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第十一章 光放大器
主要内容
光放大器概述
半导体光放大器结构及其增益
掺铒光纤放大器结构及其增益
放大器噪声
光放大器的系统应用
光放大器的重要性
影响：光放大器最重要的意义在于促使波分复用技术 (WDM)
走向实用化、促进了光接入网的实用化
历史：以1989年诞生的掺铒光纤放大器
(Erbium Doped Fiber Amplifier, EDFA)
为代表的全光放大技术是光纤通信史
上的一次革命
动机：解决电中继器设备复杂、维护难、成本高的问题
11.1 光放大器的基本应用和类型
在线光放大：用于不需要光再生只需要简单放大的场合
前置光放大：用于提高接收机的灵敏度
功率放大：增加发送功率，从而增加光纤中继距离、补偿插入
损耗和功率分配损耗 (如PON中)
光放大器的工作原理
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
(2) 受激辐射
(1) 能量注入
11.2 半导体光放大器 (SOA)
p
n
外加正向偏压实现结区粒子数反转
外部光照导致受激辐射，信号光被放大
内部的自发辐射产生自发辐射噪声(ASE)，它也会被放大
没有谐振腔的选择，SOA将同时输出
放大的光信号和自发辐射噪声
SOA的分类
容易制作，但光信号增益对放大器温度及入射光频率变化都很敏感
带宽宽、饱和功率高以及偏振灵明度低，因此使用更为广泛
SOA的增益系数
其中：
g0无输入时非饱和介质的(最大增益)系数
Psig(z)为z点信号光功率
Psat为使放大器增益饱和时对应的输入光功率
如果注入电流一定，有源区点z处的增益系数：
Psig(z) ↑
g(z) ↓
0
z
L
SOA的增益系数的理解
g0：只有1个光子入射，该光子至多可以被放大100倍
gsat：有2个光子入射，该光子至多可以被放大50倍
4 25
50 2
100 1
Psat：gsat所对应的光功率
设z点处单位时间可提供100个电子空穴对
驱动电流一定时
SOA的增益
0
z
长度dz内的光信号功率增量为：
等式两端移项，并沿有源区积分得：
L