WDM系统中光放大器的性能介绍

本文将介绍光放大器的基本性能,较仔细地介绍了三种光放大器,包括掺铒光纤放大器(EDFA)、半导体光放大器(SOA)、拉曼光纤放大器的基本原理和优缺点。

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—嚣。 。

工程技术

W 系统中光放大器的性能介绍 DM贺伟 (民航深圳空管站气象台深圳 5 0 0) 1 4 8摘要：本文将介绍光放大嚣的基本性能，较仔细地介绍了三种光放大器，包括掺铒光纤放大￣( D A)半导体光放大器(0A、曼光 EF, s )拉

纤放大器的基本原理和优缺点。

关键词： DM系统光放大器性能 W中图分类号： N9 T 1 9文献标识码： A

文章编号： 7—3 9 ( 0 1 O ( ) 0 6 2 1 2 7 12 1 ) 9 b一0 4—0 6

1光放大器概述我们知道光纤有一定的衰耗，信号光

所谓增益带宽是指光放大器有效的频辐射而被迫回到基态E1但它们中有一部，

率 (波长 )围，或范通常指增益从最大值下降分是自发回落到基态的。这些受激离子当尤其是光WD wa ee g h dvs n mu- M( v l t - ii o | 3 B,应的波长范围， n i d时对对于 W D系统，衰变时，们也自发地辐射光子。 M 它自发辐射 tp e光波分复用 )号沿光纤传播将会衰所有光波长通道都要得到放大， i lx信因此，放的光子与信号光子在相同的频率 (长 )光波范减，传输距离受衰减的制约。因此，了使大器必须具有足够宽的增益带宽。为 围内，它们是随机的。但那些与信号光子同光信号特别是光 WDM信号传得更远，们我 1 3. . 4饱和输出功率方向的自发辐射光子也在 E DF中放大。这必须在中途对光进行放大。统的增强光传光放大器的输入光功率范围有一定的信号的方法是使用再生器。是，种方法要求，但这当输入光功率大于某一阈值时， T P就存在许多缺点。着光通信技术的发展，随尤会出现增益饱和，益饱和是指输出功率增其是光 W D的进步，们有了一种直接光不再随输入功率增加而增加或增加很小。 M我 放大技术——光放大器。 根据I Tu— T的建议，当增益比正常情况低些自发辐射并被放大的光子组成放大的自 发辐射( E。 AS )由于它们是随机的，们对它信号没

有贡献，产生了在信号光谱范围却内的噪声。2. . I 2掺铒光纤放大器光学结构为了实现光功率放大的目的，一些将光无源器件、浦源和掺铒光纤以特定的泵光学结构组合在一起，就构成了EDFA光放大器。号光和泵浦激光器发出的泵浦光，信 经过W DM耦合器后进入掺铒光纤 EDF,其中两只泵浦激光器构成两级泵浦，铒光掺纤EDF在泵浦光的激励下可以产生放大作用，而也就实现了放大光信号的功能。从 ()铒光纤。 1掺 掺铒光纤的工作机理前面已经详细介绍，里不累述。这

1 1光放大器的特点 . 3 B时的输出光功率称为饱和输出功率， d 光放大器的工作不需要转换光信号到 P, s其单位通常用 d m表示。 B电信号，大后再转回光信号，放它是直接对

光进行放大。个特性导致光放大器比再 2掺铒光纤放大器这生器有两大优势。一，放大器支持任何第光种类型的光纤放大器是掺稀土离子比特率和信号格式；第二，放大器不仅支光纤放大器。稀土离子光纤放大器是利光掺持单个信号波长放大——像再生器，且支用稀土金属离子作为工作物质，用离子而利持多个波长信号 ( W DM )光信号放大。的受激辐射进行光信号放大。在光放大光的 用 1 2光放大器的分类 .器中的稀土金属离子通常有铒 ( )钕 E、 r一

现在主要有两种类型的光放大器：半导体光放大器( OA)光纤放大器 ( S和 OFA)。 半导体光放大器利用半导体材料固有的受激辐射放大机制，现光放大，实其原理和结

( )错( r、 Tm)。稀土离子光纤放 Nd、 P )铥(等掺大器中比较成熟的是掺铒光纤放大器 ( EDFA)。

()耦合器。 2光

2.掺铒光纤放大器的工作原理 1光耦合器，名思义，是具有耦合的顾就构与半导体激光器相似。纤放大器与半光 2 1 1掺铒光纤中E”离子受激辐射和功能，作用是将信号光和泵浦光耦合， .. r其并导体放大器不同，纤放大器的活性介质自发辐射光起送入掺铒

光纤，称光合波器，也通常使 (或称增益介质)一段特殊的光纤或传输是掺铒光纤是光纤放大器的核心，是用光纤熔锥型耦合器。它 光纤，且和泵浦激光器相连，并当信号光通 ()隔离器。 3光 种内部掺有一定浓度E”的光纤，了阐 r为过这一一段光纤时，号光被放大。纤放大明其放大原理，要从铒离子的能级图讲信光需光路中两只隔离器的作用分别是：输一一

器又可以分为掺稀土离子光纤放大器 ( r起。离子的外层电子具有三能级结构， Ra e铒其 Ea t In rh o Do e b t p d Fie Ampiir和非线中E是基态能级， 2亚稳态能级， 3高 1f ) e 1 E是 E是性光纤放大器。 能级。 1 3光放大器的主要性能参数 .当用高能量的泵浦激光来激励掺铒光光放大器是 _.模拟器件，以它的纤时，以使铒离子的束缚电子从基态能个所可性能参数都是模拟参数。 级大量激发到高能级 E上。 3然而，能级是高 1 3 1增益 ( a n .. G i)不稳定的，因而铒离子很快会经历无辐射

入光隔离器可以阻挡掺铒光纤中反向AS E对系统发射器件造成干扰，及避免反向以 AS在输入端发生反射后又进入掺铒光纤 E

产生更大的噪声；出光隔离器则可避免输输出的放大光信号在输出端反射后进入掺

铒光纤消耗粒子数从而影响掺铒光纤的放大特性。 增益是输出光功率与输入光功率之跃迁落入亚稳态能级 E2 E2级是一个 而能 (泵浦激光器。 4) 比，就是：也 亚稳态的能带，该能级上，子的存活寿在粒泵浦激光器是 EDFA的能量源泉，的它增益=P u/PN ot l 命较长 (约 l ms。到泵浦光激励的粒作用是为光信号的放大提供能量。常是大 O )受通

其中P U和 P OT分别是输出光功率和输子，非辐射跃迁的形式不断地向该能级以种半导体激光器，出波长为9 0 m或输 8n入光功率，率的单位为瓦特，常我们用功通 汇集，而实现粒子数反转分布~即亚稳 1 8 n,从 4 0 m泵浦光经

过掺铒光纤时，将铒离子分贝 (B为单位来表示增益，就是： d)也 态能级 E2的离子数比基态 El的多。上上当从低能级泵浦到高能级，而形成粒子数从增益( B=1 1 (/ ) d ) 0 P g P 具有15h O m波长的光信号通过这段掺铒光反转，当信号光经过时，量就会转移到 5而能 1 3 2噪声指数( .. NF)纤时，稳态的粒子受信号光子的激发以光信号中，而实现光放大的作用。亚从一

光放大器的噪声指数( Nos Fg r)受激辐射的形式跃迁到基态，产生出与 NF, i e iu e ()光器。 5分 并的定义式为光放大器输入输出端口的信噪入射信号光子完全相同的光子，而大大从 EDFA中所用的分光器为一分二器件， L (NR, in lt ie Rai) LS Sg a o Nos t的比值： o 增加了信号光中的光子数量，实现了信其作用是将主通道上的光信号分出一小部即 号光在掺铒光纤传输过程中的不断被放大分光信号送入光探测器以实现对主通道中￣V t R n, -,

=

的功能。

1 3 3增益带宽 ..

在 E F中绝大多数受激 E离子因受激 D r

光功率的监测功能。 ()探测器。 6光

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