第6章光放大器-資料下載頁

　　

【正文】 039。39。 EDFA的優(yōu)點(diǎn) （ 1） 工作波長(zhǎng) 恰好落在光纖通信的最佳波長(zhǎng)區(qū)（ ） （ 2） EDFA的主體是一段光纖， 耦合損耗小 （ ） （ 3） 噪聲指數(shù)低 ，一般為 4~7dB （ 4） 增益高 ，約 20~40dB， 飽和輸出功率大 ，約8~15dBm （ 5） 頻帶寬 ，在 1550nm窗口有 20~40nm帶寬，可進(jìn)行多信道傳輸，便于擴(kuò)大傳輸容量，從而節(jié)約成本 （ 6） 增益特性與光纖極化狀態(tài)無關(guān) ，放大特性與光信號(hào)傳輸方向也無關(guān)，可以實(shí)現(xiàn)雙向放大（無隔離器時(shí)） EDFA的應(yīng)用 1. 一般應(yīng)用 功率放大、在線放大、前置放大以及補(bǔ)償分配損耗。 2. 多信道應(yīng)用 帶寬寬（ 20~40nm），可同時(shí)放大多個(gè)信道，且不 存在四波混頻的影響。 3. 超窄光脈沖放大 可以放大短至皮秒（ ps）級(jí)的光脈沖而無畸變。 實(shí)用 EDFA的構(gòu)成 摻鉺光纖： 當(dāng)一定的泵浦光注入到摻鉺光纖中時(shí)， Er3+從低能級(jí)被激發(fā)到高能級(jí)上，由于在高能級(jí)上的壽命很短，很快以非輻射躍遷形式到較低能級(jí)上，并在該能級(jí)和低能級(jí)間形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布。 半導(dǎo)體泵浦二極管 ：為信號(hào)放大提供足夠的能量，使物質(zhì)達(dá)到粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。 波分復(fù)用耦合器： 將信號(hào)光和泵浦光合路進(jìn)入摻鉺光纖中。 光隔離器： 使光傳輸具有單向性，放大器不受發(fā)射光影響，保證穩(wěn)定工作。 輸入信號(hào)泵浦光隔離器 光隔離器摻鉺光纖輸出信號(hào)熔接波分復(fù)用器三種泵浦方式的 EDFA LD2 WDM2 EDF APC APC in out LD1 WDM1 LD WDM EDF APC APC in out LD WDM EDF APC APC in out 同向泵浦 (前向泵浦 )型：好的噪聲性能 反向泵浦 (后向泵浦 )型：輸出信號(hào)功率高 雙向泵浦型：輸出信號(hào)功率比單泵浦源高3dB，且放大特性與信號(hào)傳輸方向無關(guān) Multistage EDFA 由于光纖對(duì) 1480nm的光損耗較小，所以1480nm泵浦光又常用于遙泵方式 。 Remote Pumping 監(jiān)視和 告警電路 泵浦監(jiān)視 和控制電路 泵浦 LD P D 探測(cè)器 泵浦 LD 輸入隔離器 輸入 WDM 輸出耦合器 輸出隔離器 輸出 WDM 摻鉺 光纖 熱 沉 光輸入 ＋ 5 V 0 V － 5 V 電源 監(jiān)視 激光器驅(qū)動(dòng)輸入 光輸出 實(shí)用光纖放大器外形圖及其構(gòu)成方框圖 ? 多信道放大中存在的其它問題： ? 增益平坦 ? 增益鉗制 ? 高的輸出功率 EDFA的級(jí)聯(lián)特性 信道間增益競(jìng)爭(zhēng)，多級(jí)級(jí)聯(lián)使用導(dǎo)致“ 尖峰效應(yīng) ” 1544 1569 典型的 EDFA增益譜 固有的增益不平坦，增益差隨級(jí)聯(lián)放大而積累增大 各信道的信噪比差別增大 各信道的接收靈敏度不同 一、增益平坦 增益譜的形狀隨信號(hào)功率而變，在有信道上、下的動(dòng)態(tài)情況下，失衡情況更加嚴(yán)重 BER 接收光功率 光功率 波長(zhǎng) 光功率 波長(zhǎng) 光發(fā)射機(jī) 光發(fā)射機(jī) 光發(fā)射機(jī) 光發(fā)射機(jī) ?N ?1 ?2 ?3 光接收機(jī) 光接收機(jī) 光接收機(jī) 光接收機(jī) EDFA ?1 ?N ?3 ?2 1. 濾波器均衡： 采用透射譜與摻雜光纖增益譜反對(duì)稱的濾波器使增益平坦 , 如： 薄膜濾波、紫外寫入長(zhǎng)周期光纖光柵、周期調(diào)制的雙芯光纖等。 EDFA + 均衡器 → 合成增益 增益平坦 /均衡技術(shù) 只能實(shí)現(xiàn)靜態(tài)增益譜的平坦，在信道功率突變時(shí)增益譜仍會(huì)發(fā)生變化。 2. 新型寬譜帶摻雜光纖： 如摻鉺氟化物玻璃光纖（ 30nm平坦帶寬）、鉺 /鋁共摻雜光纖（ 20nm）等。 靜態(tài)增益譜的平坦 ，摻雜工藝復(fù)雜。 3. 聲光濾波調(diào)節(jié)： 根據(jù)各信道功率，反饋控制放大器輸出端的多通道聲光帶阻濾波器，調(diào)節(jié)各信道輸出功率使之均衡。 動(dòng)態(tài)均衡 需要解復(fù)用、光電轉(zhuǎn)換、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，實(shí)用性受限 增益平坦 /均衡技術(shù) 4. 預(yù)失真技術(shù) 不靈活，傳輸鏈路變換后，輸入功率也要隨之調(diào)整 增益平坦 /均衡技術(shù) ?EDFA對(duì)信道的插入、分出或信道無光故障等因素引起的輸入光功率的變化（較低速變化）能產(chǎn)生響應(yīng) 瞬態(tài)特性 ?瞬態(tài)特性使得剩余信道獲得過大的增益，并輸出過大的功率，而產(chǎn)生非線性，最終導(dǎo)致其傳輸性能的惡化 需進(jìn)行自動(dòng)增益控制 ?對(duì)于級(jí)聯(lián) EDFA系統(tǒng)，瞬態(tài)響應(yīng)時(shí)間可短至幾 ~幾十 ?s，要求增益控制系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間相應(yīng)為幾 ~幾十 ?s 二、增益鉗制 增益鉗制技術(shù) (1) ? 電控： 監(jiān)測(cè) EDFA的輸入光功率，根據(jù)其大小調(diào)整泵浦功率，從而實(shí)現(xiàn)增益鉗制，是目前最為成熟的方法。 LD Pump In Out 泵浦控制均衡放大器（電控） EDFA 增益鉗制技術(shù) (2) ? 在系統(tǒng)中附加一波長(zhǎng)信道， 根據(jù)其它信道的功率，改變附加波長(zhǎng)的功率，而實(shí)現(xiàn)增益鉗制。 注入激光 WDM系統(tǒng)要求 EDFA具有足夠高的輸出功率，以保證各信道獲得足夠的光功率。 方法：多級(jí)泵浦 22 19 16 輸出功率（dBm） 1540 1570 三、 EDFA的大功率化 (1) EDFA的大功率化 (2) ?=% ?=% 纖芯 內(nèi)包層 外包層 用于制作大功率 EDFA的雙包層光纖結(jié)構(gòu)圖 芯層： 5?m 內(nèi)包層： 50?m 芯層 (摻鉺 )，傳播信號(hào)層 (SM) 內(nèi)包層，傳播泵浦光 (MM) 雙包層光纖是實(shí)現(xiàn) EDFA的重要技術(shù)，信號(hào)光在中心的纖芯里以單模傳播，而泵浦光則在內(nèi)包層中以多模傳輸。 摻鐠光纖放大器 PDFA ?EDFA只能用于 ，但是現(xiàn)在世界上有眾多工作在 CATV網(wǎng)絡(luò)。 ?于是科學(xué)家們開發(fā)了工作在 大器，要求泵浦波長(zhǎng)是 。 ?這種放大器的增益可達(dá) 38dB，飽和輸出功率達(dá) 20mW。但泵浦效率相當(dāng)?shù)?，典型值小?，而 EDFA高達(dá) 11dB/mW。所以要從摻鐠光纖放大器獲得 30dB的增益，需要高達(dá) 1W的泵浦功率。 1 . 2 7 1 . 2 9 1 . 3 1信號(hào)波長(zhǎng) ?? ? ????m1 . 3 3信號(hào)波長(zhǎng) ? m50 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 3 0 0040102030小信號(hào)增益(d B )01 00 50 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 3 0 0驅(qū)動(dòng)電流發(fā)射泵浦功率( )1 . 3 0(m A )(m W )0102030小信號(hào)增益(d B )1 01 . 3 52 1 n m 4 5 d Bm入射信號(hào)功率幾種光放大器的比較 放大器類型 原理 激勵(lì)方式 工作長(zhǎng)度 噪聲特性 與光纖耦合 與光偏振關(guān)系 穩(wěn)定性 摻稀土光纖放大器 粒子數(shù)反轉(zhuǎn) 光 數(shù)米到數(shù)十米 好 容易 無 好 半導(dǎo)體光放大器 粒子數(shù)反轉(zhuǎn) 電 100?m~1mm 差 很難 大 差 光纖 (喇曼 )放大器 光學(xué)非線性 (喇曼 )效應(yīng) 光 數(shù)千米 好 容易 大 好