半导体放大器 光纤放大器
非线性光放大器 EDFA
要点
２、EDFA的结构与分类
泵浦光源 掺铒光纤 光隔离器 波分复用器 光滤波器
同向泵浦结构ＥＤＦＡ 反向泵浦结构ＥＤＦＡ 双向泵浦结构ＥＤＦＡ
要点
３、EDFA的工作原理
在泵浦光的照射下，掺铒光纤处于粒子数反转 的状态，接收到光子后产生受激辐射，实现了 对光的放大。
光纤网的关键器件。
4.3 系统接收机预放
•
如果用光滤波器，EDFA的低噪声将极大改善直接检测式接收机灵敏
度，可改善约10dB，接近或超过相干光接收机的最好水平。
96亿美圆
7.5亿美圆 2亿美圆
EDFA
FRA SOA
美国CIBC worrld market公司对2004年光放大器市场预测
要点
１、光放大器的分类
1.3.1 掺铒光纤放大器原理图
泵浦光
掺铒光纤
耦合器 输入信号 980/1550nm WDM
光隔离器 输出信号
1.3.2 EDFA
• EDFA工作在波长1550nm，与光纤的低损耗波段一致，是最具吸引力的和最成 熟的光纤放大器。
• EDFA优点：
EDFA优点
• 1. • 2. • 3. • 4. • 5.
2 EDFA的结构和部件
• 一台实用的EDFA由光路和辅助电路组成。 • 光路部分：
掺铒光纤、泵浦光源、合波器、光隔离器、光滤波器等；
• 辅助电路： 电源、微处理自动控制和告警及保护电路
2.1 EDFA的泵浦源和泵浦方式
• EDFA的另一核心是泵浦源，它为信号放大提供足够的能量，使物质达到粒子 数反转分布的必要条件。
O/E
E/O
缺点：1、设备复杂。 2、稳定性可靠性不够。 3、不利于波分复用。 4、光电转换限制通信的容量。
未来全光网络（AON）的发展趋势：光复用、光交换、光 路由，所以必须在光传输上实现全光化。
光放大器：直接在光域进行放大。
发展历程：
80年代中、后期SOA的研究为主；
90年代EDFA获得巨大成功，成为光纤通信系统必不可少的器件。
4.1 发射机末级光功率放大器
• 可直接接在激光二极管后，将信号放大到10dBm上，而不恶化信号。 • 图示：
4.2 系统线路放大器
• 直接接入光传输链路线路中，作为在线放大器，或光中继器取代光-电-光中 继器，实现光-光放大。
• 结构如图示 • 这种线路放大器是全光通信系统和全光网络的关键器件，也是长距离和CATV
Erbium-doped fiber amplifier (EDFA)
0.2 放大器的形式
• 利用光纤非线性效应制作的常规光纤放大器，如：喇曼放大器； • 利用半导体制作的半导体放大器； • 利用稀土掺杂的光纤放大器
0.3 几种类型放大器的比较
0.4
常用光放大器及其工作波段
1、半导体放大器（SOA） 2、光纤拉曼放大器（FRA） 3、掺铒光纤放大器（EDFA） 4、掺镨光纤放大器（PDFA）
损耗
1310nm
1550nm
波长
PDFA
EDFA
SOA
FRA
1.1 常规光纤放大器
• 所谓常规光纤放大器：用传输光纤制作的放大器，这种光纤放大器是利用光 纤的非线性光学效应产生增益机制从而对光信号放大。
• 特点：传输线路和放大线路同为一体 (都是光纤）
不足：单位长度的增益系数很低，需要很高的泵浦功率，不利于在高速大容 量光纤通信系统中使用。
EDFA的三种结构方式3、双向泵源自方式合波器光隔离器
泵浦光源
光隔离器
光滤 波器
泵浦光源
3 EDFA工作原理
• 在泵浦光的照射下，掺铒光纤处于粒子数反转的状态，接收到光子后产生受 激辐射，实现了对光的放大。
4 EDFA在光纤通信中的应用形式
• EDFA主要有三种应用方式： • 发射机末级光功率放大； • 线路（在线）放大器； • 接收机预放。
第八讲
光放大器
2004.10.26
λ１
光发送
λ
O 光发送２ M
U
λX
光发送Ν
后置放大
DWDM工作原理
λ１，λλ２……λΝ
２
OA
λ２
λ１
光接收
O λ２
D
光接收
M
U X
λΝ
光接收
DWDM光纤传输系统
前置放大
内容提要
• １、光放大器的形式（分类） • ２、EDFA的结构与部件 • ３、EDFA的工作原理 • ４、EDFA在光纤通信中的应用形式
0.1 序
• 光放大器的出现，可视为光纤通信发展史上的重要的里程碑。 • 在光纤放大器出现之前，光纤通信的中继器无一例外的采用光/电/光变换的
方式，导致通信系统的复杂化，进而系统效率降低 • 因此人们一直致力于全光型中继器的研制，出现了很多种光放大器。
0.1 传统放大技术的缺陷
放大 整形 判决再生
四、缺点： 1、与光纤耦合困难。 2、对光的偏振特性敏感。 3、 噪声及串扰大。
1.3 稀土掺杂光纤放大器
• 利用光纤中稀土掺杂物质引起的增益机制实现光放大。
• 典型代表:
• 工作波长为：
•
1550nm的铒[Er]掺杂光纤放大器EDFA
•
1300nm的镨[Pr]掺杂光纤放大器PDFA
•
1400nm的铥[ T ]掺杂光纤放大器TDFA
• 1.已经商用化的是EDFA，其大量用于通信系统；
• 2.PDFA的放大波段在1300nm与G-652光纤的零点色散相吻合，在已建立的 1.3um通信系统中有着巨大的应用市场；但因掺镨光纤的机械强度和与普通 光纤熔接困难等因素，目前尚未获得广泛商业应用。
• 3.工作在1.4um的掺铥光纤放大器（TDFA）为传输开辟了新的波长段资源， 它和EDFA组合可以实现超宽带合波传输。
• 泵浦源直接决定EDFA的性能，所以要求泵浦工作必须稳定可靠、寿命长；
2.2 EDFA的三种结构方式
１、 同向泵浦方式
合波器
光隔离器
泵浦光源
优点：噪声小 缺点： 输出光功率不大
光隔离器
滤波器
EDFA的三种结构方式
２、反向泵浦方式
合波器
光隔离器
优点：输出光功率大 缺点：噪声大
光隔离器
光滤波 器
泵浦光源
常规光纤放大器原理图
耦合 器件
光输入 信号
激活物质
泵浦 源
耦合 器件
放大光 信号
1.2 半导体光放大器
一、工作原理：
在电泵浦源的作用下，半导体材料发生粒子数反转，当遇到 外来光子激励时，产生受激辐射，对光的能量进行放大 。
二、放大波段：
1300nm-1600nm
三、 优点： 1、 覆盖1310nm和1550nm 的窗口范围。 2、充分利用激光器技术，工艺成熟，便于集成。