第6章光放大器new

1、 1 2 N.光纖光纖 1 2 N光光解解復(fù)復(fù)用用.O/EADME/O光光復(fù)復(fù)用用 1 2 N. 1 2 N.光纖光纖insoutsPPG,insoutsPPdBG,10log10)(相對(duì)增益0.00.20.40.60.81.0-4-2024歸一化失諧G ( )g( ) 02TAg注入電流輸入光信號(hào)輸出光信號(hào)有源區(qū)Lz = 0z = LzoutinnSNRSNRF)()(.1 480 1 5201 5401 5600246810吸收或增益波長(zhǎng)1 500/nm/(dB/m)10-25m2吸收增益截面2461E980 nm泵浦光放大后的信號(hào)光信號(hào)光1 550 nm1 550 nm0能級(jí)3rE1 5

2、30 nm980 nm2E3E0.80eV1.27eV 22E r3 +-A l2O3-G e O2-S iO2F -S iO2 G e O2-S iO2 Er硅包層徑向分布摻鍺區(qū)0.010.04摻鉺區(qū)0 0.2 0.4 0.6 0.81.001 0002 0003 0004 0005 000b/appm-wt鉺離子濃度 m(36)直徑直徑 m125濃度(1 1002 500)ppmab1530nm980nm980nm泵浦光泵浦光放大后放大后的信號(hào)光的信號(hào)光.1E2E3E信號(hào)光信號(hào)光1550nm1550nm0能級(jí)能級(jí) 3rE0.80eV1.27eV鉺離子能級(jí)圖鉺離子能級(jí)圖00802040602

3、0406080泵浦功率輸出信號(hào)功率轉(zhuǎn)換效率92.6%(mW)(mW)00401020305101520泵浦功率小信號(hào)增益增益系數(shù)(dB)(mW)6.3dB/mW.1 4801 520 1 540 1 5600246810吸收或增益波長(zhǎng)1 500/nm/(dB/m)10-25m2吸收增益截面2461E980 nm泵浦光放大后的信號(hào)光信號(hào)光1 550 nm1 550 nm0能級(jí)3rE1 530 nm980 nm2E3E0.80eV1.27eV 增益帶寬（FWHM）大于10nm1.52025101520(dB)1.541.56波長(zhǎng)( )m1.58大信號(hào)增益1.52040102030小信號(hào)增益1.54

4、1.56波長(zhǎng)( )m1.58(dB)0-1010302040增益02468102015105mL=(mW)泵浦功率(dB)增益01030200-1010 20 30 40 5040(m)(dB)3mWPP=24561789鉺光纖長(zhǎng)度0-1010302040增益02468102015105mL=(mW)泵浦功率(dB)增益01030200-1010 20 30 40 5040(m)(dB)3mWPP=24561789鉺光纖長(zhǎng)度增益/dBm輸入功率/dB0102015-355-30 -20 -15 -10 -5 0 5-25工作點(diǎn)增益(dB)01020155-40-10-5253035/dBm輸入

5、功率-35 -30 -20 -15 -10 -5 0-25輸出功率(dB)(dBm)噪聲指數(shù)13m9m長(zhǎng)增益線性區(qū) 增益壓縮區(qū)AB長(zhǎng)0-1010302040增益02468102015105mL=(mW)泵浦功率(dB)增益01030200-1010 20 30 40 5040(m)(dB)3mWPP=24561789鉺光纖長(zhǎng)度spspnnGGnF212自發(fā)輻射系數(shù))(122NNNnspspspnnGGnF212噪聲指數(shù)051508020604010010(m)(dB)2mWPP=3510鉺光纖長(zhǎng)度Fn放大器增益0203010(dB)10mWPP=235080206040100(m)鉺光纖長(zhǎng)度4

6、0-10輸輸入入信信號(hào)號(hào)泵泵浦浦光光隔隔離離器器光光隔隔離離器器摻摻鉺鉺光光纖纖輸輸出出信信號(hào)號(hào)熔熔接接波波分分復(fù)復(fù)用用器器監(jiān)視和告警電路泵浦監(jiān)視和控制電路泵浦LDPD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 V0 V5 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15441569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1.271.291.31信號(hào)波長(zhǎng) m1.33信號(hào)波長(zhǎng)m5010015

7、0200250300040102030小信號(hào)增益(dB)0-10050100 150 200 250 300驅(qū)動(dòng)電流發(fā)射泵浦功率( )1.30(mA)(mW)0102030小信號(hào)增益(dB)-101.3521nm-45dBm入射信號(hào)功率注注入入電電流流輸輸入入光光信信號(hào)號(hào)輸輸出出光光信信號(hào)號(hào)有有源源區(qū)區(qū)Lz = 0z = Lz z注注入入電電流流輸輸入入光光信信號(hào)號(hào)輸輸出出光光信信號(hào)號(hào)有有源源區(qū)區(qū)Lz = z = Lz z反反射射面面R反反射射面面R0頻率頻率增益增益 g GFPAR=0.03R=0.32R=0 0GFPAmaxGFPAmin0+2 0-2 0行波放大器行波放大器( ) 2ss

8、211 RGGR maxFPA)( G u減小端面反射反饋，就可以制出行波半導(dǎo)體光放大器。減小反射率的一個(gè)簡(jiǎn)單方法是在界面上鍍以抗反射膜（增透膜）。然而，對(duì)于作為行波放大器的SOA，反射率必須相當(dāng)小310u當(dāng)滿足 時(shí)，人們習(xí)慣把半導(dǎo)體光放大器作為行波（TW）放大器來(lái)描述其特性。 17. 021sRRG增透膜透明區(qū)有源區(qū)光輸入光輸出有源區(qū)光輸入光輸出增透膜透明區(qū)有源區(qū)光輸入光輸出有源區(qū)光輸入光輸出)exp(intLgGTWA光場(chǎng)限制因子信號(hào)增益波長(zhǎng)01020301.44 1.46 1.48 1.50 1.52 1.54(dB)m(TE)橫電模( )頻率增益gGFPA00GTWAvvvFPAvTW

9、A可可調(diào)調(diào)諧諧光光柵柵濾濾波波器器增增益益區(qū)區(qū)D DB BR R調(diào)調(diào)諧諧半半導(dǎo)導(dǎo)體體光光放放大大探探測(cè)測(cè)E EA A調(diào)調(diào)制制抗抗反反射射膜膜高高反反射射膜膜后后鏡鏡面面前前鏡鏡面面I Ih斯托克斯波反斯托克斯波WDM耦合器同向泵浦反向泵浦振動(dòng)態(tài)基態(tài)ps傳輸光纖信號(hào)光泵浦光濾波器信號(hào)光pss耦合器WDM喇曼增益波長(zhǎng)0510 15 20 2501234561443 1470 1500 1530 1560 1590 162078200mW泵浦功率泵浦光和信號(hào)光的頻率差泵浦C(THz)（nm）0.00.20.40.60.81.0頻率差0 6 1218243036(THz)喇曼增益系數(shù)m/W10131m

10、p=spRRg13.2THzgv泵浦功率100mW(dB)波段窗口硅光纖拉曼增益系數(shù)頻譜曲線增益帶寬（FWHM）可以達(dá)到約8THz喇喇曼曼增增益益波波長(zhǎng)長(zhǎng)051015202501234561443 1470 1500 1530 1560 1590 162078200mW泵泵浦浦功功率率泵泵浦浦光光和和信信號(hào)號(hào)光光的的頻頻率率差差泵泵浦浦C(THz)（nm）泵泵浦浦功功率率100mW(dB)波波段段窗窗口口放大器增益或放大倍數(shù)0.00.51.0泵浦功率100102101GA1.52.0103104輸入信號(hào)功率(W)mW0.910.360.18mWmWL= 1.3km1017nm1064nmp=s=理論計(jì)算多波長(zhǎng)泵浦1480 1520 1560 1600 16