增益平坦度是在额定波长范围内，某一输入光功率下， EDFA最大增益与最小增益之差。
增益不平坦的成因
掺铒光纤的增益谱不平坦是造成EDFA增益不平坦的根本 原因。纤长L的掺铒光纤放大器增益为： G=exp{[g*n2-a(1-n2)]L} 其中n2是离子反转度，g是铒纤的增益系数，a是铒纤的 吸收系数。由于增益系数和吸收系数是波长的函数，因此 对不同波长的输入光，信号增益是不同的。
Timeline of milestones in optical amplifier development – 2
• 1970 Mass production of quality optical fiber perfected by Corning • 1987 Erbium-doped fibers simultaneously developed at University of Southampton and AT&T • 1989 First EDFA product introduced by Oki Electric • 1989 First SOA product introduced by BT&D Technologies (now Agilent) • 1999 First EDWAs products introduced by MOEC and Teem Photonics • 2001 Raman amplifiers begin wider application
EDFA-BA系列 EDFA-LA系列 EDFA-PA系列 EDFA-TV系列 EDFA-MW系列
通道数 EDFA 控制 形式 波长范围
EDFA-MD系列
EDFA-GW系列 EDFA-GC系列 EDFA-MC系列
客户类型
• 系统设备制造商
纯光模块、光电模块和整机
• 系统集成商
整机
• 系统运营商
整机
信 号 增 益 （ ）
dB 1525 1535 1545 1555 1565 输入信号波长（nm）
EDFA的主要特性－－2
输 出 （ 信 号 功 ） 率
15 10 5 -30 -20 -10 0 输入信号功率Pin（dBm）
dBm
Pout
EDFA的主要特性－－3
信 号 增 益 （ dB ） -30 -20 -10 0 输入信号功率Pin（dBm）
EDFA特点
• • • • • • • 工作在1550nm波长窗口，有效带宽>30nm 与光纤耦合非常容易； 高增益（小信号增益>40dB）； 高饱和输出功率（最大输出功率>27dBm）； 低噪声指数（噪声指数<4.0dB）； 与偏振不敏感； 与待放大光信号的速率无关、与信号数据格式无关。
EDFA的主要特性－－1
掺铒光纤放大器
目录
• • • • • 绪论 EDFA的基本原理和结构 EDFA的应用 市场和产品线 应用实例
绪论
• 世界光放大器的发展历史 • 光迅光放大器的发展历史 • 光放大器的种类和各自的特点
Timeline of milestones in optical amplifier development - 1
掺铒纤
泵浦激光器
耦合器 隔离器
PIN管
连接器
安全防护事项
激光辐射：由于从EDFA出来的是不可见光（1550波段）， 而且输出功率最大可到27dBm,切记不要肉眼直视或人体接 触EDFA的输出口，以免造成人体伤害。
ESD（静电防护）：EDFA内部集成了很多静电敏感器件， 如泵浦激光器，PIN管，电子元器件。在生产，运输和生 产时要注意ESD的防护。
铒离子的能级图
4F 9/2 4I 9/2 4I 11/2
800nm 980nm
4I 13/2
1.48mm Gain
N2
4I 15/2
N1
EDFA的基本结构
光输入端 Coupler ISO2 光输出端 FC/PC
FC/PC
ISO1
WDM
EDF
Coupler
PIN
PUMP-LD 控制单元
PIN
监控接口
EDFA系统应用
• • • • 单波长数字传输系统 模拟CATV系统 密集波分复用（DWDM）系统 接入网、城域网等其他1550nm窗口的通信系统
EDFA的基本应用
端站
TM
中继站
REG O－E－O中继
端站
TM
端站
端站
TM
EDFA
O－O中继
TM
单波长数字通信系统
Tx
BA
Rx
Tx
BA
LA
Rx
Tx
BA
谢谢大家!!!
DWDM系统波长范围划分
C-band Blue-band Red-band
L-band
1530
1540
1550
1560
1570
1580
1590
1600
增益平坦度
Gain (dB)
Gmax Delta G Gmin
Wavelength (nm)
Gain Flatness = Gmax - Gmin
40
EDFA的主要特性－－4
噪 声 指 数 （ dB ）
7.0
6.0
5.0
4.0 -40 -30 -20 -10 0 输入信号功率Pin（dBm）
EDFA性能参数
输入功率范围（output power range） 输出功率范围（input power range） 功率波长带宽（power wavelength band） 噪声指数（Noise Figure (NF)） 偏振相关增益（Polarization-Dependent Gain (PDG)） 反向ASE功率（reverse Amplified Spontaneous Emission(ASE) power level） 光回损（ Optical Return Loss(ORL)） 输入端泵浦泄漏（pump leakage input） 输出端泵浦泄漏（pump leakage output） 输入端最大允许回损（maximum ORL tolerable at input） 输出端最大允许回损（maximum ORL tolerable at output） 最大输出功率（maximum total output power） 小信号增益（small-signal gain）
EDFA的主要光学器件
• • • • • • • 掺铒光纤（EDF）：能量转换的介质。 泵浦激光器（Pump）：提供能量。 光电探测器（PIN）：把光信号转换成电信号。 波分复用器（WDM）：用于不同波长的信号合波或分波。 耦合器（Coupler）：用于分光做输入输出的功率监控。 隔离器（ISO）：抑制反向的ASE， 光纤连接器
• 1923 Spontaneous Raman scattering predicted by A. Smekal • 1928 Spontaneous Raman effect observed by C.V.Raman at University of Calcutta • 1953 First reference to optical amplification using semiconductor by Von Neumann • 1962 Stimulated Raman effect observed • 1962 Proposal for optical amplifier first published • 1964 Fiber amplifier first demonstrated by American Optical Company • 1970 First continuous operation of diode laser at room temperature, simultaneously published – AT&T and loffe institute, USSR
RX
EDFA
EDFA
ห้องสมุดไป่ตู้
EDFA
Power Amp
Line Amp
PreAmp
EDFA在DWDM系统中的应用
• EDFA的发展大大促进了DWDM系统的实用化 • ITU－T G.692规定的41个标准波长对应于EDFA的放大波长 区域 • DWDM系统对EDFA有新的要求：增益平坦和增益锁定 • EDFA在DWDM系统中的级联 • 最新试验表明EDFA可以同时放大100多个波长的信号
增益曲线和自泵浦效应
信号光在掺铒光纤中传播，短波长的增益会向长波 长转移。 对某一EDFA，输入光功率越大，自泵浦效应越明显； 泵浦功率越大，自泵浦效应越弱。
C-BAND L-BAND
Gain
Wavelength
增益不平坦的危害
• 在DWDM系统中，各信道增益的差别造成增益的不平坦性。 当EDFA在系统级联使用时，由于此不平坦性的积累，会使 增益较低信道的光信噪比迅速恶化，从而影响系统性能。 • 增益不平坦性造成接受端各信道功率差异，有可能超出接 收机工作范围。 • 增益不平坦性造成高增益信道发生非线形效应机会增加。
1565
增益平坦滤波器
薄膜滤波器 马赫—策恩德滤波器 声光可调滤波器（ATOF） 长周期光纤光栅（LPG） Chirped Fiber Grating Dynamic Gain Equalizer
GFF带来的问题
• 增益平坦滤波器是衰耗掉高增益波长区的一部分功率来求 得增益均衡，这样就降低了输出功率和增益。 • 额外的功率要用更大的泵浦激光器来产生，消耗更多的功 率。 • 使噪声指数受到影响。 • GFF的位置要兼顾增益和噪声指数，使EDFA的光学结构变 得更复杂。