2.掺杂光纤放大器 (DFA) 利用稀土金属离子 (铒) 作为激活工作物质的一种放大器
3.喇曼光纤放大器 利用普通 光纤的非线性效应
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2、掺杂光纤放大器及其放大特性
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光放大器的工作原理
(2) 受激辐射 (1) 能量注入
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Single-wavelength: 40 Gb/s
TETRETREMTREMTREMTREMTREMTRTEMR1ERTMR3P1RETM1RT3P1REMT01RRT3P1REMT01RRT3P1REMT01RRTP31REMT01RRT3P1REMT01RRT3P1REM0R1RRT31P1RM0R13PRRPT131M01RTP3R1RTP131010RRTR3PR1TP13101R0RTR3PR1TP13101R0RRTP3R1TP131010RRTR3PR1TP13101R0RRT3PR1TP13101R0RRT3P1TPR31101R0RPTR13TR1P310RR01TPR31R1T3P10RR1TP031RR1TP310R1RT0P31RR1T3P10RR1TP031RR1TP310RR1T0P31RR1TP310RR1TP031RR1T3P10R1TP0R31RTP13R01R1T0RP31RT1R3P0R110RT3PR11RT3P011RRT3P101RRT3P011RRTP3101RRT3P011RRT3P101RRT3P101RRT3P101RRTP3011RRTP3101RRT3P011RT3P0R1RT3P1R01R1T0R1P3RT1RP03R101RTP3R1RT1P3101RRT3P0R1R1TP3101RRTP30R1RT1P3101RRT3P01RR1TP3101RRT3P0R1RT1P3101RRT3P0R1RT1P3101RT3PR0R1TP31R011RT0RPR3T11R3P01RR1T0PR311RT3P10RR1TP3011RRTP310RR1TP3011RRTP310RR1TP3011RRTP310RR1TP3011RRTP310RR1TP3011RRTP310R1TP30R1RTP31R01R1T0R3P1RT1RP30R110RT3PR11RTP3101RRT3P011RRTP3101RRTP0311RRTP3101RRTP3011RRTP3101RRTP031R1RTP3101RRTP3011RRTP3101RT3P0R1RTP31R101RT0RP3R1T1R3P10R10RT3PR11RTP3101RRTP3011RRT3P101RRTP3011RRT3P101RRT3P011RRT3P101RRT3P011RRT3P101RRTP3011RRT3P101RT3P0R1RTP3101RT0R1TP3RT10R01ERTT3PR10R1ERRTT3P10R1ERMRTTP310REM1RRTT3P10R1ERMRTT3P10R1ERMRTTP310R1EMRTT3P0R1TRMET0ETRRMRETMREMTREMTREMTREMTREMTREMRMM
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放大的自发发射噪声 （ASE）
1550nm 光信号输入
泵浦光输入 （1480nm 或 980nm）
掺铒光纤（EDF）
放大的自发发射噪声 （ASE）
1550nm 光信号输出
Gain>Loss
Gain<Loss
泵浦光输出
透明点 （Gain=Loss）
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光放大器与激光器的唯一区别就是光放大器没有正反馈机制
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掺铒光纤放大 器
EDFA：Erbium－Doped Fiber Amplifier
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掺铒光纤放大器的发展历程
• 1964年报道了掺杂光纤放大器的研究； • 此后的25年间，缺乏很好的有源光纤、泵浦光源； • 1989年英国南安普顿大学研制出掺铒光纤放大器，
OC-48 OC-48 OC-48
OC-48 OC-48 OC-48
OC-48 OC-48 OC-48
OC-48 OC-48 OC-48
OC-48 OC-48 OC-48
OC-48
Commercially Available Now: ~160 wavelengths x 10Gbps ~1.6T b/s
Amplified Signal 1550 nm
基态
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铒离子在外界泵浦光的作用
下 激发态
粒子数反转产生自发辐射
产生噪声
亚稳态
Pump Photon 980 or 1480 nm
NO SIGNAL PHOTON 1550 nm
Spontaneous Emission Around 1550 nm
• 如何加长传输距离 –光-电-光中继 –相干光通信，提高接收灵敏度 –直接光放大
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传统的光-电-光中继
O－E－O Regenerator Optical fiber
Optical fiber
1
PD
LD
1
对每一波长要分别处理，不适WDM系统； 由于电的参与，处理速度受到限制；
第六章光纤无源及有源器件
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1、引言
六、掺铒光纤放大器
光纤放大器——光通信技术的发展的必然
• 光通信的发展历程 ——扩大容量，增长距离 • 光纤通信的容量有多大？ • 光纤中光信号能传多远？ • 全光放大器给光纤通信领域带来的革命
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OA
120 km
OA
120 km
OA
120 km
OC-48 OC-48 OC-48 OC-48
OA
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Optical Amplifiers and WDM - 10 Gb/s
4 fibers 1 fiber; 12 regenerators 1 optical amplifier
OC-48
OC-48
OC-48
OC-48
OC-48
OC-48
OC-48
OC-48
OC-48 Optical
OC-48
OC-48 OC-48
AmplifierOC-48Fra bibliotekOC-48
OC-48
OC-48
16-wavelength WDM: 40 Gb/s
16 fibers 1 fiber 48 regenerators 1 optical amplifier
基态
基态
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铒离子在外界信号光的作用
下 激发态
引起铒离子受激吸收跃迁
信号光吸收
亚稳态
No Pump Photon 980 or 1480 nm
基态
SIGNAL PHOTON 1550 nm
Attenuated Signal 1550 nm
基态
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在较短的光纤内（15m），使信号放大1000倍 （30dB）。
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铒离子在硅基石英光纤中的能级分布
2H11 2 4S3 2 2F9 2 4I9 2 4I11 2
4I13 2
514nm 532nm 667nm 800nm 980nm
1480nm 1600nm(?)
• 800nm：可由半导体激光器产生，但会产生激发态吸收，基态 的粒子泵浦到激发态后，不是弛豫到亚稳态，而是在吸收泵 浦光后，向更高的能级跃迁，消耗泵浦光功率。
• 980nm：铒离子相当于三能级系统完全的粒子数反转，噪声特 性好，但泵浦效率不高；
• 1480nm：铒离子相当于二能级系统完全的粒子数反转，泵浦 效率高，但噪声特性也变差。
光纤通信的容量有多大
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如何提高数据率 电复用 光复用 波分复用 (WDM) 光时分复用 (OTDM)
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光纤中光信号能传多远
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• 普通单模光纤的损耗谱 窗口： 1.3m， ~0.4dB/km; 1.55 m, ~ 0.25dB/km 全波光纤，1.3~1.5 m
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前向泵浦方式 隔离器
WDM
输入信号 泵浦激光器
后向泵浦方式
EDF 隔离器 输入信号
隔离器 EDF 输入信号
WDM 隔离器
泵浦激光器
输入信号
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双向泵浦方式 隔离器
EDF
WDM
隔离器
输入信号 泵浦激光器
泵浦激光器
输入信号
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选择1480nm或980nm作为泵浦光波长
• 980nm泵浦
• 1480nm泵浦
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完全粒子数反 转
低的粒子数反 转
噪声小、效率 低
量子效率高、噪声大 。
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选择1480nm或980nm作为泵浦光波长，掺铒光纤放大器的特性对比
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