哈工大 光纤通信答案第7章答案

第7章答案

1.答：

光放大器是可将微弱光信号直接进行光放大的器件。意义： （1）使光波分复用技术实用化；

（2）使光接入网迅速成熟并得以商用； （3）促进光孤子通信新技术发展；

（4）为未来的全光通信网，奠定了扎实的基础。 WDM+EDFA使光纤通信技术产生了质的飞跃。

2.答：

掺杂光纤放大器，传输光纤放大器，半导体光放大器。

3.答：

增益、放大器的带宽、增益饱和和饱和输出功率。

4.答：

掺杂光纤放大器是利用稀土金属离子作为激光工作物质的一种放大器，将激光工作物质掺与光纤纤芯即成为掺杂光纤，目前最成功的典型是掺饵光纤放大器，掺谱光纤放大器。它是依靠光激励(泵浦光)使工作物质发生粒子数反转分布，在外来信号光的作用下通过受激辐射进行光放大。

5.答： 优点：

(1)工作波长正好落在光纤通信最佳波段(1500～1600nm)。 其主体是一段光纤(EDF)，与传输光纤的耦合损耗很小， 可达0.1dB。

(2)能量转换效率高。激光工作物质集中在光纤芯子的近轴部分，而信号光和泵浦光也在近轴部分最强，则光与物质作用很充分。

(3)增益高，噪声低，输出功率大。增益达40dB。输出功率在单向泵14dBm，双向泵浦17dBm-20dBm，充分泵浦时，噪声系数可低至3－4dB，串话也很小

(4)增益特性不敏感。对温度不敏感，在100°C内增益特性保持稳定；与偏振无关。

(5)可实现信号的透明传输。在波分复用系统中，同时传输模拟信号和数字信号，高速率信号和低速率信号。 缺点：

(1)波长固定，只能放大1.55μm左右的光波。换用不同基质的光纤时，铒离子能级也只能发生很小的变化，可调节的波长有限，只能换用其他元素。

(2)增益带宽不平坦。在WDM系统中需要采用特殊的手段来进行增益谱补偿。

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6.答：

(1)EDFA用作前置放大器

光接收器之前，接收机灵敏度可提高10～20dB。即，在光信号进入接收机前，得到放大，以抑制接收机内的噪声。

小信号放大，要求低噪声，但输出饱和功率则不要求很高。 (2)EDFA用作功率放大器

放在光发射机之后用来提升输出功率，将通信距离延长10-20km。通信距离由放大器增益及光纤损耗决定，功率放大器除了要求低噪声外，还要求高饱和输出功率。

(3)EDFA用作线路放大器

非常适合用在海底光缆，没有电中继器的光-电-光过程。另外，在WDM系统中，一只EDFA能放大全部的光信号，但所有的信号光必须落在EDFA的平坦增益带宽内。

(4)EDFA用作本地网放大器

EDFA可在宽带本地网，特别在电视分配网中得到应用。它补偿由于分路带来的损耗及其他损耗，极大地扩大了网径和用户数量。

7.答：

因泵浦方式不同，分成同向、反向及双向。

(1)同向泵浦：泵浦光与信号光从同一端注入掺铒光纤，且泵浦光和信号光在EDF中传输方向相同。又称为前向泵浦

(2)反向泵浦：泵浦光与信号光从不同的方向输入掺杂光纤。两者在EDF(掺饵光纤)中传播反向相反。

(3)双向泵浦：可用多个泵浦源从多个方向激励光纤。多个泵浦源部分前向，部分后向，结合前两种方式，使泵浦光在光纤中均匀分布，从而使其增益在光纤中均匀分布

三种泵浦方式性能差异总结：

同向泵浦: 噪声性能好； 反向泵浦: 输出功率大；

双向泵浦:增益和噪声性能都优于单向泵浦，但成本高；

8.答：

喇曼散射的基本原理：物质内部分子不停振动，不同的振动频率对应于不同的分子能量，当外界光照射时，外来光子能与振动分子发生能量交换，产生不同于入射光频率谱线，称为伴线。其中比母线波长长的称为Strokes线，短的称为反Strokes线。他们与母线间隔相等。

在喇曼光纤放大器中，泵浦光通过受激喇曼散射产生的Strokes线等于输入信号光的谱线，因此对输入信号光产生了放大作用。

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9.答：

喇曼放大器分为分立式喇曼放大器和分布式喇曼放大器。分立式喇曼放大器与EDFA一样集中放大，通常用于EDFA无法放大的波段。下图是其应用框图。

分立式喇曼放大器的应用

分布式喇曼放大器(DRA)具有噪声低、增益带宽与泵浦波长和功率相关特点，经常与EDFA联合使用以降低系统的噪声系数，下图是其应用框图。

采用DRA+EDFA的典型WDM系统

10.答：

喇曼放大器的优点：

(1) 更宽的频段提供放大，增益波长由泵浦光波长决定，只要泵浦源的波长适当，理论上可以得到任意波长的信号放大，为波分复用进一步增加容量拓宽了空间。 (2) 增益介质可以为传输光纤本身，与EDFA相比，即使泵浦源失效，也不会增加额外的损失。如此实现的FRA称为分布式放大，光纤中各处的信号光功率都比较小，从而可降低各种光纤非线性效应的影响。 (3) 噪声指数低，可提升原系统的信噪比。 (4) 喇曼增益谱比较宽，在普通色散位移光纤上单波长泵浦可实现40nm范围的有效增益；如果采用多个泵浦源，则可容易地实现宽带放大。

(5) FRA的饱和功率比较高，增益谱调节方式可通过优化配置泵浦光波长和强度来实现。

(6) 喇曼放大的作用时间短，为飞秒(10-15s)级，可实现超短脉冲的放大。 喇曼放大器的缺点：

（1）喇曼光纤放大器所需要的泵浦光功率高。分立式几瓦到几十瓦，分布式几百毫

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瓦；EDFA只有几十毫瓦。

（2） 作用距离太长，增益系数偏低。

（3）对偏振敏感，泵浦光与信号光平行时增益最大，垂直时增益最小，但实际光纤非保偏，因此宏观表现为对偏振不敏感。

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