光放大器ppt課件-資料下載頁

　　

【正文】 光源 ， 它的優點主要有： (1) 半導體激光器的波長較難符合 ITUT建議的 WDM波長標準 ， 且成本很高 ， 而稀土摻雜光纖光柵激光器利用光纖光柵能非常準確地確定波長 ， 且成本低； (2) 用作增益的稀土摻雜光纖制作工藝比較成熟； (3) 有可能采用靈巧緊湊且效率高的泵浦源； (4) 光纖光柵激光器具有波導式光纖結構 ， 可以在光纖芯層產生較高的功率密度； 第 6章 光放大器 (5) 可以通過摻雜不同的稀土離子 ， 獲得寬帶的激光輸出 ， 且波長選擇可調諧； (6) 高頻調制下的頻率啁啾效應小 ， 可抗電磁干擾 ， 溫度膨脹系數較半導體激光器小 。 利用紫外光 （ UV） 光寫入技術可制作多種光纖光柵 ， 可使用不同的泵浦源 ， 實現多種特性的激光器 ， 如單波長激光器 、 多波長激光器 。 圖 的結構 。 第 6章 光放大器 圖 單 / (a) 單波長； (b) 多波長 泵 浦 激 光隔 離 器光柵 光柵輸出摻 鉺 光 纖 ( ED F )泵 浦 激 光隔 離 器光柵 光柵輸出( a )光柵 光柵ED F ED F( b )第 6章 光放大器 光纖受激拉曼和受激布里淵激光器 光纖受激拉曼和受激布里淵激光器利用了光纖中的線性效應 ， 其最大的優點是比稀土元素摻雜光纖激光器具有更高的飽和功率和沒有泵浦源的限制 。 目前這種技術還不成熟 ， 有許多問題需要解決 。 第 6章 光放大器 光波長變換器 光波長變換技術是指把輸入波長上載運的信息轉移到新的輸出波長上的技術 。 相應的器件或裝置稱為波長變換器 。 常規的波長變換技術是指光 —電 —光的轉換形式 ， 如圖 。 這種變換形式會帶來性能畸變 , 低效 , 結構不緊湊 ， 兼容性差等不適應高速大容量光纖通信系統和網絡要求的問題 。 而全光波長變換技術能直接把輸入波長的信息轉移到輸出波長上 ， 不必經過光電轉換 ， 這就有利于避免電速度的 “ 瓶頸 ” 效應 。 第 6章 光放大器 圖 常規的波長變換器 輸 入 波 長 ?i光 檢 測 器放 大 器光 發 送 ( E / O )激 光 器 ?j輸 出 波 長 ?j第 6章 光放大器 目前 ， 人們已經研制了各種各樣的全光波長變換技術 ， 如基于半導體光放大器 (SOA)的全光波長變換(AOWC)技術 、 基于半導體激光器的 AOWC技術和基于其他波導介質 (如光纖 、 鈮酸鋰波導 )的 AOWC技術 。 其中 ， 基于 SOA的 AOWC技術是最為成功的波長變換技術 ， 它主要利用 SOA中的交叉增益調制 (XGM)技術 、 交叉相位調制 (XPM)技術和四波混頻 (FWM)技術 。 第 6章 光放大器 半導體光放大器 (SOA)中的交叉增益調制 (XGM)技術 SOA中的 XGM技術的基本結構及原理分別示于圖(a)和圖 (b)。 CW探測波 (λc)和泵浦波 (λs)經耦合器注入 SOA， SOA對入射光功率存在增益飽和特性： 當信號光強度增加時 ， SOA的增益變小； 第 6章 光放大器 當信號光強度減弱時 ， SOA的增益變大 。 因而當有調制信息 （ “ 1”或 “ 0”） 的泵浦波注入 SOA時 ， 泵浦信號將調制 SOA的載流子密度 ， 從而調制增益（ “ 無 ” 或 “ 有 ” ） 。 同時 ， 注入的 CW探測波的強度變化也受增益變化影響而按泵浦信號的調制規律變化 ， 用帶通濾波器取出變換后的 λs信號 ， 即可實現從λp到 λs的 AOWC。 第 6章 光放大器 圖 SOAXGM (a) 基本結構； (b) 原理 探 測 光 ?s泵 浦 光 ?pS O A偏流變 換 后輸出 ?s濾 波 器S O A 的 增 益變 換 輸 出輸 入 光 功 率( b )( a )第 6章 光放大器 SOAXGM方式的主要特點在于有寬的連續波長變換范圍 （ 約 50 nm） ， 高的變換效率 ， 結構簡單 。 其主要缺點是 ， 對于上變換 ， 消光比變壞 ， 信號是倒相輸出的 ， TE模增益比 TM模增益高約 5～ 6 dB， 這會使波長變換性能與輸出信號偏振態相關 。 同時也存在一些技術可以改善這些不足 。 第 6章 光放大器 半導體光放大器中的交叉相位調制 （ XPM） 技術 當泵浦光入射到 SOA中時 ， 載流子的變化將引起SOA兩方面的變化： 一是 SOA增益的變化； 二是 SOA折射率的變化 。 根據 SOA中增益變化的原理 ， 人們制成了基于 SOA中 XGM型的全光波長變換器 。 根據泵浦光造成的 SOA中折射率變化的原理 ， 人們制成了基于SOA中交叉相位調制 (XPM)的全光波長變換器 。 如圖 ， SOA1和 SOA2被放置在 MZI干涉儀的兩個臂上 ， 造成兩臂的相位差不相同 。 第 6章 光放大器 波長為 λc的探測波 (CW)和波長為 λs的信號光 (或稱泵浦光 )從不同的方向耦合到干涉儀的兩波導臂上 ， 信號光“ 0”、 “ 1”的變化 ， 將引起折射率隨之變化 ， 探測光通過兩臂后相位差也發生變化 。 適當的調整既可以使相位差為 “ 0”， 也可以為 “ π”， 前者輸出信號為“ 1”， 后者輸出為 “ 0”， 從而實現了對耦合進 SOA1的探測光的相位調制 。 如果信號光功率使 CW（ 連續光 ） 光相位在 “ 0”和 “ π”之間變化 ， 也就實現了信號從 λs到 λc的變換 。 第 6章 光放大器 圖 MZI型 SOAXPM型 AOWC CW 探 測 波 (?c)濾 波 器變 換 后 的 光 波 (?c)泵 浦 光 源 (?s)第 6章 光放大器 XPM方式在光路結構上可分為干涉型和非干涉型。 典型的干涉型結構有馬赫 —曾德爾 (MachZehnder)型(MZ)， 如圖 。 圖 。 與 XGM方式相比， XPM方式變換效率高， 消光比性能改善。 若 XPM采用整體集成的結構， 則可實現 40 Gb／ s、 30 nm范圍無劣化全光波長變換。 第 6章 光放大器 圖 非干涉型 SOAXPM型 AOWC 探 測 光 ?c泵 浦 光 ?sS O A環 型 器 光 纖 光 柵濾 波 器變 換 后 輸 出 ?c第 6章 光放大器 半導體光放大器中的四波混頻 (FWM)技術 SOA不僅具有線性放大功能 ， 而且還具有若干重要的非線性效應 ， FWM過程就是其中之一 。 圖 當波長為 λs的信號探測波和波長為 λp的 CW泵浦波入射到 SOA時 ， 由于光場的三階非線性相互作用 ， 因此導致入射波在 SOA中混頻而產生光譜邊帶 ， 新生波的波長 λc＝ λp+Δλ＝ 2λpλs， 其中的 Δλ稱為泵浦波和信號波的失諧波長間隔 ， 新生波具有已調輸入信號波相同的頻譜 ， 保持了原信號的調制信息 。 第 6章 光放大器 圖 SOAFWM型 AOWC ?p?sfj＝ 2?p－ ?s半 導 體 放 大 ( S O A )( 四 波 混 頻 ）第 6章 光放大器 這種變換方式的特點在于對調制方式和數據速率透明 ， 有幾個 THz響應帶寬 ， 超快速工作 ， 內在啁啾小 ， 可實現多波長同時轉換 ， 在 SOA增益帶寬內可對輸入 、 輸出波長連續調諧 ， 信道波長切換方便 。 存在的問題表現在變換效率和偏振依賴性方面 ， 但也有不少方法對其進行改善 。 用這種方式已實現具有 40 Gb/s、 nm和 10 Gb/s、 30 nm的高變換效率 (0 dB), 高SNR(16 dB), 上下變換范圍達 30 nm等良好性能的全光波長變換 。 第 6章 光放大器 習 題 五 1. 光放大器包括哪些種類 ? 簡述它們的原理和特點 。 EDFA有哪些優點 ? 2. EDFA的泵浦方式有哪些 ? 各有什么優缺點 ？ 3. 一個 EDFA功率放大器 ， 波長為 1542 nm的輸入信號功率為 2 dBm， 得到的輸出功率為 Pout=27 dBm， 求放大器的增益 。 4. 簡述 SBA與 SRA間的區別 。 為什么在 SBA中信號與泵浦光必定反向傳輸 ? 第 6章 光放大器 5. 一個長 250 μm的半導體激光器用做 FP放大器 ， 有源區折射率為 4， 則放大器通帶帶寬是多少 ？ 6. EDFA在光纖通信系統中的應用形式有哪些 ？ 7. EDFA的主要性能指標有哪些 ? 說明其含義 。 8. 分別敘述光放大器在四種應用場合時各自的要求是什么 ？ 9. 敘述 SOAXGM波長變換的原理 。