1、第4章光放大器与光纤激光器010203044.1光放大器4.2掺铒光纤放大器4.3光纤拉曼放大器4.4光纤激光器 4.1光放大器PART 014.1.1增益和增益带宽4.1.2增益饱和4.1.3噪声指数内容图光放大器4.1.1增益和增益带宽GPout/Pinoutin(dB)10lgPGP 增益带宽是指光放大器有效的频率（或波长）范围，通常指增益从最大值下降3dB时对应的波长范围。增益增益G是描述光放大器对信号放大能力的参数，定义为输出是描述光放大器对信号放大能力的参数，定义为输出光功率与输入光功率之比。光功率与输入光功率之比。4.1.2增益饱和 光光放大器的输入光功率范围有一定的要求，当输入
2、光放大器的输入光功率范围有一定的要求，当输入光功率大于某一阈值时，就会出现增益饱和现象。增益饱和是功率大于某一阈值时，就会出现增益饱和现象。增益饱和是指输出功率不再随输入功率增加而增加或增加很小。指输出功率不再随输入功率增加而增加或增加很小。4.1.3噪声指数 光光放大器噪声指数（放大器噪声指数（NF）的定义为光放大器输入、）的定义为光放大器输入、输出端口信噪比（输出端口信噪比（SNR）的比值）的比值inoutSNRNFSNR 4.2掺铒光纤放大器PART 024.2.1掺铒光纤放大器的构成4.2.2掺铒光纤放大器的工作原理及特性4.2.3 掺铒光纤放大器的设计4.2.4 掺铒光纤放大器的测试
3、内容4.2.5掺铒光纤放大器的应用4.2.1掺铒光纤放大器的构成图图掺铒光纤放大器的光学结构图掺铒光纤放大器的光学结构图4.2.2掺铒光纤放大器的工作原理及特性图铒离子能级图1234带宽输出功率噪声系数4.2.2掺铒光纤放大器的工作原理及特性增益4.2.2掺铒光纤放大器的工作原理及特性 对应用于最大输出功率的饱和EDFA（称为功率放大器），可定义功率转换效率为outinoutssspininsppPCE1PPPPPinpspins()1PPG4.2.2掺铒光纤放大器的工作原理及特性饱和输入功率和饱和输出功率的关系可表示为outin sat satmax(dBm)(dB)3dBPPG4.2.2掺
4、铒光纤放大器的工作原理及特性 为自发辐射或粒子数反转因子，其定义是 ASEspASEopt()()1Sfh nG fP2sp211nnnn4.2.2掺铒光纤放大器的工作原理及特性spininoutout121SNR()NF=SNR()nGS NS NG噪声系数反映输入信号通过噪声系数反映输入信号通过EDFA后信噪比（后信噪比（SNR）的恶化）的恶化程度，可表示为程度，可表示为4.2.2掺铒光纤放大器的工作原理及特性图 EDFA的噪声系数谱特性4.2.3 掺铒光纤放大器的设计（b）参数设置（一）参数设置（一）4.2.3 掺铒光纤放大器的设计（b）参数设置（一）参数设置（一）4.2.3 掺铒光纤放
5、大器的设计（c）参数设置（二）（d）参数设置（三）图4-9软件界面及参数设置测试方法1.内插法2.偏振消光法4.2.4 掺铒光纤放大器的测试4.增益噪声法（也称光脉冲探针法）3.脉冲法（时域消光法）4.2.4 掺铒光纤放大器的测试1.1.内插法内插法图图内插法的测试原理内插法的测试原理4.2.4 掺铒光纤放大器的测试2.2.偏振消光法偏振消光法图图偏振消光法测试系统框图偏振消光法测试系统框图4.2.4 掺铒光纤放大器的测试3.3.脉冲法（时域消光法）脉冲法（时域消光法）图图脉冲法测试系统框图脉冲法测试系统框图4.2.4 掺铒光纤放大器的测试4.4.增益噪声法（也称光脉冲探针法）增益噪声法（也称
6、光脉冲探针法）图图增益噪声法测试系统框图增益噪声法测试系统框图 表表4-1各种各种EDFA测试方法的性能比较测试方法的性能比较 测试方法测试方法精精度度测试重测试重复性复性优点优点缺点缺点1内插法差好测试简单，插入损耗小插补带来的误差不能确定，对WDM的测试误差大，可用于测试分布式拉曼光放大器2偏振消光法普通差ASE直接测试每次测试需调整其偏振态，实用性差3脉冲法差好ASE直接测试，插入损耗小信号光与ASE的电平差所带来的测试误差很大4光脉冲探针法好好可测试WDM信号的NF，ASE直接测试，精度高插入损耗大，系统成本高应用1.功率放大器2.线路放大器3.前置放大器4.2.5掺铒光纤放大器的应用
7、 4.3光纤拉曼放大器PART 034.3.1光纤拉曼放大器的工作原理4.3.2光纤拉曼放大器的结构和特点4.3.3光纤拉曼放大器的应用内容4.3.1光纤拉曼放大器的工作原理4.3.2光纤拉曼放大器的结构和特点FRA的特点的特点（1）拉）拉曼其曼其对于开发光纤的整个低损耗区具有无可替代的作用。对于开发光纤的整个低损耗区具有无可替代的作用。（2）增益介质为传输光纤本身，与光纤系统具有良好的）增益介质为传输光纤本身，与光纤系统具有良好的兼容性。兼容性。（3）串扰小，温度稳定性好，噪声指数低。）串扰小，温度稳定性好，噪声指数低。（4）FRA饱和功率高，增益谱调整的方式直接且多样，放大作用的时间短，饱
8、和功率高，增益谱调整的方式直接且多样，放大作用的时间短，可实现对超短脉冲的放大可实现对超短脉冲的放大。4.3.2光纤拉曼放大器的结构和特点4.3.3光纤拉曼放大器的应用（1）扩大系统容量）扩大系统容量。（2）提高频谱利用率和系统传输速率）提高频谱利用率和系统传输速率。（3）增大无中继传输距离）增大无中继传输距离。（4）补偿色散补偿光纤（）补偿色散补偿光纤（DCF）的损耗）的损耗。（5）通信系统升级。）通信系统升级。4.3.3光纤拉曼放大器的应用（1）泵浦）泵浦光从信号光的输入端反向输出，这与我们平时维护的其他设备完全光从信号光的输入端反向输出，这与我们平时维护的其他设备完全不同。不同。（2）后
9、向泵浦光功率一般很高）后向泵浦光功率一般很高，如果，如果FRA没有断开，没有断开，100km之外的光时域分析之外的光时域分析仪（仪（OTDR）的光检测器件完全可能被烧毁。）的光检测器件完全可能被烧毁。（3）裸眼短时间可忍受的激光功率为）裸眼短时间可忍受的激光功率为1mW，400mW的漫反射光有可能对人眼的漫反射光有可能对人眼造成造成伤害。伤害。（4）连接）连接FRA的尾纤端面要求为的尾纤端面要求为APC或更低反射损耗端面，而且要保证端面清或更低反射损耗端面，而且要保证端面清洁，否则会烧毁尾纤，尾纤的弯曲半径过小同样会烧毁尾纤。洁，否则会烧毁尾纤，尾纤的弯曲半径过小同样会烧毁尾纤。（5）接近）接
10、近FRA端至少端至少25km内的光缆固定熔接点要求熔接质量良好，否则会烧内的光缆固定熔接点要求熔接质量良好，否则会烧坏熔接点或者降低坏熔接点或者降低FRA的增益。的增益。4.4光纤激光器PART 044.4.1光纤激光器的工作原理及分类4.4.2光纤激光器的应用内容4.4.1光纤激光器的工作原理及分类图光纤激光器的结构1.光纤激光器的工作原理光纤激光器的工作原理全光纤激光器的构成示意图全光纤激光器的构成示意图4.4.1光纤激光器的工作原理及分类1.光纤激光器的工作原理光纤激光器的工作原理光纤环形激光器示意图光纤环形激光器示意图4.4.1光纤激光器的工作原理及分类1.光纤激光器的工作原理光纤激光
11、器的工作原理4.4.1光纤激光器的工作原理及分类2.光纤激光器的分类光纤激光器的分类（1）按照）按照光纤材料的光纤材料的种类：种类：晶体光纤晶体光纤激光器激光器 非线性光学型非线性光学型光纤激光器光纤激光器 稀土类掺杂光纤激光器稀土类掺杂光纤激光器 塑料光纤激光器塑料光纤激光器（2）按）按谐振腔谐振腔结构：结构：FP腔光纤激光器、环形腔光纤激光器、环路腔光纤激光器、环形腔光纤激光器、环路反射器光纤激光器反射器光纤激光器、8字形字形 腔腔光纤激光器、光纤激光器、DBR光纤激光器、光纤激光器、DFB光纤激光器等。光纤激光器等。（3）按）按光纤光纤结构：结构：单单包层光纤激光器、双包层光纤激光器、光
12、子包层光纤激光器、双包层光纤激光器、光子晶体光纤晶体光纤激光器、特种激光器、特种光光 纤纤激光器。激光器。（4）按）按输出激光输出激光特性：特性：连续连续光纤激光器和脉冲光纤激光器和脉冲光纤激光器光纤激光器4.4.1光纤激光器的工作原理及分类2.光纤激光器的分类光纤激光器的分类（5）根据激光输出波长激光输出波长数目：数目：单波长光纤激光器和多波长光纤激光器。（6）根据激光输出波长的可调谐激光输出波长的可调谐特性：特性：可调谐单波长激光器和可调谐多波长激光器。（7）按激光输出波长的激光输出波长的波段波段 S波段（14601530nm）、C波段（15301565nm）、L波 段（15651610nm）激光器。（8）按照是否是否锁模：锁模：连续光激光器和锁模激光器（9）按照锁模器件 被动锁模激光器和主动锁模激光器应用1.标刻应用2.材料处理4.4.2光纤激光器的应用4.激光切割3.材料弯曲谢谢聆听！
