课件-光纤通信-第7章光纤通信新技术.pptx

光纤放大器
光波分复用技术(jìshù)
光交换技术(jìshù)
光孤子通信
相干光通信技术(jìshù)
光时分复用技术(jìshù)
波长变换技术(jìshù)
第 7 章 光纤通信(ɡuānɡ xiān tōnɡ xìn)新技术
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第7章 光纤通信(ɡuānɡ xiān tōnɡ xìn)新技术
光纤通信发展的目标是提高通信能力和通信质量，降低价格，满足社会需要。进入20世纪(shìjì)90年代以后，光纤通信成为一个发展迅速、 技术更新快、新技术不断涌现的领域。本章主要介绍一些已经实用化或者有重要应用前景的新技术，如光放大技术，光波分复用技术，光交换技术，光孤子通信，相干光通信，光时分复用技术和波长变换技术等。
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纤 放 大 器
光放大器有半导体光放大器和光纤放大器两种类型。半导体光放大器的优点是小型化，容易与其他半导体器件集成； 缺点是性能与光偏振方向(fāngxiàng)有关，器件与光纤的耦合损耗大。光纤放大器的性能与光偏振方向(fāngxiàng)无关，器件与光纤的耦合损耗很小， 因而得到广泛应用。
光纤放大器实际上是把工作物质制作成光纤形状的固体激光器，所以也称为光纤激光器。
20世纪80年代末期， μm的掺铒(Er)光纤放大器(EDFA： ErbiumDoped Fiber Amplifier)研制成功并投入实用，把光纤通信技术水平推向一个新高度，成为光纤通信发展史上一个重要的里程碑。
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(EDFA)的工作原理，说明了光信号为什么会放大的原因。(a)可以看到，在掺铒光纤(EDF)中，铒离子(Er3+)有三个能级： 其中能级1代表基态， 能量最低；能级2是亚稳态，处于中间能级；能级3代表激发态， 能量最高。当泵浦(Pump, 抽运)光的光子(guāngzǐ)能量等于能级3和能级1的能量差时，铒离子吸收泵浦光从基态跃迁到激发态(1→3)。但是激发态是不稳定的，Er3+很快返回到能级2。如果输入的信号光的光子(guāngzǐ)能量等于能级2和能级1的能量差，则处于能级2的Er3+将跃迁到基态(2→1)，产生受激辐射光，因而信号光得到放大。
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图 (gōngzuò)原理
(a) 硅光纤中铒离子的能级图； (b) EDFA的吸收和增益频谱
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但是激发态是不稳定的，Er3+很快返回到能级2。如果输入的信号光的光子能量(néngliàng)等于能级2和能级1的能量(néngliàng)差，则处于能级2的Er3+将跃迁到基态(2→1)， 产生受激辐射光，因而信号光得到放大。由此可见，这种放大是由于泵浦光的能量(néngliàng)转换为信号光的结果。为提高放大器增益， 应提高对泵浦光的吸收， 使基态Er3+尽可能跃迁到激发态，(b)示出EDFA增益和吸收频谱。
(a)示出输出信号光功率和输入泵浦光功率的关系， 由图可见，泵浦光功率转换为信号光功率的效率很高，%。当泵浦光功率为60 mW时，吸收效率［(信号输入光功率-信号输出光功率)/泵浦光功率］为88%。
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(a) 输出信号(xìnhào)光功率与泵浦光功率的关系； (b) 小信号(xìnhào)增益与泵浦光功率的关系
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(a)为光纤放大器构成原理图，(b)为实用光纤放大器构成方框图。掺铒光纤(EDF)和高功率泵浦光源是关键器件，把泵浦光与信号光耦合在一起的波分复用器和置于两端防止光反射的光隔离器也是不可缺少的。
设计高增益掺铒光纤(EDF)是实现光纤放大器的技术关键， EDF的增益取决于Er 3+的浓度、光纤长度和直径以及泵浦光功率等多种因素，通常由实验获得最佳增益。对泵浦光源的基本(jīběn)要求是大功率和长寿命。波长为1480 μm的InGaAsP多量子阱(MQW)激光器， 输出光功率高达100 mW, 泵浦光转换为信号光效率在6 dB/mW以上。
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(gòuchéng)方框图
(a) 光纤放大器构成(g