光纤无源及有源器件

1、光纤无源及有源器件第1页，共149页，2022年，5月20日，17点53分，星期一光器件： 光通信网络的基础2第2页，共149页，2022年，5月20日，17点53分，星期一光无源器件定义：不需要外加能源驱动工作的光电子器件光纤连接器（固定、活动,FC/PC,FC/APC）光纤定向耦合器/分支器光分插复用器（OADM)光波分/密集波分复用器（WDM/DWDM)光衰减器（固定、连续）光滤波器（带通、带阻）光纤隔离器与环行器（偏振有关、无关）光偏振态控制器、光纤延迟线、光纤光栅3第3页，共149页，2022年，5月20日，17点53分，星期一光有源器件定义：需要外加能源驱动工作的光电子器件半导体光

2、源(LD,LED,DFB,QW,SQW,VCSEL)半导体光探测器(PD,PIN,APD）光纤激光器（OFL:单波长、多波长）光放大器(SOA,EDFA)光波长转换器(XGM,XPM,FWM)光调制器（EA）光开关/路由器4第4页，共149页，2022年，5月20日，17点53分，星期一光器件与电器件的类比5第5页，共149页，2022年，5月20日，17点53分，星期一光器件的应用多波长光源DWDM光调制器光隔离器光耦合器光波长转换光放大DWDM光色散补偿光隔离器光环行器光波长转换OADMDWDM光隔离器光环行器光开关可调谐滤波DWDMOXC光耦合器光调制解调6第6页，共149页，2022年

3、，5月20日，17点53分，星期一6.1 自聚焦透镜 第7页，共149页，2022年，5月20日，17点53分，星期一球透镜与自聚焦透镜1、均匀折射率分布材料2、依靠弯曲的光学界面 实现光学成像3、通过非球面来克服像差， 提高成像质量1、渐变折射率分布材料2、依靠光线轨迹的弯曲 实现光学成像3、通过优化折射率分布， 提高成像质量8第8页，共149页，2022年，5月20日，17点53分，星期一自聚焦透镜应用：无源器件的耦合系统、复印机、传真机、计算机光盘系统、摄影物镜、 显微物镜、医用内窥镜等方面。9第9页，共149页，2022年，5月20日，17点53分，星期一自聚焦透镜的基本特征平方率折射

4、率分布光线轨迹为cos或sin曲线从一点发出的不同角度的光线将会聚于另一点，形成“自聚焦”具有独到特点：体积小、平端面超短焦距组合透镜成像特性可以弯曲成像10第10页，共149页，2022年，5月20日，17点53分，星期一直角坐标系中的射线方程11第11页，共149页，2022年，5月20日，17点53分，星期一12第12页，共149页，2022年，5月20日，17点53分，星期一13第13页，共149页，2022年，5月20日，17点53分，星期一光线的传播轨迹14第14页，共149页，2022年，5月20日，17点53分，星期一透镜传输矩阵qdsdxdydz15第15页，共149页，20

5、22年，5月20日，17点53分，星期一近轴子午光线近似16第16页，共149页，2022年，5月20日，17点53分，星期一透镜传输矩阵17第17页，共149页，2022年，5月20日，17点53分，星期一矩阵光学符号公约(1)原点:顶点、主点或焦点(2)线段:以原点为基点,顺光线传播方向为正,反之为负;(3)角度:以光轴或端面法线为基轴,从基轴向光线转动, 顺时针为负,逆时针为正;(4)标记:在成象图中出现的几何量(长度和角度)均取绝 对值,正量直接标注,负量冠以“-号之后标注。18第18页，共149页，2022年，5月20日，17点53分，星期一透镜成像矩阵19第19页，共149页，20

6、22年，5月20日，17点53分，星期一总成像矩阵利用透镜传输矩阵S进行简化:20第20页，共149页，2022年，5月20日，17点53分，星期一GRIN透镜的成像（I）21第21页，共149页，2022年，5月20日，17点53分，星期一GRIN透镜的成像（II）22第22页，共149页，2022年，5月20日，17点53分，星期一GRIN透镜的成像（III）23第23页，共149页，2022年，5月20日，17点53分，星期一GRIN透镜的成像（III）24第24页，共149页，2022年，5月20日，17点53分，星期一GRIN透镜的成像（IV）25第25页，共149页，2022年，5

7、月20日，17点53分，星期一GRIN透镜的成像（V）26第26页，共149页，2022年，5月20日，17点53分，星期一透镜成像性质170129页表6.227第27页，共149页，2022年，5月20日，17点53分，星期一GRIN透镜的应用：准直-聚焦28第28页，共149页，2022年，5月20日，17点53分，星期一0.25P lens:on axis29第29页，共149页，2022年，5月20日，17点53分，星期一0.25P lens：off axis双光纤准直器,波分复用器件30第30页，共149页，2022年，5月20日，17点53分，星期一GRIN透镜的应用：光源耦合31

8、第31页，共149页，2022年，5月20日，17点53分，星期一0.23P lens：angle compress32第32页，共149页，2022年，5月20日，17点53分，星期一0.29P lens：facula compress33第33页，共149页，2022年，5月20日，17点53分，星期一自聚焦透镜的重要特性重要性能参数：焦距：f = -1/n0A1/2sin(A1/2L)聚焦参数：A = 2D/a2数值孔径：NA = n0(2D)1/2节距：P = 2p/A1/2成像特性：与透镜长度有关：1/4 节距透镜1/2 节距透镜0.23节距透镜0.29 节距透镜34第34页，共14

9、9页，2022年，5月20日，17点53分，星期一GRIN透镜的应用：准直-聚焦35第35页，共149页，2022年，5月20日，17点53分，星期一0.25P lens:on axis单光纤准直器,光无源器件36第36页，共149页，2022年，5月20日，17点53分，星期一0.25P lens：off axis双光纤准直器,波分复用器件37第37页，共149页，2022年，5月20日，17点53分，星期一GRIN透镜的应用：光源耦合38第38页，共149页，2022年，5月20日，17点53分，星期一0.23P lens：angle compress39第39页，共149页，2022年，

10、5月20日，17点53分，星期一0.29P lens：facula compress40第40页，共149页，2022年，5月20日，17点53分，星期一自聚焦透镜的重要特性重要性能参数：焦距：f = -1/n0A1/2sin(A1/2L)聚焦参数：A = 2D/a2数值孔径：NA = n0(2D)1/2节距：P = 2p/A1/2成像特性：与透镜长度有关：1/4 节距透镜1/2 节距透镜0.23节距透镜0.29 节距透镜41第41页，共149页，2022年，5月20日，17点53分，星期一6.2 光纤定向耦合器 第42页，共149页，2022年，5月20日，17点53分，星期一6.2.1 耦

11、合器的基本知识 43第43页，共149页，2022年，5月20日，17点53分，星期一耦合器的分类44第44页，共149页，2022年，5月20日，17点53分，星期一6.2.2 耦合器的工作原理 两光纤的纤芯很接近时，光场导致介质极化，模场互相渗透，发生耦合45第45页，共149页，2022年，5月20日，17点53分，星期一平行光纤之间的耦合耦合波方程组：dR/dz- jdR = -jKS; dS/dz+ jdS = -jKRAm=R exp(-jdz); An= S exp(jdz)失谐系数：d=(bn-bm)/2 耦合系数: K46第46页，共149页，2022年，5月20日，17点5

12、3分，星期一耦合波方程组的解边界条件:R(0)=1,S(0)=047第47页，共149页，2022年，5月20日，17点53分，星期一两参数相同光纤的耦合d=0，R2(z)=cos2(Kz)S2(z)=sin2(Kz)耦合长度 ：Lc=p/2K耦合系数 ：2a2adn2n1n2n1n2可以通过控制平行光纤的长度以及两光纤间距来控制耦合比48第48页，共149页，2022年，5月20日，17点53分，星期一耦合长度 耦合长度定义为对于确定波长的光信号功率从一根光纤100%耦合进入另一根光纤的最小长度。光信号功率耦合的强弱以及耦合长度取决于两光纤纤芯的间距，间距越大耦合耦合长度就越长。耦合长度与传

13、输的波长也紧密相关！不同波长的光具有不同的耦合长度。耦合长度的波长相关性49第49页，共149页，2022年，5月20日，17点53分，星期一相同波长光信号耦合R(0)=1,S(0)=0 d=0，R2(z)=cos2(Kz) S2(z)=sin2(Kz)耦合长度:Lc=p/2K功率100%耦合P1P2P3P450第50页，共149页，2022年，5月20日，17点53分，星期一光互易定理当耦合器的参数相同时(1)相同波长间的耦合总是会引入3dB(50%)损耗(2)不可能利用光纤耦合器将两个光纤的相同波长光信号功率耦合到同一根光纤之中！51第51页，共149页，2022年，5月20日，17点53

14、分，星期一不同波长光信号的耦合(分波)两个波长从输入端口P1输入,分别在输出端口P2,P3输出l1l2l1 l2P1P2P352第52页，共149页，2022年，5月20日，17点53分，星期一不同波长光信号的耦合(合波)两个波长从P1, P4端口输入,在同一个输出端口P2输出l1l2l1 l2P1P2P453第53页，共149页，2022年，5月20日，17点53分，星期一光纤耦合器WDM(1)对EDFA注入光功率（泵浦光信号光）(2)对简单的 WDM系统作波长分离(3)对DWDM系统增加管理信道54第54页，共149页，2022年，5月20日，17点53分，星期一1XN 耦合器55第55页

15、，共149页，2022年，5月20日，17点53分，星期一Tap 耦合器从主干线传输光信号功率中分出一小部分光功率供监控等应用；典型分光比 : 99:1 或 1% tap耦合器。56第56页，共149页，2022年，5月20日，17点53分，星期一星型耦合器57第57页，共149页，2022年，5月20日，17点53分，星期一性能参数5. 回波损耗：沿输入光路返回的光功率与输入光功率之比58第58页，共149页，2022年，5月20日，17点53分，星期一制备工艺59第59页，共149页，2022年，5月20日，17点53分，星期一6.3 光隔离器与环行器 第60页，共149页，2022年，5

16、月20日，17点53分，星期一1. 光隔离器光隔离器是一种光的非互易传输器件，只允许光波沿着一个方向传输，而光的另一个方向的传输是禁止的。也就是说，光信号沿着指定正方向传输时损耗低，光路被接通；光信号沿着反方向传输时损耗大，光路被阻断。 61第61页，共149页，2022年，5月20日，17点53分，星期一法拉第效应 把磁光介质放到磁场中，使光线平行于磁场方向通过介质时，入射的平面偏振光的振动方向就会发生旋转，转移角度的大小与磁光介质的性质、光程和磁场强度等因素有关。 磁光效应的非互易性: 光波的偏振方向总是沿与磁场（H）方向构成右手螺旋方向旋转，而与光波的传播方向无关。当光正、反方向两次通过

17、法拉第旋光片时，偏振方向旋转角度将迭加而不抵消。 磁光效应的基本材料 :钇铁石榴石（YIG：Yttrium-Iron-Garnet）、康宁（Corning）8363号玻璃等 62第62页，共149页，2022年，5月20日，17点53分，星期一偏振相关光隔离器自然偏振光入射功率损耗50!与起偏方向垂直的偏振光入射损耗100！.随机偏振光入射带来严重的偏振噪声!63第63页，共149页，2022年，5月20日，17点53分，星期一偏振无关光隔离器将入射的任意偏振光分解为两束相互正交的线偏振光；分别处理这两束线偏光； 再将经过处理的两束线偏振光合束输出。64第64页，共149页，2022年，5月2

18、0日，17点53分，星期一同轴结构光隔离器1、3：偏振分束镜：YVO4双折射晶体（“Walk-off”）2：非互易的法拉第旋光片与光互易的玻片1 2 365第65页，共149页，2022年，5月20日，17点53分，星期一应用高速光通信系统中的DFB激光器的光隔离光放大器中的光隔离光纤环行腔中的单向器。66第66页，共149页，2022年，5月20日，17点53分，星期一2. 光环形器 光环形器总是使得光沿着规定的路径进行传输，即从器件的1端口输入，2端口输出；由2端口输入，就由3端口输出，由3端口输入，就由4端口输出，由4端口输入，就由1端口输出。 67第67页，共149页，2022年，5月

19、20日，17点53分，星期一顺序传输对于从1端口向2端口传输的光，由端口1输入的光，被第一双折射镜(block A)分成偏振方向互相正交的两束光，这两束光经45法拉第旋光片与互易旋光片后，偏振方向均发生90的旋转，在第二双折射镜(block B)处，两光束再次折射并合成，由2端口输出。 68第68页，共149页，2022年，5月20日，17点53分，星期一逆序传输由2端口向1端口传输的光，首先由block B进行分光，两束互相正交的偏振光经45法拉第旋光片与互易旋光片后，两束光的偏振态维持不变，由block B输出后，两光束通过反射棱镜和偏振分光镜作合并，最终由3端口输出。69第69页，共14

20、9页，2022年，5月20日，17点53分，星期一应用应用光环形器组成光反射镜 应用光环形器构成单纤双向传输 70第70页，共149页，2022年，5月20日，17点53分，星期一课堂习题（8）自聚焦透镜与球透镜成象的异同点?常用的自聚焦透镜有哪几种?如图1所示的光纤耦合器 ,L为1/2耦合长度,计算input 1=100mw, input 2=0mw求 output 1,output 2各为多少? input1=50mw, input2= 50mw,且波长相同,求output1 为多少? 图171第71页，共149页，2022年，5月20日，17点53分，星期一6.4 光纤光栅 第72页，共

21、149页，2022年，5月20日，17点53分，星期一衍射光栅 73第73页，共149页，2022年，5月20日，17点53分，星期一光纤光栅 500 nm (Bragg grating) 200 m (Long-period grating)125 m8 m1 mm to 1500 mmSingle mode fibreCoreCladdingRegions with higher refractive index than that of cores掺锗光纤紫外吸收折射率周期变化光纤光栅74第74页，共149页，2022年，5月20日，17点53分，星期一分类布拉格光栅（Fiber Bra

22、gg Grating）: 前向传输的模式和后向传输模式的耦合, 反射带通滤波光栅，对特定的波长反射并后向传输；长周期光栅（Long Period Grating）: 导模和包层模耦合,带阻透射滤波，从透射光中滤除某些特定波长光；闪耀光栅(Blaze FBG)：对特定的波长反射并滤除掉。相移光栅(Phase-Shift FBG) ：FP型透射滤波光纤光栅。75第75页，共149页，2022年，5月20日，17点53分，星期一An in-fibre Bragg grating is constructed by varying the refractive index of the core le

23、ngthwise along the fibre. Light of the specified wavelength traveling along the fibre is reflected from the grating back in the direction from which it came.Wavelengths which are not selected are passed through with little or no attenuation.光纤布拉格光栅76第76页，共149页，2022年，5月20日，17点53分，星期一工作原理 resonant wav

24、elengths are reflected back toward the source non-resonant wavelengths are transmitted through the device without loss.The centre wavelength is given by:77第77页，共149页，2022年，5月20日，17点53分，星期一Principle of OperationThe grating forms an electromagnetic resonant circuit. Power from the forward direction is

25、 coupled into the resonant circuit and then reflected back. Non-resonant wavelengths are not affected very much.78第78页，共149页，2022年，5月20日，17点53分，星期一结构参数The grating period is the distance between modulations of the refractive index in the grating.The grating length.The “modulation depth” , determined

26、by the RI contrast within the grating.The RI contrast profile.79第79页，共149页，2022年，5月20日，17点53分，星期一性能参数Centre Wavelength This is the wavelength at the centre of the gratings reflection band.Bandwidth This is the width of the reflection band and specifies the range of wavelengths reflected.Reflectance

27、Peak This is a measure of the proportion of incident light reflected at the centre wavelength.80第80页，共149页，2022年，5月20日，17点53分，星期一分析理论模式耦合理论 前向模式与后向模式之间的耦合薄膜光学理论高低折射率相间的1/4光学厚度膜层结构滤光片。81第81页，共149页，2022年，5月20日，17点53分，星期一Dielectric Fabry-Perot Filters flat passband； polarization independent； low insert

28、ion loss； good temperatutre performance (0.001nm/oC)。0/20/200 , 1， 2， 3，n0 ,1， 3，n0 /40Mirror Cavity MirrorStack Stack82第82页，共149页，2022年，5月20日，17点53分，星期一反射谱(a) typical reflection spectrum of a 1 cm long FBG with relatively low RI contrast. The height of the peak is 100% reflection and the width of t

29、he reflection band is .2 nm; (b) same grating with a stronger contrast. The reflection band has been broadened; (c) same grating as part (a) but after apodisation. Note the reflection peak is now not quite 100%.83第83页，共149页，2022年，5月20日，17点53分，星期一切趾光栅（变迹光栅）Apodisation is a process of tapering the str

30、ength of the grating at either end so that the apparent RI change is gradual rather than abrupt. The reflection band of an apodised grating is shown in part (c) of the figure.84第84页，共149页，2022年，5月20日，17点53分，星期一多波长光纤光栅you can write many different FBGs into the same section of fibre - one on top of th

31、e other. Each grating will then respond quite separately and independently to light of its own resonant wavelength.85第85页，共149页，2022年，5月20日，17点53分，星期一啁啾光栅A “chirp” is where you get a variation in the period of the grating (and hence a variation in its response to different wavelengths) along the len

32、gth of the grating:vary the period of the grating orvary the average RI of the grating.86第86页，共149页，2022年，5月20日，17点53分，星期一啁啾切趾光栅a good 100% reflection over the whole reflected band.87第87页，共149页，2022年，5月20日，17点53分，星期一Caused by expansion and contraction of the fibre with temperature and consequent cha

33、nge in the spacing of the RI variations in the core; or a variation in the RI of the fibre itself with temperature.The unpackaged grating: a total variation of about 1 nm over a temperature range of 80C!Temperature Stability of In-Fibre Bragg Gratings88第88页，共149页，2022年，5月20日，17点53分，星期一FBG Packaging

34、for Passive Thermal Compensation89第89页，共149页，2022年，5月20日，17点53分，星期一闪耀光栅A blazed grating is constructed when the grating is written at an oblique angle to the centre axis of the core. The selected wavelength is reflected out of the fibre.Another usage is to equalise power across a range of wavelength

35、s for example to“flatten” the response of an EDFA.90第90页，共149页，2022年，5月20日，17点53分，星期一长周期光栅Most FBGs are constructed as first order gratings. That is the grating period is the same as the centre wavelength of the reflection band.A long-period grating is one where the grating period is many hundreds o

36、r thousands of times the resonant wavelength.91第91页，共149页，2022年，5月20日，17点53分，星期一PrincipleIn LPG it couples forward guideing mode into a cladding mode. Thus after a while the coupled light leaves the system and is lost. A long-period grating then gives much the same effect as a blazed grating - reson

37、ant wavelengths are removed from the system.92第92页，共149页，2022年，5月20日，17点53分，星期一Phase-Shifted FBGsA “transmission fringe” is created in the centre of the reflection band where light is transmitted through the filter rather than being reflected.93第93页，共149页，2022年，5月20日，17点53分，星期一Writing the Grating光纤光

38、栅的制作(1)增敏掺锗(Ge),氢载(2)写光栅 (准分子激光器 244nm)干涉法,衍射法94第94页，共149页，2022年，5月20日，17点53分，星期一(1) Make the fibre core more sensitiveto increase the level of germanium dopant.this too far before mechanical effects in the fibre stop you. Co-doping with boron and/or aluminium helps make the core more photosensitive

39、.“Loading” the fibre with hydrogen 95第95页，共149页，2022年，5月20日，17点53分，星期一(2) Writing the GratingThe grating is written by exposing the fibre to UV light. UV light (244 nm) is able to make permanent modifications in the refractive index of the core.The change in the refractive index is very small indeed

40、. An index change of.0001 is sufficient to make an effective grating.96第96页，共149页，2022年，5月20日，17点53分，星期一Interference Pattern Technique97第97页，共149页，2022年，5月20日，17点53分，星期一Phase Mask Technique98第98页，共149页，2022年，5月20日，17点53分，星期一Summary for FBGsConsists of a periodic stack of regions of high and low refr

41、active index along an optical fiber.Made by exposing the fiber to an interference pattern of ultraviolet(UV) light.Narrow band, almost square wavelength response.Low temperature sensitivity with athermal packaging(as low as 0.4pm/oc , For unpackaged grating it is about 0.01nm/oc)Need to use fiber Ma

42、ch-Zehnder configuration or circulator to construct a demultiplexer99第99页，共149页，2022年，5月20日，17点53分，星期一Applications of FBGsWavelength Stable Lasers Dispersion Compensation Wavelength Selection in WDM Systems 100第100页，共149页，2022年，5月20日，17点53分，星期一Using in Dispersion CompensationChirped Bragg grating ll

43、onglshort101第101页，共149页，2022年，5月20日，17点53分，星期一Using in OADM Identical FBGs at l4l1 , l2 , l3 , l4 , l5l4 DDl4 AAReported CharacteristicsChannel passband: 0.1 - 0.5 nm Channel spacing: 0.7 - 1.6 nm Channel isolation: 20 - 30 dB Insertion loss 15 dBl1 , l2 , l3 , l4 , l5102第102页，共149页，2022年，5月20日，17点5

44、3分，星期一In-Fibre Bragg Grating Filters103第103页，共149页，2022年，5月20日，17点53分，星期一Using in OADM104第104页，共149页，2022年，5月20日，17点53分，星期一Fiber grating sensors是应变是温度变化量105第105页，共149页，2022年，5月20日，17点53分，星期一6.5 光纤放大器与光纤激光器 第106页，共149页，2022年，5月20日，17点53分，星期一6.5-1 掺铒光纤放大器 107第107页，共149页，2022年，5月20日，17点53分，星期一光-电-光中继放大

45、108第108页，共149页，2022年，5月20日，17点53分，星期一全光放大光放大器是一种勿需光电转换即可对光信号进行直接放大的器件109第109页，共149页，2022年，5月20日，17点53分，星期一How to make an OAAmplifiers can be built in semiconductor: Semiconductor Optical Amplifiers (SOAs). Almost any semiconductor laser can be made into an amplifier with a few modifications - Amplif

46、iers can be built in fibres: Fibre AmplifiersEDFA: Erbium Doped Fibre Amplifiers(1530nm1610nm)PDFA: Praseodymium Doped Fibre Amplifiers(12601360) TDFA：Thulium Doped Fibre Amplifiers(14501490nm) SRFA: Stimulated Raman Fibre AmplifiersPFA: Plastic Fibre Amplifier110第110页，共149页，2022年，5月20日，17点53分，星期一11

47、1第111页，共149页，2022年，5月20日，17点53分，星期一1550EDFA增益窗口30nm 60nm光放大器增益光纤衰减除去OH峰外300nm低损耗窗口波长nm8501310PDFASOASRADevelopment of OAEDFA增益窗口30nm 60nmPDFASOASRA112第112页，共149页，2022年，5月20日，17点53分，星期一工作原理泵浦光实现掺铒光纤的粒子数反转，外界的信号光对反转粒子数形成受激辐射，从而实现信号光的放大 113第113页，共149页，2022年，5月20日，17点53分，星期一有源光纤由掺有稀土杂质的增益介质所制成的光纤称为有源光纤。

48、稀土元素(也称镧系元素),包括元素周期表中倒数第二行中从镧(La. 原子序数为57)到镥(Lu.原子序数为71)的15个元素。 目前较成熟的有源光纤中掺入的稀土离子有：铒(Er+3,发射中心波长为1.53m)钕(Nd+3,发射中心波长为0.92m、1.06m、1.4m)镨(Pr+3,发射中心波长为1.3m)。114第114页，共149页，2022年，5月20日，17点53分，星期一能级图980nm波长泵浦：铒离子相当于三能级系统 ，粒子数完全反转，噪声特性好，但量子效率不高 ；1480nm波长泵浦：铒离子相当于二能级系统粒子数反转不彻底，尽管量子效率较高，但噪声特性变差 115第115页，共1

49、49页，2022年，5月20日，17点53分，星期一EDFAs116第116页，共149页，2022年，5月20日，17点53分，星期一典型泵浦结构117第117页，共149页，2022年，5月20日，17点53分，星期一重要计算公式 速率方程放大器增益噪声指数：当泵浦充分，且 时，噪声系数达到极限3dB 118第118页，共149页，2022年，5月20日，17点53分，星期一Technical Characteristics of EDFAsEfficient pumpingMinimal polarisation sensitivityLow insertion lossHigh out

50、put power (this is not gain but raw amount of possible output power)Low noiseVery high sensitivityLow distortion and minimal interchannel crosstalk119第119页，共149页，2022年，5月20日，17点53分，星期一DefinitionsGain (amplifier) : the ratio in decibels of input power to output power. Gain Coefficient: the small sign

51、al gain divided by the pump power.Bandwidth: the range of wavelengths over which the amplifier will operate.120第120页，共149页，2022年，5月20日，17点53分，星期一DefinitionsGain Saturation: the point where an increase in input power ceases to result in an increase in output power. Polarisation Sensitivity: the diffe

52、rence in gain of an input signal in one polarisation to the gain in the orthogonal polarisation. (typical .01 .1 dB).Noise Figure: the ratio of the SNR at the input to the SNR at the output (in decibels).121第121页，共149页，2022年，5月20日，17点53分，星期一Gain Saturation122第122页，共149页，2022年，5月20日，17点53分，星期一高性能（低噪声

53、）掺铒光纤放大器 利用980nm和1480nm两不同泵浦波长的掺铒光纤放大器级联,在高增益下实现近量子噪声极限 123第123页，共149页，2022年，5月20日，17点53分，星期一Gain Characteristics of EDFAs124第124页，共149页，2022年，5月20日，17点53分，星期一Response of Cascaded EDFAs125第125页，共149页，2022年，5月20日，17点53分，星期一Flattening the Gain CurveOperating the device at 77oK. Introducing other dopan

54、t materials (such as aluminium or ytterbium) along with the erbium into the fibre core. Amplifier length is another factor influencing the flatness of the gain curve. Controlling the pump power (through a feedback loop) is routine to reduce ASE. 126第126页，共149页，2022年，5月20日，17点53分，星期一Flattening the Ga

55、in CurveAdding an extra WDM channel locally at the amplifier. This is called “gain clamping”.Manipulating the shape of the fibre waveguide within the amplifier. Fibres with dual cores have recently been shown to produce much superior gain flatness characteristics.127第127页，共149页，2022年，5月20日，17点53分，星期

56、一Flattening the Gain CurveUsing “blazed” fibre Bragg gratings as filters to reduce the peaks in the response curve. In other words, reduce the response at all wavelengths to that of the worst wavelength. This approach has been reported to work well in field trials.Using channel preemphasis on the si

57、gnals as they are transmitted. That is,transmit different WDM channels at different power levels to compensate for later amplifier gain characteristics.128第128页，共149页，2022年，5月20日，17点53分，星期一LPG for Flattening the Gain 129第129页，共149页，2022年，5月20日，17点53分，星期一增益钳制EDFA泵浦源功率控制饱和光控制技术光功率检测控制输入光功率检测输出光功率检测PinPout泵浦激光器EDFCouplerFilterCoupler130第130页，共149页，2022年，5月20日，17点53分，星期一增益的自动控制 131第131页，共149页，2022年，5月20日，17点53分，星期一Cladding PumpsOutput powers of up to 10 watts!132第132页，共149页，2022年，5月20日，17点53分，星期一MultiStage EDFAs1)