光通信基本器件

光纖通信中的關(guān)鍵光電子器件第一部分基本光器件第二部分光調(diào)制器和檢測(cè)器第三部分光放大器ComponentsandModulesinDWDMNetworks

DWDMfiltersFibergratingsCirculatorsMux/Demux

modulesAmplifiersIsolatorsTapcouplersPumplasersAttenuatorsIntegrated

amplifiersSOAsOpticalSwitchesCirculatorsCouplersAdd/dropmodulesSwitchingTransmissionSourcelasersModulatorsReceiversDetectors第一部分基本光器件1.1光器件概述1.2光連接器Connector1.3光衰減器Attenuator1.4光耦合器Coupler1.5光復(fù)用器與濾波器MultiplexerandFilter1.6光隔離器與環(huán)行器

光器件概述作用:實(shí)現(xiàn)光信號(hào)的連接、能量分路/合路、波長(zhǎng)復(fù)用/解復(fù)用、光路轉(zhuǎn)換、能量衰減、方向阻隔、光-電-光轉(zhuǎn)換、光信號(hào)放大、光信號(hào)調(diào)制等功能。是構(gòu)成光纖通信系統(tǒng)的必備元件。光器件是具有上述一種功能的元器件的總稱。類型：無(wú)源、有源包括：光連接器、光衰減器、光耦合器、光復(fù)用器、光隔離器、環(huán)行器、光濾波器、光解復(fù)用器、光調(diào)制器、光開(kāi)光、激光器、光檢測(cè)器、光放大器等第一部分基本光器件1.1光器件概述1.2光連接器Connector1.3光衰減器Attenuator1.4光耦合器Coupler1.5復(fù)用器與濾波器MultiplexerandFilter1.6光隔離器與環(huán)行器1.2光連接器—Connector技術(shù)指標(biāo)：插入損耗：光信號(hào)通過(guò)連接器之后，其輸出光功率相對(duì)輸入光功率的比率的分貝數(shù)。回波損耗：反射損耗，光纖連接處，后向反射光相對(duì)輸入光的比率的分貝數(shù)。重復(fù)性和互換性損耗來(lái)源活動(dòng)連接器方法：利用精密陶瓷套筒準(zhǔn)直纖芯插入損耗目前水平

0.2dB減低反射技術(shù)：APC類型：FC、SC、ST、LC其它：多芯光纜連接器、保偏光纖連接器、密封型光纖連接器FC型：螺紋連接。外部材料為金屬SC型：外殼采用工程塑料，矩形結(jié)構(gòu)，便于密集安裝，不用螺紋連接，可以直接插拔。ST型：采用帶鍵的卡口式鎖緊機(jī)構(gòu)，確保連接時(shí)準(zhǔn)確對(duì)中。LC型：卡口式連接第一部分基本光器件1.1光器件概述1.2光連接器Connector1.3光衰減器Attenuator1.4光耦合器Coupler1.5復(fù)用器與濾波器MultiplexerandFilter1.6光隔離器與環(huán)行器1.3光衰減器—Attenuator根據(jù)工作原理分類：位移型光衰減器橫向位移型光衰減器縱向位移型光衰減器直接鍍膜型光衰減器（吸收?；蚍瓷淠Ｐ停┧p片型光衰減器液晶型光衰減器光衰減器光衰減器固定光衰減器可變光衰減器尾纖式固定光衰減器轉(zhuǎn)\變換器式固定光衰減器SC—FC型、FC—ST型、SC—ST型、SC型、FC型、ST型小可變光衰減器步進(jìn)可變光衰減器連續(xù)可變光衰減器機(jī)械型智能型技術(shù)指標(biāo)：衰減量、精度、反射、插損固定光衰減器尾纖式衰減量調(diào)節(jié)旋鈕第一部分基本光器件1.1光器件概述1.2光連接器Connector1.3光衰減器Attenuator1.4光耦合器Coupler1.5復(fù)用器與濾波器MultiplexerandFilter1.6光隔離器與環(huán)行器1.4光耦合器—Coupler定義：對(duì)同一波長(zhǎng)的光功率進(jìn)行分路或合路類型：Y型、X型22耦合器、1N型、MN型功能：光信號(hào)的分配、合成、提取、監(jiān)控等。1321243工作原理PutthecorescloseenoughtogethertogetacouplingeffectAllnowdependsonthelengthofthecouplingsection22光纖耦合器P4P0輸入功率P1直通功率P3串?dāng)_P2耦合功率L錐形區(qū)域L錐形區(qū)域Z耦合區(qū)域1、插入損耗：特定的端口到另一端口路徑的損耗。如從輸入端口i到輸出端口j的路徑中的插入損耗為：2、附加損耗：輸入功率對(duì)總的輸出功率的比值。3、串?dāng)_：一個(gè)端口的輸入信號(hào)與散射或反射回另一個(gè)輸入端口的光功率間的隔離度。以22光纖耦合器為例：4、分光比或耦合比：輸出端口間光功率分配的百分比技術(shù)指標(biāo)：串?dāng)_＝P0P1P2P33dBcoupler第一部分基本光器件1.1光器件概述1.2光連接器Connector1.3光衰減器Attenuator1.4光耦合器Coupler1.5復(fù)用器與濾波器MultiplexerandFilter1.6光隔離器與環(huán)行器1.5復(fù)用器與濾波器—MultiplexerandFilter光濾波器與解復(fù)用器(光波長(zhǎng)選擇器件)

0濾波器解復(fù)用器WavelengthfilterWavelengthmultiplexer用途：波長(zhǎng)選擇、光放大器的噪聲濾除、光復(fù)用/解復(fù)用WavelengthDemultiplexer

0/

0濾波器中心波長(zhǎng),

信號(hào)波長(zhǎng).

一、熔錐光纖濾波器利用熔錐型光纖耦合器的波長(zhǎng)依賴性。設(shè)計(jì)熔融區(qū)的錐度，控制拉錐速度。特點(diǎn)：插損低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、溫度穩(wěn)定性高、隔離度低、復(fù)用波長(zhǎng)數(shù)少（兩波）應(yīng)用：波長(zhǎng)間隔較寬，常用于1300nm/1550nm、980nm/1550nm、1480nm/1550nm波長(zhǎng)的分離Iftwomixedsignals(ofdifferentwavelengths)areinjectedintoacouplerthepowertransferbetweenthewaveguideshasadifferentperiodforeachwavelength.Thecouplinglengthsarestronglywavelengthdependent!二、多層介質(zhì)膜濾波器TFFMultilayerDielectricThin-FilmFilter多層介質(zhì)膜：通過(guò)某一波長(zhǎng)，阻止其它波長(zhǎng)Thin-FilmresonantMulticavityFilter(TFMF)薄膜多共振腔濾波器TFMF的傳輸特性：腔越多濾波器頂越平邊緣越陡第一部分基本光器件1.1光器件概述1.2光連接器Connector1.3光衰減器Attenuator1.4光耦合器Coupler1.5復(fù)用器與濾波器MultiplexerandFilter1.6光隔離器與環(huán)行器1.6光隔離器與環(huán)行器用途：放置于激光器及光放大器前面，防止系統(tǒng)中的反射光對(duì)器件性能的影響甚至損傷，即只允許光單向傳輸。主要指標(biāo)：低的插入損耗(對(duì)正向入射光，~1dB)高的隔離度(對(duì)反向反射光，40~50dB)原理：一般由起偏器、檢偏器和旋光器組成。與輸入偏振態(tài)有關(guān)的光隔離器的工作原理Polarizer

Polarizer

Faradayrotator

Blocked

Reflectlight

SOPLightout

Lightin

起偏器與檢偏器的透光軸成450角，旋光器使通過(guò)的光發(fā)生450旋轉(zhuǎn)。當(dāng)垂直偏振光入射時(shí)，全部通過(guò)起偏器。經(jīng)旋光器后，光軸旋轉(zhuǎn)450，恰與檢偏器透光軸一致而獲得低損耗傳輸。如果有反射光出現(xiàn)且反向進(jìn)入隔離器的只是與檢偏器光軸一致的那一部分光，經(jīng)旋光器被旋轉(zhuǎn)450

，變成水平線偏振光，正好與起偏器透光軸垂直，所以光隔離器能阻止反射光的通過(guò)。光環(huán)形器基本原理：工作原理等同于隔離器，光傳送順序：1234（三端口，四端口，多端口）主要特性：

插入損耗隔離度價(jià)格三端口光環(huán)行器四端口光環(huán)行器IsolatorsIsolator/couplerhybrids復(fù)合型Coupler和Isolator）2.1光調(diào)制器2.2光檢測(cè)器2.3光接收機(jī)第二部分光調(diào)制器和光檢測(cè)器2.1光調(diào)制器Modulators光調(diào)制器：實(shí)現(xiàn)從電信號(hào)到光信號(hào)的轉(zhuǎn)換光調(diào)制的分類：從光源調(diào)制角度看，有兩種方法實(shí)現(xiàn)光調(diào)制，其一，將調(diào)制信號(hào)直接注入激光器（調(diào)制激光器驅(qū)動(dòng)電流），而實(shí)現(xiàn)激光輸出光強(qiáng)度等參數(shù)的調(diào)制--內(nèi)調(diào)制或直接調(diào)制；其二，將調(diào)制信號(hào)控制激光器后接的外調(diào)制器，利用調(diào)制器的電光、聲光等物理效應(yīng)使其輸出光的強(qiáng)度等參數(shù)隨信號(hào)而變--外調(diào)制。按被調(diào)制光波的參數(shù)分：強(qiáng)度調(diào)制、相位調(diào)制、偏振調(diào)制等。直接調(diào)制和外調(diào)制Laser

DirectModulationofLaserDiodeBias+DATA

Issues--ComplexDynamicsYield

ExternalModulationofLaserDiodeLaserModulator

BiasBias+DATAIssues--AdditionalComponent光源的外調(diào)制技術(shù)調(diào)制信號(hào)不直接施加在LD上，而是施加在光調(diào)制器上。外調(diào)制技術(shù)分類：電光調(diào)制ElectroopticEffects電致吸收Electro-AbsorptionEffects磁光調(diào)制MagnetoopticEffects聲光調(diào)制AcousticModulators其中電光調(diào)制和電致吸收最為常用。電光效應(yīng)光調(diào)制器電光效應(yīng)：電壓施加于某些電光晶體(如LiNbO3)

，導(dǎo)致晶體折射率發(fā)生變化，引起通過(guò)該晶體的光波特性發(fā)生變化。折射率變化

n與外加電場(chǎng)E有著復(fù)雜的關(guān)系，可近似地認(rèn)為

n與(r

E

+R

E

2)成正比。電光調(diào)制器主要利用普科爾(Pocket)效應(yīng).普科爾(Pocket)效應(yīng)：晶體折射率與外加電場(chǎng)幅度成線形變化克爾(Kerr)效應(yīng)：晶體折射率與外加電場(chǎng)幅度的平方成比例變化2.1光調(diào)制器2.2光檢測(cè)器2.3光接收機(jī)第二部分光調(diào)制器和光檢測(cè)器光電轉(zhuǎn)換器件要求:高效率、低噪聲、寬帶原理：光吸收在半導(dǎo)體材料上，當(dāng)入射光子能量h

超過(guò)帶隙能量時(shí)，每當(dāng)一個(gè)光子被半導(dǎo)體吸收就產(chǎn)生一個(gè)電子—空穴對(duì)。在外加電壓建立的電場(chǎng)作用下，電子和空穴就在半導(dǎo)體中渡越并形成電流流動(dòng)，稱為光電流，其電流大小Ip與入射光功率Pin成比例：R—光電檢測(cè)器的響應(yīng)度（A/W）入射光半導(dǎo)體2.2光檢測(cè)器PIN光電二極管(1)在PN結(jié)間插入一層非摻雜或輕摻雜半導(dǎo)體材料，以增大耗盡區(qū)寬度w，提高響應(yīng)度的要求。由于PN結(jié)中間插入的半導(dǎo)體材料近似為本征半導(dǎo)體(Intrinsic)，因此這種結(jié)構(gòu)稱為PIN光電二極管。I區(qū)高阻抗,電壓基本都落在I區(qū)PIN光電二極管及反偏時(shí)各層的場(chǎng)分布雪崩光電二極管APDPIN:1個(gè)光子最多產(chǎn)生一對(duì)電子-空穴對(duì),無(wú)增益APD:利用電離碰撞,1個(gè)光子產(chǎn)生多對(duì)電子-空穴對(duì),有增益工作過(guò)程：入射光-------一對(duì)電子-空穴對(duì)(一次光生電流)--------------與晶格碰撞電離---------多對(duì)電子-空穴對(duì)(二次光生電流）吸收外電場(chǎng)加速增加了一個(gè)附加層，倍增區(qū)或增益區(qū)，以實(shí)現(xiàn)碰撞電離產(chǎn)生二次電子－空穴對(duì)。耗盡層仍為I層，起產(chǎn)生一次電子－空穴對(duì)的作用。1、倍增系數(shù)

M=Ip

/I0

IP--平均輸出電流，

I0--一次光生電流2、過(guò)剩噪聲因子F

在APD中，每個(gè)光生載流子不會(huì)經(jīng)歷相同的倍增過(guò)程，具有隨機(jī)性，這將導(dǎo)致倍增增益的波動(dòng)，這種波動(dòng)是額外的倍增噪聲的主要根源。通常用過(guò)剩噪聲因子F來(lái)表征這種倍增噪聲。APD倍增系數(shù)與過(guò)剩噪聲因子光檢測(cè)器的比較APD檢測(cè)器與PIN檢測(cè)器相比，具有載流子倍增效應(yīng)，其探測(cè)靈敏度特別高，但需要較高的偏置電壓和溫度補(bǔ)償電路。要視具體應(yīng)用場(chǎng)合而選定。2.1光調(diào)制器2.2光檢測(cè)器2.3光接收機(jī)第二部分光調(diào)制器和光檢測(cè)器2.3光接收機(jī)光信號(hào)光電變換前置放大主放大器均衡濾波判決器時(shí)鐘恢復(fù)輸出AGC電路性能指標(biāo):接收靈敏度、誤碼率或信噪比前端線性通道時(shí)鐘提取與數(shù)據(jù)再生（CDR）對(duì)信號(hào)進(jìn)行高增益放大與整形，提高信噪比，減少誤碼率。2.3.1光接收機(jī)的前端(1)前端：由光電二極管和前置放大器組成。作用：將耦合入光電檢測(cè)器的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為時(shí)變電流，然后進(jìn)行預(yù)放大（電流－電壓轉(zhuǎn)換），以便后級(jí)作進(jìn)一步處理。是光接收機(jī)的核心。要求：低噪聲、高靈敏度、足夠的帶寬電信號(hào)光信號(hào)光電變換前置放大2.3.1光接收機(jī)的前端(2)光檢測(cè)器的選擇：要視具體應(yīng)用場(chǎng)合而定。PIN光電二極管具有良好的光電轉(zhuǎn)換線性度，不需要高的工作電壓，響應(yīng)速度快。APD最大的優(yōu)點(diǎn)是它具有載流子倍增效應(yīng)，其探測(cè)靈敏度特別高，但需要較高的偏置電壓和溫度補(bǔ)償電路。從簡(jiǎn)化接收機(jī)電路考慮，一般情況下多喜歡采用PIN光電二極管作光探測(cè)器。前置放大器的主要作用是保持探測(cè)的電信號(hào)不失真地放大和保證噪聲最小.2.2.2光接收機(jī)的線性通道對(duì)主放輸出的失真數(shù)字脈沖進(jìn)行整形，使之成為有利于判決碼間干擾最小的升余弦波形。可根據(jù)輸入信號(hào)（平均值）大小自動(dòng)調(diào)整放大器增益，使輸出信號(hào)保持恒定。用以擴(kuò)大接收機(jī)的動(dòng)態(tài)范圍。提供高的增益，放大到適合于判決電路的電平。主放大器均衡濾波AGC電路2.2.3判決再生與時(shí)鐘提取任務(wù)：把線性通道輸出的升余弦波形恢復(fù)成數(shù)字信號(hào)為確定是“1”或是“0”，需要對(duì)某時(shí)隙的碼元作出判決。若判決結(jié)果為“1”，則由再生電路產(chǎn)生一個(gè)矩形“1”脈沖；若判決結(jié)果為“0”，則由再生電路重新輸入一個(gè)“0”。為了精確地確定“判決時(shí)刻”，需要從信號(hào)碼流中提取準(zhǔn)確的時(shí)鐘信息作為標(biāo)定，以保證與發(fā)送端一致。判決器時(shí)鐘恢復(fù)輸出判決、再生過(guò)程均衡器輸出波形時(shí)鐘再生后的信號(hào)判決電壓最佳取樣時(shí)間相應(yīng)于“1”和“0”信號(hào)電平相差最大的位置，可有眼圖決定。光接收機(jī)的靈敏度接收靈敏度：接收機(jī)工作于某一誤碼率所要求的最小平均接收光功率。靈敏度是光接收機(jī)的重要指標(biāo)，描述了其準(zhǔn)確檢測(cè)光信號(hào)的能力。誤碼率（BER）：接收機(jī)判決電路錯(cuò)誤確定一個(gè)比特的概率。噪聲引起誤碼的圖解說(shuō)明第三部分光放大器第三部分光放大器3.1光放大器概述

3.2摻鉺光纖放大器EDFA3.3半導(dǎo)體光放大器SOA3.4光纖拉曼放大器FRA3.1光放大器概述光放大器的出現(xiàn)，可視為光纖通信發(fā)展史上的重要里程碑。光放大器出現(xiàn)之前，光纖通信的中繼器采用光－電－光(O-E-O)變換方式。裝置復(fù)雜、耗能多、不能同時(shí)放大多個(gè)波長(zhǎng)信道，在WDM系統(tǒng)中復(fù)雜性和成本倍增光放大器（O-O）多波長(zhǎng)放大、低成本光放大器的原理光放大器的功能：提供光信號(hào)增益，以補(bǔ)償光信號(hào)在通路中的傳輸衰減，增大系統(tǒng)的無(wú)中繼傳輸距離。在泵浦能量（電或光）的作用下，實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)（非線性光纖放大器除外），然后通過(guò)受激輻射實(shí)現(xiàn)對(duì)入射光的放大。光放大器是基于受激輻射或受激散射原理實(shí)現(xiàn)入射光信號(hào)放大的一種器件。其機(jī)制與激光器完全相同。光放大器的類型利用稀土摻雜的光纖放大器（EDFA、PDFA）利用半導(dǎo)體制作的半導(dǎo)體光放大器（SOA）利用光纖非線性效應(yīng)制作的非線性光纖放大器（FRA、FBA）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(wú)好半導(dǎo)體光放大器粒子數(shù)反轉(zhuǎn)電100m~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)千米好容易大好光放大器的應(yīng)用線路放大(In-line)：周期性補(bǔ)償各段光纖損耗功率放大(Boost)：增加入纖功率,延長(zhǎng)傳輸距離前置預(yù)放大(Pre-Amplify):提高接收靈敏度局域網(wǎng)的功率放大器：補(bǔ)償分配損耗，增大網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)3.2摻鉺光纖放大器EDFA摻雜光纖放大器利用摻入石英光纖的稀土離子作為增益介質(zhì)，在泵浦光的激發(fā)下實(shí)現(xiàn)光信號(hào)的放大，放大器的特性主要由摻雜元素決定。工作波長(zhǎng)為1550nm的鉺(Er)摻雜光纖放大器(EDFA)工作波長(zhǎng)為1300nm的鐠(Pr)摻雜光纖放大器(PDFA)工作波長(zhǎng)為1400nm的銩(Tm)摻雜光纖放大器(TDFA)目前，EDFA最為成熟，是光纖通信系統(tǒng)必備器件。摻鉺光纖放大器給光纖通信領(lǐng)域帶來(lái)的革命EDFA解決了系統(tǒng)容量提高的最大的限制——光損耗補(bǔ)償了光纖本身的損耗，使長(zhǎng)距離傳輸成為可能大大增加了功率預(yù)算的冗余，系統(tǒng)中引入各種新型光器件成為可能支持了最有效的增加光通信容量的方式-WDM推動(dòng)了全光網(wǎng)絡(luò)的研究開(kāi)發(fā)熱潮摻鉺光纖放大器優(yōu)點(diǎn)工作頻帶正處于光纖損耗最低處(1525-1565nm)；頻帶寬，可以對(duì)多路信號(hào)同時(shí)放大-波分復(fù)用；對(duì)數(shù)據(jù)率/格式透明，系統(tǒng)升級(jí)成本低；增益高(>40dB)、輸出功率大(~30dBm)、噪聲低(4~5dB)；全光纖結(jié)構(gòu)，與光纖系統(tǒng)兼容；所需的泵浦功率低。EDFA的工作原理EDFA采用摻鉺離子單模光纖為增益介質(zhì)，在泵浦光作用下產(chǎn)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，在信號(hào)光誘導(dǎo)下實(shí)現(xiàn)受激輻射放大。Inputsignal1530nm-1570nmAmplifiedoutputsignalPowerlaser(Pump)980nmor1480nmFibercontainingerbiumdopant信號(hào)光與波長(zhǎng)較其為短的光波(泵浦光)同沿光纖傳輸，泵浦光的能量被光纖中的稀土元素離子吸收而使其躍遷至更高能級(jí)，并可通過(guò)能級(jí)間的受激發(fā)射轉(zhuǎn)移為信號(hào)光的能量。信號(hào)光沿光纖長(zhǎng)度得到放大，泵浦光沿光纖長(zhǎng)度不斷衰減。EDFA中的Er3+能級(jí)結(jié)構(gòu)泵浦波長(zhǎng)可以是520、650、800、980、1480nm波長(zhǎng)短于980nm的泵浦效率低，因而通常采用980和1480nm泵浦。鉺離子簡(jiǎn)化能級(jí)示意圖吸收泵浦光快速非輻射躍遷光放大受激輻射基態(tài)能帶泵浦能帶980nm1480nm亞穩(wěn)態(tài)能帶1550nm摻鉺光纖放大器的基本結(jié)構(gòu)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。三種泵浦方式的EDFALD2WDM2EDFAPCAPCinoutLD1WDM1LDWDMEDFAPCAPCinoutLDWDMEDFAPCAPCinout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(wú)關(guān)三種泵浦方式的EDFA性能比較泵浦效率=輸出功率/泵浦功率噪聲同向泵浦61%同向泵浦式摻餌光纖放大器的噪聲系數(shù)最小，反向泵浦式摻鉺光纖放大器的噪聲最大，雙向介于中間反向泵浦77%雙向泵浦76%MultistageEDFA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。RemotePumping一、光放大器的增益增益G是描述光放大器對(duì)信號(hào)放大能力的參數(shù)。定義為：G與光放大器的泵浦功率、摻雜光纖的參數(shù)和輸入光信號(hào)有很復(fù)雜的關(guān)系。輸出信號(hào)光功率輸入信號(hào)光功率小信號(hào)增益G＝30dB時(shí)，增益對(duì)輸入光功率的典型依存關(guān)系輸入光功率較小時(shí)，G是一常數(shù)，即輸出光功率PS,OUT與輸入光功率PS,IN成正比例。G0光放大器的小信號(hào)增益。G0飽和輸出功率：放大器增益降至小信號(hào)增益一半時(shí)的輸出功率。3dBPout,sat當(dāng)PS,IN增大到一定值后，光放大器的增益G開(kāi)始下降。增益飽和現(xiàn)象。飽和區(qū)域增益G與輸入光波長(zhǎng)的關(guān)系增益譜G(

)：增益G與信號(hào)光波長(zhǎng)的關(guān)系。光放大器的增益譜不平坦。對(duì)于給定的放大器長(zhǎng)度（EDF長(zhǎng)度），增益隨泵浦功率在開(kāi)始時(shí)按指數(shù)增加，當(dāng)泵浦功率超過(guò)一定值時(shí)，增益增加變緩，并趨于一恒定值。小信號(hào)增益隨泵浦功率而變的曲線小信號(hào)增益隨放大器長(zhǎng)度而變的曲線當(dāng)泵浦功率一定時(shí)，放大器在某一最佳長(zhǎng)度時(shí)獲得最大增益，如果放大器長(zhǎng)度超過(guò)此值，由于泵浦的消耗，最佳點(diǎn)后的摻鉺光纖不能受到足夠泵浦，而且要吸收已放大的信號(hào)能量，導(dǎo)致增益很快下降。因此，在EDFA設(shè)計(jì)中，需要在摻鉺光纖結(jié)構(gòu)參數(shù)的基礎(chǔ)上，選擇合適的泵浦功率和光纖長(zhǎng)度，使放大器工作于最佳狀態(tài)。二、放大器的噪聲所有光放大器在放大過(guò)程中都會(huì)把自發(fā)輻射（或散射）疊加到信號(hào)光上，導(dǎo)致被放大信號(hào)的信噪比（SNR）下降，其降低程度通常用噪聲指數(shù)Fn來(lái)表示，其定義為：主要噪聲源：放大的自發(fā)輻射噪聲（ASE），它源于放大器介質(zhì)中電子空穴對(duì)的自發(fā)復(fù)合。自發(fā)復(fù)合導(dǎo)致了與光信號(hào)一起放大的光子的寬譜背景。AmplifiedSpontaneousEmissionEDFA放大1540波長(zhǎng)信號(hào)時(shí)產(chǎn)生的影響ASE噪聲疊加在信號(hào)上，導(dǎo)致信噪比下降。寬譜光源三、

EDFA的多信道放大特性EDFA的增益對(duì)不同波長(zhǎng)的信號(hào)的增益是有區(qū)別的，也就是說(shuō)EDFA的增益是不平坦的。在系統(tǒng)應(yīng)用中應(yīng)予以控制—增益平坦技術(shù)EDFA對(duì)信道的插入、分出或無(wú)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。在系統(tǒng)應(yīng)用中應(yīng)予以控制--增益鉗制。EDFA的級(jí)聯(lián)特性信道間增益競(jìng)爭(zhēng)，多級(jí)級(jí)連使用導(dǎo)致“尖峰效應(yīng)”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

21.

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(xiě)入長(zhǎng)周期光纖光柵、周期調(diào)制的雙芯光纖