，为了便于更好地分析和理解，简化三能级模型为模型为简单的两能级模型简
64、单的两能级模型。前提前提：自发辐射和激发态吸收可以忽略时。：自发辐射和激发态吸收可以忽略时。假设假设：模型三能级系统的激活态能级：模型三能级系统的激活态能级 E3 几乎保持空几乎保持空位，因为泵浦到能级位，因为泵浦到能级 E3 的离子数快速地转移到能级的离子数快速地转移到能级 E2。模型简化模型简化寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多增益特性增益特性放大器的增益可以表示为：放大器的增益可以表示为：受激发射光子受激吸收光子增益大小与增益大小与截面的受激跃迁几率截面的受激跃迁几率截面的受激跃迁几率截面的受激跃迁几率（发
65、射与吸收之差）（发射与吸收之差）（发射与吸收之差）（发射与吸收之差）有关！有关！增益大小与增益大小与光纤长度光纤长度光纤长度光纤长度有关！有关！寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多输入光功率较小时，输入光功率较小时，输入光功率较小时，输入光功率较小时，GG是一常数，即输出光功率是一常数，即输出光功率是一常数，即输出光功率是一常数，即输出光功率P PS,OUTS,OUT与输入光功率与输入光功率与输入光功率与输入光功率P PS,INS,IN成正比例。成正比例。成正比例。成正比例。GG0 0光放大器的小信号增益。光放大器
66、的小信号增益。光放大器的小信号增益。光放大器的小信号增益。G G0 0饱和输出功率：饱和输出功率：饱和输出功率：饱和输出功率：放大器增益降至小放大器增益降至小放大器增益降至小放大器增益降至小信号增益一半时的输出功率。信号增益一半时的输出功率。信号增益一半时的输出功率。信号增益一半时的输出功率。3dB3dBP Pout,satout,sat当当当当P PS,INS,IN增大到一定值后，增大到一定值后，增大到一定值后，增大到一定值后，光放大器的增益光放大器的增益光放大器的增益光放大器的增益GG开始开始开始开始下降。增益饱和现象。下降。增益饱和现象。下降。增益饱和现象。下降。增益饱和现象。饱和区域饱
67、和区域饱和区域饱和区域寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多对于给定的放大器长度（对于给定的放大器长度（对于给定的放大器长度（对于给定的放大器长度（EDFEDF长度），增益随长度），增益随长度），增益随长度），增益随泵浦功率在开始时按指数增加，当泵浦功率超泵浦功率在开始时按指数增加，当泵浦功率超泵浦功率在开始时按指数增加，当泵浦功率超泵浦功率在开始时按指数增加，当泵浦功率超过一定值时，增益增加变缓，并趋于一恒定值。过一定值时，增益增加变缓，并趋于一恒定值。过一定值时，增益增加变缓，并趋于一恒定值。过一定值时，增益增加
68、变缓，并趋于一恒定值。小信号增益随泵浦功率而变的曲线小信号增益随泵浦功率而变的曲线光纤越长，阈光纤越长，阈值泵浦越高！值泵浦越高！寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多小信号增益小信号增益小信号增益小信号增益随放大器长随放大器长随放大器长随放大器长度而变的曲度而变的曲度而变的曲度而变的曲线线线线当泵浦功率一定时，放大器在某一最佳长度时获得最大增益，如果当泵浦功率一定时，放大器在某一最佳长度时获得最大增益，如果当泵浦功率一定时，放大器在某一最佳长度时获得最大增益，如果当泵浦功率一定时，放大器在某一最佳长度时获得最大增益
69、，如果放大器长度超过此值，由于泵浦的消耗，最佳点后的掺铒光纤不能放大器长度超过此值，由于泵浦的消耗，最佳点后的掺铒光纤不能放大器长度超过此值，由于泵浦的消耗，最佳点后的掺铒光纤不能放大器长度超过此值，由于泵浦的消耗，最佳点后的掺铒光纤不能受到足够泵浦，而且要吸收已放大的信号能量，导致增益很快下降。受到足够泵浦，而且要吸收已放大的信号能量，导致增益很快下降。受到足够泵浦，而且要吸收已放大的信号能量，导致增益很快下降。受到足够泵浦，而且要吸收已放大的信号能量，导致增益很快下降。因此，在因此，在因此，在因此，在EDFAEDFA设计中，需要在掺铒光纤结构参数的基础上，设计中，需要在掺铒光纤结构参数的基
70、础上，设计中，需要在掺铒光纤结构参数的基础上，设计中，需要在掺铒光纤结构参数的基础上，选择合适的泵浦功率和光纤长度，使放大器工作于最佳状态。选择合适的泵浦功率和光纤长度，使放大器工作于最佳状态。选择合适的泵浦功率和光纤长度，使放大器工作于最佳状态。选择合适的泵浦功率和光纤长度，使放大器工作于最佳状态。泵浦越高，光纤泵浦越高，光纤长度的阈值越大！长度的阈值越大！寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多增益决定于：增益决定于：1. 1. 截面的受激跃迁几率（发射与吸收之差）截面的受激跃迁几率（发射与吸收之差）截面的受激跃迁
71、几率（发射与吸收之差）截面的受激跃迁几率（发射与吸收之差）越大，越大，增益越大；增益越大；2.2.粒子数反转粒子数反转粒子数反转粒子数反转越大，增益越大；越大，增益越大；3.3.3.3.光纤光纤光纤光纤越长，增益越大；但存在一个越长，增益越大；但存在一个阈值长度阈值长度阈值长度阈值长度，阈阈值长度与泵浦功率成正比；值长度与泵浦功率成正比；4.4.4.4.泵浦泵浦泵浦泵浦越高，增益越大；但存在一个越高，增益越大；但存在一个阈值泵浦阈值泵浦阈值泵浦阈值泵浦，阈阈值泵浦与光纤长度成正比。值泵浦与光纤长度成正比。饱和增益（饱和输出功率）是饱和增益（饱和输出功率）是掺饵光纤浓度、芯掺饵光纤浓度、芯径、光
72、纤长度和泵浦功率径、光纤长度和泵浦功率的函数。的函数。寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多泵浦波长的选择泵浦波长的选择1.泵浦效率的高低：越高越好！泵浦效率的高低：越高越好！2.泵源应有相应波长的激光器：目前商用的泵源应有相应波长的激光器：目前商用的LD输出功率输出功率大于大于100mW，是理想的泵源。，是理想的泵源。3.没有激发态吸收：无泵浦带的是没有激发态吸收：无泵浦带的是532nm、980nm（高（高功率除外）及功率除外）及1480nm。最佳的泵浦波长为最佳的泵浦波长为980nm980nm！由于在高功率区域，
73、由于在高功率区域，980nm980nm有较大的激发态吸收，因此有较大的激发态吸收，因此1480nm1480nm泵浦更适用于高功率应用！泵浦更适用于高功率应用！寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多泵浦方式泵浦方式寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多泵浦方式有三种：泵浦方式有三种：1.泵浦光与信号光同向传输的同向泵浦泵浦光与信号光同向传输的同向泵浦优点：噪声低。优点：噪声低。2.泵浦光与信号光反向传输的反向泵浦泵浦光与信号光反向传输的反向泵
74、浦优点：方向泵浦的转换效率较高，输出功率高。优点：方向泵浦的转换效率较高，输出功率高。3.两个方向同时泵浦的双向泵浦两个方向同时泵浦的双向泵浦优点：在放大器长度上增益比较均匀。优点：在放大器长度上增益比较均匀。980nm1480nm寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多同向泵浦同向泵浦(1) 掺铒光纤掺铒光纤 光纤放大器的关键部件是具有光纤放大器的关键部件是具有增益放大特性增益放大特性的掺铒光纤，的掺铒
75、光纤，因而使掺铒光纤的设计最佳化是主要的技术关键。因而使掺铒光纤的设计最佳化是主要的技术关键。EDFA的增的增益与许多参数有关，如铒离子浓度、放大器长度、芯径以及泵益与许多参数有关，如铒离子浓度、放大器长度、芯径以及泵浦光功率等。浦光功率等。(2) 泵浦源泵浦源 对泵浦源的基本要求是对泵浦源的基本要求是高功率和长寿命高功率和长寿命。它是保证光纤放。它是保证光纤放大器性能的基本因素。几个波长可有效激励掺铒光纤。大器性能的基本因素。几个波长可有效激励掺铒光纤。最先使用最先使用1480 nm的的 InGaAs 多量子阱多量子阱(MQW)激光器，其输出激光器，其输出功率可达功率可达 100 mW，泵浦
76、增益系数较高。，泵浦增益系数较高。随后采用随后采用980nm 波长泵浦，效率高波长泵浦，效率高, 噪声低，现已广泛使用。噪声低，现已广泛使用。寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多(3) 光耦合器光耦合器 其作用是使泵浦光与信号光进行其作用是使泵浦光与信号光进行复合复合。对它的要求是插。对它的要求是插入损耗低，因而适用的入损耗低，因而适用的WDM器件主要有熔融拉锥形光纤耦器件主要有熔融拉锥形光纤耦合器。合器。(4) 光隔离器光隔离器 在输入、输出端插入光隔离器是为了在输入、输出端插入光隔离器是为了抑制光路中的反抑制光
77、路中的反射射，从而使系统工作稳定可靠、降低噪声。对隔离器的基，从而使系统工作稳定可靠、降低噪声。对隔离器的基本要求是插入损耗低、反向隔离度大。本要求是插入损耗低、反向隔离度大。(5) 光滤波器光滤波器 作用是减少噪声对信号的影响，作用是减少噪声对信号的影响，提高信噪比提高信噪比。寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多反向泵浦反向泵浦寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多双向泵浦双向泵浦寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备
78、过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多一个有趣的现象一个有趣的现象一个有趣的现象一个有趣的现象级联输出功率自调整级联输出功率自调整级联输出功率自调整级联输出功率自调整前提前提：工作在稍饱和区。工作在稍饱和区。 原理原理：信号功率意外升高，信号功率意外升高，增益饱和情况加深，增益饱和情况加深，输出功率回落。输出功率回落。 寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多发射谱和吸收谱的特性发射
79、谱和吸收谱的特性发射谱和吸收谱发射谱和吸收谱相当宽相当宽相当宽相当宽。宽的吸收谱允许使用多模、波长不需要很。宽的吸收谱允许使用多模、波长不需要很精确的半导体激光器作泵浦光源；宽的发射谱意味着可以宽带放大。精确的半导体激光器作泵浦光源；宽的发射谱意味着可以宽带放大。发射谱和吸收谱发射谱和吸收谱呈双峰结构呈双峰结构呈双峰结构呈双峰结构，在，在1532nm1532nm峰很高，在峰很高，在1550nm1550nm附近则较附近则较平坦。平坦。谱的高度谱的高度与光纤长度有关与光纤长度有关与光纤长度有关与光纤长度有关，因为放大器的增益是长度的积分。，因为放大器的增益是长度的积分。寒假来临，不少的高中毕业生和
80、大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多增益增益增益增益GG与输入光波长的关系与输入光波长的关系与输入光波长的关系与输入光波长的关系增益谱增益谱增益谱增益谱G(G( ) )：增益：增益：增益：增益GG与信号光波长与信号光波长与信号光波长与信号光波长 的关系。光放大的关系。光放大的关系。光放大的关系。光放大器的增益谱不平坦。器的增益谱不平坦。器的增益谱不平坦。器的增益谱不平坦。寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多15441569典型的典型的EDFA增益谱增益谱固有的增益
81、不平坦，增益固有的增益不平坦，增益差随级联放大而积累增大差随级联放大而积累增大各信道的信噪比差别增大各信道的信噪比差别增大各信道的接收灵敏度不同各信道的接收灵敏度不同增益平坦增益平坦增益谱的形状随信号功率而变，在有信道增益谱的形状随信号功率而变，在有信道上、下的动态情况下，失衡情况更加严重上、下的动态情况下，失衡情况更加严重寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多不灵活，传输链路变换后，输入功率也要随之调整不灵活，传输链路变换后，输入功率也要随之调整不灵活，传输链路变换后，输入功率也要随之调整不灵活，传输链路变换后，输
82、入功率也要随之调整追求增益谱的平坦化追求增益谱的平坦化方案一预加重法：提高方案一预加重法：提高“弱弱”信道的发送功率，使各信道获信道的发送功率，使各信道获得均匀的光信噪比。得均匀的光信噪比。针对对象：点对点的系统。针对对象：点对点的系统。寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多采用透射谱与掺杂光纤增益谱反对称的滤波器使增采用透射谱与掺杂光纤增益谱反对称的滤波器使增采用透射谱与掺杂光纤增益谱反对称的滤波器使增采用透射谱与掺杂光纤增益谱反对称的滤波器使增益平坦益平坦益平坦益平坦, , 如：如：如：如：薄膜滤波、紫外写入长周
83、期光纤光栅、薄膜滤波、紫外写入长周期光纤光栅、薄膜滤波、紫外写入长周期光纤光栅、薄膜滤波、紫外写入长周期光纤光栅、周期调制的双芯光纤等。周期调制的双芯光纤等。周期调制的双芯光纤等。周期调制的双芯光纤等。 只能实现静态增益谱的平只能实现静态增益谱的平只能实现静态增益谱的平只能实现静态增益谱的平坦，在信道功率突变时增益谱仍会发生变化。坦，在信道功率突变时增益谱仍会发生变化。坦，在信道功率突变时增益谱仍会发生变化。坦，在信道功率突变时增益谱仍会发生变化。 EDFA + EDFA + 均衡器均衡器均衡器均衡器 合成增益合成增益合成增益合成增益方案二方案二增益平坦滤波器法。增益平坦滤波器法。寒假来临，不
84、少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多增增益益平平坦坦滤滤波波器器的的传传递递函函数数和和EDFA的的增增益益谱谱完完全全相相反反输输出出端端的的增增益益差差接接近近为为0！寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多(1) 工作波长恰好落在光纤通信的工作波长恰好落在光纤通信的最佳波长区最佳波长区( 1550 nm 通通信窗口信窗口)；(2) 频带宽频带宽，在，在1550 nm窗口有窗口有20 40 nm带宽，可进行多带宽，可进行多信道传输，便于扩大传输容量
85、，从而节省成本费用信道传输，便于扩大传输容量，从而节省成本费用;(3) 因为因为EDFA的主体也是一段光纤，它与线路光纤的的主体也是一段光纤，它与线路光纤的耦合耦合损耗很小损耗很小，甚至可达到，甚至可达到0.1 dB;(4) 噪声指数低噪声指数低，一般，一般47 dB；(5)增益高增益高，约，约20 40 dB，饱和输出功率大，约，饱和输出功率大，约815 dBm；(6) 与半导体光放大器不同，光纤放大器的增益特性与光纤与半导体光放大器不同，光纤放大器的增益特性与光纤极化状态无关，放大特性与光信号的传输方向也无关，可以极化状态无关，放大特性与光信号的传输方向也无关，可以实现实现双向放大双向放大
86、 ( 光纤放大器内无隔离器时光纤放大器内无隔离器时 );掺铒光纤放大器的优点及应用掺铒光纤放大器的优点及应用前置放大器前置放大器功率放大器功率放大器寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多(7) 所需所需泵浦功率较低泵浦功率较低(数十毫瓦数十毫瓦)，泵浦效率却相当高，用，泵浦效率却相当高，用980nm光源泵浦时，增益效率为光源泵浦时，增益效率为10dB/mW，用，用1480nm光源光源泵浦时为泵浦时为5.1dB/mW；泵浦功率转换为输出信号功率的效率；泵浦功率转换为输出信号功率的效率为为92.6%，吸收效率为，吸收效率
87、为88%；(8) 在多信道应用中可进行在多信道应用中可进行无串话传输无串话传输；(9) 放大器中只有低速电子装置和几个放大器中只有低速电子装置和几个无源器件无源器件，结构简单，结构简单，可靠性高，体积小；可靠性高，体积小；(10) EDFA需要的工作电流比光需要的工作电流比光-电电-光再生器的小，因此可光再生器的小，因此可大大大大减小远供电流减小远供电流，从而降低了对海缆的电阻和绝缘性能的，从而降低了对海缆的电阻和绝缘性能的要求。要求。(11) EDFA级联具有级联具有自补偿自调整作用自补偿自调整作用。多个。多个EDFA级联可以级联可以实现长距离无中继距离。实现长距离无中继距离。寒假来临，不少
88、的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多 =0.7%=0.7% =1.3%=1.3%纤纤纤纤芯芯芯芯内内内内包包包包层层层层外外外外包包包包层层层层用于制作大功率用于制作大功率用于制作大功率用于制作大功率EDFAEDFA的双包层光纤结构图的双包层光纤结构图的双包层光纤结构图的双包层光纤结构图芯层：芯层：芯层：芯层：5 5 mm内包层：内包层：内包层：内包层： 5050 mm芯层芯层芯层芯层( (掺铒掺铒掺铒掺铒) )，传播信号层，传播信号层，传播信号层，传播信号层(SM)(SM)内包层，传播泵浦光内包层，传播泵浦光内包层，传播泵浦光
89、内包层，传播泵浦光(MM)(MM)双包层光纤是实现双包层光纤是实现双包层光纤是实现双包层光纤是实现EDFAEDFA的的的的重要技术，信号光在中心的重要技术，信号光在中心的重要技术，信号光在中心的重要技术，信号光在中心的纤芯里以单模传播，而泵浦纤芯里以单模传播，而泵浦纤芯里以单模传播，而泵浦纤芯里以单模传播，而泵浦光则在内包层中以多模传输。光则在内包层中以多模传输。光则在内包层中以多模传输。光则在内包层中以多模传输。寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多6.7.3掺饵波导放大器掺饵波导放大器v工作原理和工作原理和EDF
90、A相同，具有更大的优点。相同，具有更大的优点。寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多v集成掺饵波导光放大器集成掺饵波导光放大器寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多vEDWA阵列：多个放大器集成阵列：多个放大器集成寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多v拉曼现象在拉曼现象在1928年被发现。年被发现。v90年代早期，年代早期，EDFA取代它成为焦点，取代它成为焦点
91、，FRA受到冷遇。受到冷遇。v随着光纤通信网容量的增加，对放大器提出新的要求，随着光纤通信网容量的增加，对放大器提出新的要求，传统的传统的EDFA已很难满足，已很难满足，FRA再次成为研究的热点。再次成为研究的热点。v特别是高功率二极管泵浦激光器的迅猛发展，又为特别是高功率二极管泵浦激光器的迅猛发展，又为FRA的实现奠定了坚实的基础。的实现奠定了坚实的基础。v人们对人们对FRA的兴趣来源于这种放大器可以提供整个波的兴趣来源于这种放大器可以提供整个波长波段的放大。通过适当改变泵浦激光波长，就可以长波段的放大。通过适当改变泵浦激光波长，就可以达到在任意波段进行宽带光放大，甚至可在达到在任意波段进行
92、宽带光放大，甚至可在12701670nm整个波段内提供放大。整个波段内提供放大。6.7.4 光纤拉曼放大器全波光纤通信要求一种与全波光纤工作窗口相匹配全波光纤通信要求一种与全波光纤工作窗口相匹配的光放大器的光放大器光纤拉曼放大器！光纤拉曼放大器！寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多光纤光纤光纤光纤(a)(a)无泵激光的无泵激光的无泵激光的无泵激光的1550nm1550nm传输传输传输传输光功率光功率光功率光功率(dB)(dB)波长波长波长波长1550nm1550nm1550nm1550nm经光纤传输经光纤传输经光纤
93、传输经光纤传输衰减的光衰减的光衰减的光衰减的光如果一个弱信号和一个强泵浦如果一个弱信号和一个强泵浦如果一个弱信号和一个强泵浦如果一个弱信号和一个强泵浦光同时在光纤中传输，并使弱光同时在光纤中传输，并使弱光同时在光纤中传输，并使弱光同时在光纤中传输，并使弱信号波长置于泵浦光的拉曼增信号波长置于泵浦光的拉曼增信号波长置于泵浦光的拉曼增信号波长置于泵浦光的拉曼增益带宽内，则弱信号即可被放益带宽内，则弱信号即可被放益带宽内，则弱信号即可被放益带宽内，则弱信号即可被放大。这种基于大。这种基于大。这种基于大。这种基于SRSSRS机制的光放机制的光放机制的光放机制的光放大器称为光纤拉曼放大器大器称为光纤拉曼
94、放大器大器称为光纤拉曼放大器大器称为光纤拉曼放大器FRAFRA。波长波长波长波长光功率光功率光功率光功率(dB)(dB)1550nm1550nm1450nm1450nm光纤光纤光纤光纤(b)(b)有泵激光的有泵激光的有泵激光的有泵激光的1550nm1550nm传输传输传输传输寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多利用利用强泵浦光束强泵浦光束通过光纤传输时产生的通过光纤传输时产生的受激拉曼散射受激拉曼散射。一个较高能量（较短波长）的入射泵浦光子产生一个较一个较高能量（较短波长）的入射泵浦光子产生一个较低能量（较长波长）
95、的光子，剩余的能量以分子振荡的低能量（较长波长）的光子，剩余的能量以分子振荡的形式被介质吸收。形式被介质吸收。寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多拉曼散射拉曼散射寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多光纤拉曼放大器基于受激拉曼散射光纤拉曼放大器基于受激拉曼散射非线性光学效应非线性光学效应！前提前提：现象现象：弱信号光获得较大的增益，放大输出。：弱信号光获得较大的增益，放大输出。寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个
96、充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多受激拉曼散射受激拉曼散射寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多光纤拉曼放大器工作原理光纤拉曼放大器工作原理如果一个弱信号光和一个强泵浦光同时在一根光纤中传如果一个弱信号光和一个强泵浦光同时在一根光纤中传输，并且输，并且弱信号光的波长在泵浦光的拉曼增益带宽弱信号光的波长在泵浦光的拉曼增益带宽内内（即信号光的波长处于比泵浦光的波长较长的适当范围（即信号光的波长处于比泵浦光的波长较长的适当范围内），则强泵浦光的能量通过受激拉曼散射耦合到光纤内），则强泵浦光的能量通过受激
97、拉曼散射耦合到光纤硅材料的振荡模中，然后又以较长的波长发射，该波长硅材料的振荡模中，然后又以较长的波长发射，该波长就是信号光的波长，从而使弱信号光得到放大，获得拉就是信号光的波长，从而使弱信号光得到放大，获得拉曼增益。曼增益。已知石英光纤的拉曼频移约为已知石英光纤的拉曼频移约为13.2THz（大约（大约6THz带宽）带宽），即如果泵浦光源的波长为，即如果泵浦光源的波长为1400nm1480nm，则正适正适合于放大合于放大1550nm1600nm信号。信号。寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多泵浦光强度越大，则拉曼泵
98、浦光强度越大，则拉曼增益越大！增益越大！寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多计算计算v给定输入波长是给定输入波长是1450nm，求散射光波的波长，求散射光波的波长和相应的波长该变量。和相应的波长该变量。寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多v采用多个泵浦，总增益是两个泵浦提供的增采用多个泵浦，总增益是两个泵浦提供的增益之和，采用两个频率不同的泵浦，则增益益之和，采用两个频率不同的泵浦，则增益值是错开的。值是错开的。寒假来临，不少的高中毕业
99、生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多v优势优势:宽带拉曼放大器宽带拉曼放大器寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多同向泵浦方式在同向泵浦方式中，泵浦信号和光信号同向传播，且以近在同向泵浦方式中，泵浦信号和光信号同向传播，且以近似的速度传播。则泵浦功率高，信号有高增益；泵浦功率似的速度传播。则泵浦功率高，信号有高增益；泵浦功率低，信号有低增益；低，信号有低增益；泵浦功率的脉动也将造成输出信号的泵浦功率的脉动也将造成输出信号的脉动脉动。寒假来临，不少的高中毕业生和大
100、学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多v采用反向泵浦，避免泵浦光子进入接收机，采用反向泵浦，避免泵浦光子进入接收机，以免干扰接收的信号光。以免干扰接收的信号光。寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多反向泵浦方式常用的泵浦方式信号传播通过光纤时，遇到高泵浦产生高增益，遇到低信号传播通过光纤时，遇到高泵浦产生高增益，遇到低泵浦产生低增益。但由于泵浦功率的脉动时间远远小于泵浦产生低增益。但由于泵浦功率的脉动时间远远小于光纤传播时间，因此信号增益随泵浦功率脉动的变化被光纤传播时
101、间，因此信号增益随泵浦功率脉动的变化被平均掉了，输出信号不再随泵浦信号的脉动而产生脉动，平均掉了，输出信号不再随泵浦信号的脉动而产生脉动，减少泵浦噪声对信号的影响减少泵浦噪声对信号的影响。寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多存在拉曼增益饱和！存在拉曼增益饱和！并不是泵浦越大越好！并不是泵浦越大越好！寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多 FRAFRA以传输光纤作为放大介质以传输光纤作为放大介质以传输光纤作为放大介质以传输光纤作为放大介质分
102、布式放大，分布式放大，分布式放大，分布式放大，从而实现一从而实现一从而实现一从而实现一种种种种“ “无损耗无损耗无损耗无损耗” ”传输（可降低入纤光功率，避免非线性效应）传输（可降低入纤光功率，避免非线性效应）传输（可降低入纤光功率，避免非线性效应）传输（可降低入纤光功率，避免非线性效应）优势：优势：超低噪声放大原理超低噪声放大原理超低噪声放大原理超低噪声放大原理脉脉脉脉冲冲冲冲幅幅幅幅度度度度z z集中放大集中放大集中放大集中放大Nonlinear EffectsNonlinear EffectsNoise HighNoise High分布放大分布放大分布放大分布放大缺点：泵浦功率大缺点：泵
103、浦功率大缺点：泵浦功率大缺点：泵浦功率大(W),(W),对光纤损害对光纤损害对光纤损害对光纤损害. .寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多思考思考拉曼放大和受激放大原理上不同在哪里？拉曼放大和受激放大原理上不同在哪里？工作原理上本质不同：工作原理上本质不同：1.在受激发射中，入射光子激发另一个相同的光子发射在受激发射中，入射光子激发另一个相同的光子发射而没有损失它自己的能量；要求粒子数反转，要求粒子而没有损失它自己的能量；要求粒子数反转，要求粒子数在能级间转移。数在能级间转移。2.在拉曼放大中，入射泵浦光子放弃了自
104、己的能量，产在拉曼放大中，入射泵浦光子放弃了自己的能量，产生了另一个较低能量的光子。需要光泵浦，是一种非谐生了另一个较低能量的光子。需要光泵浦，是一种非谐振、非线性的现象。振、非线性的现象。寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多1.增益介质是增益介质是传输光纤传输光纤传输光纤传输光纤，可以，可以在线放大在线放大在线放大在线放大。即不需要专门在。即不需要专门在传输系统中插入增益媒质，只要把泵浦功率注入传输光传输系统中插入增益媒质，只要把泵浦功率注入传输光纤，就可获得宽带的信号光放大；纤，就可获得宽带的信号光放大；2.只
105、要泵浦波长适当，就可以在只要泵浦波长适当，就可以在任意波长任意波长任意波长任意波长获得信号光的增获得信号光的增益，窗口可以覆盖益，窗口可以覆盖13001600nm范范围，甚至更高的范，甚至更高的范围；3.可以是可以是分布式分布式分布式分布式放大，分布的泵浦降低了本地的信号功率放大，分布的泵浦降低了本地的信号功率电平，从而降低了信道间的非线性互作用影响，改进了电平，从而降低了信道间的非线性互作用影响，改进了系统的信噪比，有利于提高码速、延长中继距离；系统的信噪比，有利于提高码速、延长中继距离；光纤拉曼放大器的优点光纤拉曼放大器的优点寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充
106、实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多4.分布式光纤喇曼放大器的增益频谱是每个波长的泵浦光分布式光纤喇曼放大器的增益频谱是每个波长的泵浦光单独产生的单独产生的增益频谱叠加增益频谱叠加增益频谱叠加增益频谱叠加的结果。优化增益谱的分布可的结果。优化增益谱的分布可获得获得平坦的超宽带平坦的超宽带平坦的超宽带平坦的超宽带特性。特性。寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多缺点：缺点：1.泵浦功率较高（大于泵浦功率较高（大于0.5W）；）；2.转换效率低。转换效率低。大于大于1W的高功率的高功率泵浦已商品化。泵浦已
107、商品化。光纤拉曼放大器的缺点光纤拉曼放大器的缺点利用色散补偿光纤利用色散补偿光纤寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多常用：宽带常用：宽带Raman+EDFA光放大器光放大器Raman Raman 放大器放大器放大器放大器C band EDFAC band EDFApumppumpfilterfilterRaman FiberRaman Fiber寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多Raman+EDFARaman+EDFA光放大器增益曲线
108、光放大器增益曲线光放大器增益曲线光放大器增益曲线寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多光放大器的应用光放大器的应用线路放大线路放大线路放大线路放大(In-line)(In-line)：周：周：周：周期性补偿各段光纤损耗期性补偿各段光纤损耗期性补偿各段光纤损耗期性补偿各段光纤损耗功率放大功率放大功率放大功率放大(Boost)(Boost)：增加入：增加入：增加入：增加入纤功率纤功率纤功率纤功率, ,延长传输距离延长传输距离延长传输距离延长传输距离前置预放大前置预放大前置预放大前置预放大(Pre-Amplify):(Pr
109、e-Amplify):提高接收灵敏度提高接收灵敏度提高接收灵敏度提高接收灵敏度局域网的功率放大器：补偿局域网的功率放大器：补偿局域网的功率放大器：补偿局域网的功率放大器：补偿分配损耗，增大网络节点数分配损耗，增大网络节点数分配损耗，增大网络节点数分配损耗，增大网络节点数寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多6.5 光纤激光器光纤激光器v光纤激光器是指用掺稀土元素玻璃光纤作为光纤激光器是指用掺稀土元素玻璃
110、光纤作为增益介质的激光器，光纤激光器可在光纤放增益介质的激光器，光纤激光器可在光纤放大器的基础上开发出来：在泵浦光的作用下大器的基础上开发出来：在泵浦光的作用下光纤内极易形成高功率密度，造成激光工作光纤内极易形成高功率密度，造成激光工作物质的激光能级物质的激光能级“粒子数反转粒子数反转”，当适当加，当适当加入正反馈回路（构成谐振腔）便可形成激光入正反馈回路（构成谐振腔）便可形成激光振荡输出。振荡输出。 寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多v反射镜式反射镜式寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一
111、个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多v光纤光栅式光纤光栅式寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多v环形腔结构环形腔结构寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多v环形偏振腔结构环形偏振腔结构寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多v复合腔结构复合腔结构寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒
112、假招工的陷阱很多v掺镱光纤激光器掺镱光纤激光器寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多v双包层高功率掺镱光纤激光器双包层高功率掺镱光纤激光器寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多v光纤受激拉曼激光器（非线性）光纤受激拉曼激光器（非线性）寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多光纤激光器作为第三代激光技术代表，具有以下优势：光纤激光器作为第三代激光技术代表，具有以下优势
113、：v（1）玻璃光纤制造成本低、技术成熟及其光纤的可）玻璃光纤制造成本低、技术成熟及其光纤的可饶性所带来的小型化、集约化优势；饶性所带来的小型化、集约化优势；v（2）玻璃光纤对入射泵浦光不需要像晶体那样的严）玻璃光纤对入射泵浦光不需要像晶体那样的严格的相位匹配，这是由于玻璃基质格的相位匹配，这是由于玻璃基质Stark 分裂引起分裂引起的非均匀展宽造成吸收带较宽的缘故；的非均匀展宽造成吸收带较宽的缘故；v（3）玻璃材料具有极低的体积面积比，散热快、损）玻璃材料具有极低的体积面积比，散热快、损耗低，所以转换效率较高，激光阈值低；耗低，所以转换效率较高，激光阈值低；v（4）输出激光波长多：这是因为稀土
114、离子能级非常）输出激光波长多：这是因为稀土离子能级非常丰富及其稀土离子种类之多；丰富及其稀土离子种类之多；v（5）可调谐性：由于稀土离子能级宽和玻璃光纤的）可调谐性：由于稀土离子能级宽和玻璃光纤的荧光谱较宽。荧光谱较宽。寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多v（6）由于光纤激光器的谐振腔内无光学镜片，具有）由于光纤激光器的谐振腔内无光学镜片，具有免调节、免维护、高稳定性的优点，这是传统激光免调节、免维护、高稳定性的优点，这是传统激光器无法比拟的。器无法比拟的。v（7）光纤导出，使得激光器能轻易胜任各种多维任）光纤导出
115、，使得激光器能轻易胜任各种多维任意空间加工应用，使机械系统的设计变得非常简单。意空间加工应用，使机械系统的设计变得非常简单。v（8）胜任恶劣的工作环境，对灰尘、震荡、冲击、）胜任恶劣的工作环境，对灰尘、震荡、冲击、湿度、温度具有很高的容忍度。湿度、温度具有很高的容忍度。v（9）不需热电制冷和水冷，只需简单的风冷。）不需热电制冷和水冷，只需简单的风冷。v（10）高的电光效率：综合电光效率高达）高的电光效率：综合电光效率高达20%以上，以上，大幅度节约工作时的耗电，节约运行成本。大幅度节约工作时的耗电，节约运行成本。v（11）高功率）高功率,目前商用化的光纤激光器是六千瓦。目前商用化的光纤激光器是
116、六千瓦。寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多6.5 垂直腔面发射激光器垂直腔面发射激光器寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多 垂直腔面发射垂直腔面发射激光器激光器是一种垂直表面出光的新型激光器。是一种垂直表面出光的新型激光器。与传统边发射激光器不同的结构带来了许多优势：与传统边发射激光器不同的结构带来了许多优势：1、小的发散角和圆形对称的远、近场分布使其与光纤的、小的发散角和圆形对称的远、近场分布使其与光纤的耦合效率大大提高，而不需要复
117、杂昂贵的光束整形系统耦合效率大大提高，而不需要复杂昂贵的光束整形系统,现已证实与多模光纤的耦合效率竟能大于现已证实与多模光纤的耦合效率竟能大于90；2、光腔长度极短，导致其纵模间距拉大，可在较宽的温、光腔长度极短，导致其纵模间距拉大，可在较宽的温度范围内实现单纵模工作，动态调制频率高；度范围内实现单纵模工作，动态调制频率高；3、腔体积减小使得其自发辐射因子较普通端面发射激光、腔体积减小使得其自发辐射因子较普通端面发射激光器高几个数量级，这导致许多物理特性大为改善；器高几个数量级，这导致许多物理特性大为改善；4、可以在片测试，极大地降低了开发成本；、可以在片测试，极大地降低了开发成本；5、出光方向垂直衬底，可以很容易地实现高密度二维面、出光方向垂直衬底，可以很容易地实现高密度二维面阵的集成，实现更高功率输出，并且因为在垂直于衬底阵的集成，实现更高功率输出，并且因为在垂直于衬底的方向上可并行排列着多个激光器，所以非常适合应用的方向上可并行排列着多个激光器，所以非常适合应用在并行光传输以及并行光互连等领域。在并行光传输以及并行光互连等领域。
