第五章

光纖器件2023/2/32為實現光波的傳輸：傳統方法：采用分立光學元件構成光學系統缺點：體積大、質量大、結構松散、可靠性差、與光纖不兼容光纖技術的發展：以光纖為基質構成光纖器件，彌補不足光纖器件是構成光纖通信系統和光纖傳感系統不可缺少的部件。按照能量的產生和消耗可分為光纖無源器件和光纖有源器件：(a)光纖無源器件：指用光纖構成的一種能量消耗型器件；如：光纖連接器、光纖定向耦合器、光波分復用器、光纖隔離器和環形器、光纖濾波器、光纖衰減器等，功能：對信號或能量進行連接、合成、分叉、轉換及衰減等(b)光纖有源器件：用光纖構成的一種能量產生型器件如：光纖放大器、光纖激光器等功能：主要是擴大通信容量、增大中繼距離、提高傳感效能等。本章主要講：光纖無源器件（光纖連接器、光纖定向耦合器、光波分復用器、光纖隔離器和環形器、光纖濾波器、光纖光柵、光開關、光纖衰減器等）光無源器件是光路的重要組成部分。光無源器件與電無源器件有許多相似之處，電無源器件如插頭、開關、電容、電阻、電感等，是電路的重要組成部分。常見的光無源器件有光纖連接器、光耦合器、光波分復用器、光隔離器、光衰減器、光開關等。光無源器件遵守光學的基本理論，即光線理論和電磁場理論。5.1光纖無源器件1、光纖無源器件的主要性能參數廣義講：光纖無源器件可以看成一個多端口耦合器，每一個端口對應一條信號通道（簡稱“信道”），光信號由耦合器的一個端口或幾個端口輸入，經過某種變換或處理之后，從另一個或幾個端口輸出。（1）信道插入損耗：表示由輸入信道(j)至指定輸出信道(i)的功率傳輸損耗，即：其中：---是第j信道的輸入功率---是第i信道的輸出功率2023/2/36（2）信道隔離比：表示由輸入信道(j)至非指定輸出信道(k)的功率傳輸損耗，即：（3）過剩損耗：表示當由第j信道輸入功率時，由器件所引起的總附加功率傳輸損耗，即：（4）回波損耗：表示由輸入端口返回輸入信道的功率損耗，即：回波損耗又稱為后向反射損耗，是指光纖連接處，后向反射光功率相對入射光功率的分貝數，回波損耗越大越好。2023/2/37（5）信道工作波長：表示相應于最低插入損耗值的光信號波長，在波分復用器中這一參數尤為重要。（6）信道帶寬：表示相應于標定插入損耗值的光信號波長范圍，如：0.5dB帶寬或3dB帶寬等。此外：各種不同的無源器件還具有一些特定的性能參數，如：隔離器的“反向隔離比”、波分復用器的“信道間隔”、以及光開關的“開關速度”等2023/2/382、光纖連接器（1）光纖連接器-----是光纖與光纖之間的活動接頭，把光纖的兩個端面精密對接起來。是一種可拆卸的光纖接插件，用于反復地連接或斷開光纖。（2）光纖連接器的主要技術要求：插入損耗小；(b)重復插拔損耗變化小；(c)一致性（互換性）好。此外，要求安裝方便、性能穩定、可靠性高、價格低廉。在距離光源較近處的光纖連接器還必須具有較大的回波損耗，以消除端面反饋光對光源的不利影響。（3）光纖連接器的分類：端面對接式連接器、透鏡擴束式連接器、陣列光纖連接器光纖活動連接器基本上是采用某種機械和光學結構，使兩根光纖的纖心對接，保證95％以上的光能通過連接器。目前，活動連接器有代表性且正在使用的結構有以下幾種。

圖

套管結構結構圖分為：直插（ST)型、雙錐(BC)型；書上P83頁

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雙錐結構

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球面定心結構

圖V形槽結構

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透鏡耦合結構圖

常用光纖連接器的對準方案示意圖(a)直套筒；(b)錐形套筒；(c)擴展光束常用連接器類型FCTypeSCTypeSC2TypeFDDType2023/2/3133、光纖定向耦合器（簡稱光纖耦合器）在光纖通信和光纖測量中，有時需要把光信號在光路上由一路向兩路或多路傳送，有時需把N路光信號合路再向M路或N路分配，能完成上述功能的器件就是光耦合器。光耦合器按制作方法分為微鏡片耦合器、波導耦合器和光纖耦合器等。通常，光信號功率由耦合器的一個端口輸入，然后按照一定的比例分配至幾個指定端口輸出，稱為分路；光信號功率由幾個端口輸入，經耦合器進入同一個端口輸出，稱為分路。光纖定向耦合器特點：器件的主體是光纖，不含其它光學元件；

光的耦合功能是通過光纖中傳輸模式的耦合實現的；

光信號的傳送方向是固定的。光纖定向耦合器是一種用于傳送和分配光信號的無源器件。在各種光纖通信網中，要用到大量的光纖定向耦合器，作為光纖線路的分路、合路以及節點互聯耦合器件。由于制作時只需要光纖，不需要其他光學元件，具有與傳輸光纖容易連接且損耗較低、耦合過程無需離開光纖，不存在任何反射端面引起的回波損耗等優點，因而更適合光纖通信，有時也稱為全光纖元件2023/2/3151、光纖耦合器類型：根據光纖耦合器的工作原理分(a)部分反射式光纖耦合器：利用光學部分反射原理來實現的。端口輸出分配比取決于反射模反射率的大小；圖5.1-5(b)波前分割式光纖耦合器：是對輸入光束進行空間分割，使其分成幾束光束輸出，達到分光的目的；圖5.1-7(c)模場耦合式光纖耦合器：依據光纖中傳輸模式場分布相互耦合來實現光信號的分路和合路。當兩光纖相距很近時，在一根光纖中傳輸的模式場分布會擴展到另一根光纖之中，從而在其中激勵起傳導模，因此就使得導模場所攜帶功率由一根光纖耦合到另一根光纖中傳輸。圖5.1-8（X形拼接式耦合器）,5.1-9（雙錐形光纖耦合）圖5.1-8（X形拼接式耦合器）,-----輸出分配比取決于兩纖芯間距以及拼接長度。圖5.1-9（雙錐形光纖耦合）------可控制耦合區的長度和雙錐體的腰徑來達到預定要求光耦合器(Coupler)是能使光信號在特殊結構的耦合區發生耦合，并進行光功率再分配的器件。從功能上，可分為光功率分配器和光波長分配（合/分波）耦合器。從端口形式上，可分為X形()、Y形()、星形(N×N,N＞2)以及樹形

(1

×N,N＞2）耦合器。如書上：P86圖5.1-10星形耦合器（1）插入損耗(InsertionLoss):定義為指定輸出端口的光功率相對于全部輸入光功率的減小值

式中，為第i個輸出端口的插入損耗；為第i個輸出端口的光功率；為輸入端的光功率。（2）附加損耗(ExcessLoss)：定義為輸出端口的光功率總和相對于全部輸入光功率的減小值

插入損耗是各輸出端口的輸出功率狀況，不僅與固有損耗有關，而且與分光比有很大的關系。2、光纖耦合器的性能指標（3）分光比(CouplingRation)：定義為耦合器各輸出端輸出功率的比值

它是光耦合器特有的技術指標。（4）方向性(Directivity)方向性是光耦合器特有的技術指標,是衡量器件定向傳輸特性的參數。以X形耦合器為例，方向性定義為耦合器正常工作時，輸入一側非注入光的一端輸出的光功率與全部注入的光功率的比值。由2端輸出的光功率與全部注入的光功率(即圖中1端注入的光功率)之比為

圖X形耦合器的方向性（5）均勻性(Uniformity)：是指各端口輸出功率偏離平均值的程度對于要求均勻分光的光耦合器（主要是星形和樹形），由于工藝局限，往往不可能做到絕對的均勻，用均勻性來衡量其不均勻程度：N為相應輸出端口總數 （6）偏振相關損耗(PolarizationDependentLoss)衡量器件對于傳輸光信號的偏振態的敏感程度的參量，也稱為偏振靈敏度。指當傳輸光信號的偏振態變化時，器件各輸出端輸出功率的最大變化量：

（7）隔離度(Isolation)：指光纖耦合器的某一光路對其他光路中光信號的隔離能力

式中，是某一光路輸出端測到的其他光路信號的功率值；為被檢測光信號的輸入功率值。隔離度高，意味著線路之間的“串話”小。2023/2/3234光波分復用器(WDM)光波分復用器屬于波長選擇性耦合器，是一種用來合成不同波長的光信號或者分離不同波長的光信號的無源器件。用于合成不同波長的稱為復用器，用于分離不同波長的稱為解復用器。如圖5.1-12在復用器中，由各個信道輸入波長為的單色光信號被耦合進同一根光纖中傳輸；在解復用器中，則是將傳輸光纖中波長為的復色光信號分解成波長為的單色光信號，并輸入相應的輸出信道。(WavelengthDivisionMultiplexing)2023/2/324如圖5.1-12光復用器和光解復用器示意圖在復用器中，由各個信道輸入波長為的單色光信號被耦合進同一根光纖中傳輸；在解復用器中，則是將傳輸光纖中波長為的復色光信號分解成波長為的單色光信號，并輸入相應的輸出信道1、光波分復用器的類型按照光波分復用器的分元件及工作原理，可將其分為棱鏡分光型、干涉膜濾光型、光纖定向耦合器、光纖光柵型、以及波導陣列光柵型。棱鏡分光型波分復用器：圖5.1-13--------利用棱鏡的色散作用實現波長分離的；(b)衍射光柵型波分復用器：圖5.1-14-------利用衍射光柵的色散作用實現分光的；(c)干涉膜濾光型波分復用器：圖5.1-15------利用多層光學薄膜干涉原理來分光的；2023/2/326(d)光纖定向耦合型波分復用器：-----由一根光纖向另一根光纖耦合功率的耦合效率是光波長的函數，當波長滿足耦合效率=1時，光信號功率發生完全轉移，當波長滿足耦合效率=0時，光信號功率不發生轉移。(e)光纖光柵型波分復用器：圖5.1-17(f)波導陣列光柵型波分復用器：圖5.1-18-----波導陣列光柵型波分復用器由輸入和輸出波導、空間耦合器和波導陣列光柵構成。2023/2/3272、光波分復用器的技術指標（1）信道插入損耗：表征與光波長相對應的信道功率損耗；（2）信道隔離比（串擾損耗）：表征串入與光波長不相對應的信道的功率大小；（3）信道間隔：表征兩相鄰信道之間中心波長的差值。光波分（解）復用器是按光波波長進行功率分離與合成的光無源器件，結構如圖所示。圖

WDM光傳輸原理圖利用色散、偏振、干涉等物理現象都可以制作WDM器件。以下是幾種常見的WDM器件類型。

1．介質膜型利用窄帶干涉濾光膜（帶通型）進行波長的選擇，通道數目4~8個，其結構如圖所示。

圖

窄帶介質膜帶通濾光片構成的4通道WDM器件光柵型利用光柵的衍射效應，不同波長的光衍射角度不同，實現空間的分離，通道數目64個，其結構如圖所示。圖

由反射光柵構成的解復用器波導陣列光柵型波導陣列光柵型波分復用器由輸入和輸出波導、空間耦合器和波導陣列光柵構成。輸入和輸出波導用于與單模光纖連接，空間耦合器將各種波長光信號耦合進波導陣列光柵，波導陣列光柵由幾百條光程差為的波導組成。根據衍射理論，在輸出端光按波長大小順序排列輸出，通過空間耦合器傳輸到相應的輸出波導端口，其結構如圖所示。

圖

波導陣列光柵型D波分復用器5光纖隔離器和環行器光纖隔離器和環行器是一種非互易傳輸耦合器。在光纖隔離器中，當光信號沿正向傳輸時，具有很低的損耗，光路被接通；當光信號沿反向傳輸時，損耗很大，光路被阻斷。在光環行器中，光信號只能沿規定的路徑環行，否則就具有很大的損耗。光隔離器是只允許光線沿光路單向傳輸的無源器件，用于解決光纖通信中光路中光反射的問題。

（1）光纖隔離器和環行器的工作原理------法拉第磁光效應；即當光波通過置于磁場中的法拉第旋光片時，光波的偏振方向總是沿與磁場方向構成右手螺旋的方向旋轉，而與光波的傳播方向無關。2023/2/334法拉第磁光效應1845年由M.法拉第發現。當線偏振光（見光的偏振）在介質中傳播時，若在平行于光的傳播方向上加一強磁場，則光振動方向將發生偏轉，偏轉角度ψ與磁感應強度B和光穿越介質的長度l的乘積成正比，即ψ＝VBl，比例系數V稱為費爾德常數，與介質性質及光波頻率有關。偏轉方向取決于介質性質和磁場方向。上述現象稱為法拉第效應或磁致旋光效應。這樣，當光波沿正向和反向兩次通過法拉第旋光片時，其偏振方向旋轉角將疊加，而不是如互易性旋光片中的抵消，這種現象稱為非互易旋光性。（3）光纖隔離器和環行器的性能參數正向插入損耗：------定義為正向傳輸時輸出光功率與輸入光功率之比；(b)反向（逆向）隔離比：-----定義為反向（逆向）傳輸時輸出光功率與輸入光功率之比(c)回波損耗：------定義為輸入端口自身返回功率與輸入功率之比。（2）光纖隔離器的類型-----與偏振有關光纖隔離器；與偏振無關光纖隔離器2023/2/3366窄帶光學濾波器-----也是一種波長選擇性耦合器。當光信號進入這種器件時，只有光頻率與濾波器中心頻率一致的成分才能通過，其他頻率成分的光將被濾掉。-------大多采用法布里-珀羅干涉儀（F-P腔）的結構，當光信號通過這種F-P腔時，由于在兩腔面之間多次反射產生多光束干涉，使得透射光譜形成具有尖銳峰的光譜圖。2023/2/337F-P腔濾波器的結構：

法布里—珀羅（F-P）腔型濾波器的主體是F-P諧振腔，它是由一對高度平行的高反射率鏡面構成的腔體，當入射光波的波長為腔長的整數倍時，光波可形成穩定振蕩，輸出光波之間會產生多光束干涉，最后輸出等間隔的梳狀波形（對應的濾波曲線為梳狀），見圖。F-P腔型可調諧濾光器

而且，F-P固定濾波器的中心波長由公式λ=2nL/N決定，其中N為正整數。如改變腔長L或腔內的折射率n，就能調諧濾波波長。

光纖F-P腔型可調諧濾波器的腔長由一段光纖和空氣隙組成，在腔體光纖的一端鍍上高反射膜，另一端鍍上抗反射膜，彼此之間留有適當空隙。

在電信號的驅動下，PZT（壓電陶瓷）可進行伸縮，造成空氣間隙變化，引起腔長的改變，從而實現波長的調諧。

改變光纖的長度同樣可以實現調節腔長的目的。其結構如圖所示。圖5.1-25光纖F-P可調諧濾波器的結構目前，世界上已研制出了多種結構的波長可調諧濾波器，其基本原理都是通過改變腔長、材料折射率或入射角度來達到波長可調諧的目的。

用來描述F-P腔傳輸特性的性能參數有：

(1)自由譜域FSR(FreeSpectrumRange)：相鄰波長(頻率)之間的距離。

(2)帶寬BW(BandWide)：諧振峰50％處的光譜寬度。

(3)精細度F(Fineness)：自由譜域與譜寬的比值。

F-P腔濾波器的帶寬取決于腔面反射率R1，R2精細常數帶寬：圖F-P腔型濾波器的譜寬、線寬和線間距的定義窄帶光學濾波器的主要技術指標：濾波器帶寬、插入損耗、自由光譜區（透射譜線不重疊的區域）以及可調諧波長范圍。2023/2/3437、光纖光柵折射率型光柵-----指折射率周期性變化的光學介質。光纖光柵----其纖芯折射率沿軸向呈周期性分布，從而對特定波長的光產生衍射.圖5.1-26圖

光纖光柵的結構最初的光纖光柵：摻鍺、摻硼、摻磷等；光纖光柵的特性：帶寬范圍大、附加損耗小、器件微型化、耦合性好、易與其他光纖器件融合為一體，滿足光纖通信器件集成化、光纖化、全光化的發展要求，因此光纖光柵器件成為通信網絡技術中的理想器件。（1）光纖光柵的基本原理根據衍射理論：且滿足布拉格衍射方程：其中：是光柵周期，n是介質折射率，m是布拉格衍射的級數。在光纖中，只考慮一級衍射（m=1)，則可以寫成：其中：是入射模式的有效折射率，是衍射模式的有效折射率。-------透射式光纖光柵反射式光纖光柵，衍射模和入射模的傳播方向相反，如果兩模式相同，則有上式變為：其中：是平均折射率。該式就是布拉格條件，滿足該條件的光柵就是布拉格光柵。比較:對于同一波長而言，透射式光纖光柵的周期要遠遠大于反射式光纖光柵。因此：透射式光纖光柵又稱為長周期光纖光柵；

反射式光纖光柵又稱為短周期光纖光柵。（2）光纖光柵的基本分類：(a)根據引起折射率變化的起因分類：

根據引起折射率變化起因的不同，即光纖光柵成柵機制與光敏機理的差異，從激光能量密度、曝光時間、熱穩定性、傳輸損耗、材料構成、摻雜濃度等因素考慮，可分為：I型、II型、III型光纖光柵。(b)根據折射率的變化結構的差異分類：根據光纖光柵空間周期分布及折射率調制深度分布是否均勻，將其分為均勻光纖光柵和非均勻光纖光柵。均勻光纖光柵：指柵格周期沿纖芯軸向均勻且折射率調制深度為一常數光纖布拉格光柵長周期光纖光柵閃耀光纖光柵非均勻光纖光柵：指柵格周期沿纖芯軸向不均勻或折射率調制深度不為常數線性啁啾光纖光柵分段啁啾光纖光柵非均勻特種光纖光柵（3）光纖光柵制作技術光纖光柵是利用光纖材料的光敏性制作的。所謂光敏性，就是指當材料被外部光照射時，引起該材料物理或化學特性的暫時性或永久性變化的特性。例如：當用特定波長的光照射摻鍺光纖時，它的折射率、吸收譜、內應力密度等物理特性會發生永久性的變化。在外部光源照明時，光纖的折射率隨光強的空間分布發生相應的變化，變化的大小與光強呈線性關系，并可以被保留下來，成為光纖光柵。2023/2/350制備光纖光柵的方法內部寫入法全息相干法相位掩膜法逐點寫入法色散補償器（4）光纖光柵的主要應用光學濾波器增益平坦器組合寫入法光分插復用器光纖光柵在光纖傳感器領域的應用光開關的開關速度或稱開關時間是一個重要的性能指標。不同的應用場合對開關時間的要求是不一樣的，如光通道的設置開關時間為1～10ms，保護倒換的開關時間為1～10μs，分組交換的開關時間為1ns，外調制器的開關時間為10ps量級。除了開關時間外，還有下面一些參數用來衡量光開關的性能。8、光開關光開關是一種光路控制器件，起著控制光路通斷和光路轉換的作用。在光通信系統中，光開關有著重要的應用，如：主、備光纖線路的切換、光纖或光纜的測量、光交換等。光開關的主要性能指標:開關速度、插入損耗、信道隔離比（串擾損耗）（1）通斷消光比：通斷消光比是指光開關處于通（開）狀態時輸出的光功率和處于斷（關）狀態時的輸出光功率之比。通斷消光比越大,光開關性能越好，這對外調制器尤為重要。機械開關的通斷消光比大約為40～50dB。（2）插入損耗（簡稱插損）：插損是指由于光開關的使用而導致的光路上的能量損耗，常以dB表示。插損越小越好。當開關處于不同的輸入/輸出連接狀態時，插入損耗有可能不一致，即插入損耗的一致性差，這對于實際的應用是不希望的。（3）串擾:串擾是指某輸出端口的功率除了有來自希望的輸入端口外，還有來自不希望的輸入端口的功率，二者的光功率之比稱為串擾。1、光開關分類（根據驅動方式分）：（1）機械式光開關：依靠光纖或光學元件的移動，使光路發生轉換。如：移動光纖式光開關、移動套管式光開關和移動透鏡（包括反射鏡、棱鏡和自聚焦透鏡）式光開關。優點：插入損耗小、消光比高、串擾低；缺點：速度慢、易磨損、容易受振動、沖擊影響，不太可能大規模集成；用于線路保護倒換、線路測試等2023/2/354（2）非機械式光開關（固體式光開關）：利用電光效應、磁光效應及聲光效應來改變波導的折射率，使光路發生變化，實現光開關的。如電光式開關、磁光式開關、熱光式開關優點：重復性好、開關速度快、可靠性高、使用壽命長、尺寸小可以單片集成等；缺點：插入損耗和串擾性能不理想。（3）半導體光波導開關：基于半導體中的各種效應實現光開關的。優點：損耗低、開關速度快、重復性好、能夠與其他元器件單片集成，以及能大規模集成等；在未來的大規模光交換、光計算、光邏輯處理中得到廣泛應用和發展。光電開關是傳感器的一種，它把發射端和接收端之間光的強弱變化轉化為電流的變化以達到探測的目的。2、幾種光開關（1）機械式光開關：是最傳統的光開關，分為鏡可動型和光纖可動型兩種。（2）磁光式開關：靠外磁場影響磁疇的寬度和角度，進而影響磁疇的有效光衍射和方位角來達到轉換即開關目的的，即利用外磁場作用下的法拉第旋光效應。（3）熱光開關：是利用熱量轉換達到開關目的的。2023/2/3565.2光纖有源器件光纖激光器和光纖放大器是潛力巨大的光纖有源器件。光纖激光器和放大器主要有三類：第一類：晶體光纖激光器與放大器，如：紅寶石單晶激光器等；第二類：利用光纖非線性光學效應制作的光纖激光器與放大器，如：受激喇曼散射和受激布里淵散射光纖激光器與放大器；第三類：摻雜光纖激光器與放大器，如：以摻稀土元素離子的光纖激光器與放大器最為重要。（因其工作波長正處于光纖通信的窗口，在光纖通信、光纖傳感領域有重要的實用價值。）1、光纖放大器光信號在傳輸過程中，由于光纖損耗和光纖色散，其幅度會越來越小，光脈沖的寬度會越來越寬，從而限制了光纖通信系統、特別是大容量光纖通信系統的傳送距離。必須在每隔一定的距離就增加一個再生中繼器，以保證信號的質量。傳統的再生中繼器的基本功能是進行光---電----光轉換，并在光信號轉變為電信號時進行再生、整形和定時處理，這種處理方法很復雜且昂貴。改變上述處理過程，用光纖放大器，即直接在光路上對光信號進行放大。20世紀80年代末，出現摻鉺光纖放大器。2023/2/358（1）光纖放大器的工作原理光纖放大器的關鍵元件是摻稀土元素光纖。受激吸收：指原子吸收一個光子能量，從基態或低能態E1躍遷到激發態或高能態E2上。

自發輻射：是指在沒有任何外界因素影響下的情況下，處于高能態的原子自發地躍遷到低能態，同時發射一個光子。

受激發射：指處于高能態的原子在受到入射光子的感應或誘導下，從高能態躍遷到低能態，同時發射一個與入射光子相同頻率的光子。入射光得到放大。在熱平衡狀態下：光輻射以自發輻射為主；而當原子系統處于上、下能級粒子集居數反轉時，將以受激發射為主，光纖放大器就是利用受激發射原理來放大光信號的。摻鉺光纖放大器(ErbiumDopedFiberAmplifier)----EDFA構成：摻鉺光纖、泵浦激光器、波分復用器、光學隔離器組成。如圖所示：2023/2/360激光二極管發出波長為980nm的泵浦光和外來波長為1550nm的信號光經波分復用器進入摻鉺光纖中，摻鉺光纖是增益介質，在有泵浦光照射的情況下，可將信號光放大。光纖隔離器主要是為了防止輸出光返回光纖放大器，產生不良的干擾。2023/2/361光纖放大器的泵浦方式有三種：前向泵浦、后向泵浦、雙向泵浦；前向泵浦：信號光和泵浦光沿同一方向傳輸；后向泵浦：信號光和泵浦光沿相反方向傳輸；雙向泵浦：泵浦光沿兩個方向同時進入光纖放大器，對信號光雙向泵浦放大。泵浦方式：泵浦光源：除980nm波長的光可以作為泵浦光外，還有670nm，800nm,1480nm的光也可作為摻鉺光纖放大器的泵浦光。用980nm波長的光作為泵浦光的優點：因為摻鉺光纖在這一波段對小信號輸入的增益系數較高，且噪聲因子最低。2023/2/362光纖放大器的應用：(a)光功率放大：將光纖放大器放在發射端光源之后，放大輸入到光纖中的光功率。優點：可以提高光纖通信系統發射端實際進入光纖中的光功率，減輕了對光源輸出功率要求高的壓力，也解決了將高功率的光從光源有效地注入光纖的耦合問題。2023/2/363(b)光中繼放大：作為在線放大器或中繼放大器應用時，將光纖放大器放在傳輸線的中間，在信號傳輸路途上對光信號進行放大。利用這類光纖在線放大器，可以取代傳統的光—電---光中繼器，實現全光光纖通信。2023/2/364(c)光前置放大：作為光前置放大器應用時，將光纖放大器放在接收端光電檢測器的前面，在光電檢測器進行光電轉換之前先對從傳輸光纖中來的光信號進行放大。優點：不會把光電檢測器及其后面的電子放大器的熱噪聲引入其中被放大，可以提高光纖通信系統接收端的信噪比。2023/2/365光纖放大器的三種主要用途2023/2/3665.2.2光纖激光器激光（Laser）---LightAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiation的各單詞頭一個字母組成的縮寫詞。意思是“通過受激輻射光擴大.激光應用很廣泛，主要有激光打標、激光焊接、激光切割、光纖通信、激光光譜、激光測距、激光雷達、激光武器、激光唱片、激光指示器、激光矯視、激光美容、激光掃描、激光滅蚊器等等.定向發光基本特性：亮度極高顏色極純能量極大2023/2/367激光指示器，又稱為激光筆、指星筆等常見的激光指示器有紅光（λ=650～660nm,635nm）、綠光（λ=515-520nm,532nm）、藍光（λ=445～450nm）和藍紫光（λ=405nm）等2023/2/368若把激發的物質放置于共振腔內，光輻射在共振腔內沿軸線方向往復反射傳播，多次通過物質，光輻射被放大許多倍，形成一束強度大、方向集中的光束“激光”，這就是激光振蕩器。用光、電及其他辦法對物質進行激勵，使得其中一部分粒子激發到能量較高的狀態，當這種狀態的粒子數大于能量較低狀態的粒子數時，由于受激輻射，物質就能對某一波長的光輻射產生放大作用，也就是這種波長的光輻射通過物質時，會發射強度放大并與入射光相位、頻率和方向一致的光輻射，這種裝置稱為激光放大器。激光器是利用受激輻射原理使光在某些受激發的物質中放大或振蕩發射的器件。2023/2/3691960年T.H.西奧多·梅曼制成了第一臺紅寶石激光器。1961年伊朗科學家A.賈文等人制成了氦氖激光器。1962年R.N.霍耳等人創制了砷化鎵半導體激光器。以后，激光器的種類就越來越多。按工作介質分，激光器可分為氣體激光器、固體激光器、半導體激光器和染料激光器4大類。2023/2/370半導體激光器半導體激光器也稱為半導體激光二極管，或簡稱激光二極管（LaserDiode，LD）。由于半導體材料本身物質結構的特異性以及半導體材料中電子運動規律的特殊性，使半導體激光器的工作特性具有其特殊性。

半導體激光器是以一定的半導體材料做工作物質而產生受激發射作用的器件。.其工作原理是通過一定的激勵方式，在半導體物質的能帶（導帶與價帶）之間，或者半導體物質的能帶與雜質（受主或施主）能級之間，實現非平衡載流子的粒子數反轉，當處于粒子數反轉狀態的大量電子與空穴復合時，便產生受激發射。2023/2/371光纖激光器（FiberLaser）是指用摻稀土元素玻璃光纖作為增益介質的激光器，光纖激光器可在光纖放大器的基礎上開發出來：在泵浦光的作用下光纖內極易形成高功率密度，造成激光工作物質的激光能級“粒子數反轉”，當適當加入正反饋回路（構成諧振腔）便可形成激光振蕩輸出。光纖激光器：光纖激光器與光纖放大器的本質區別：光纖激光器只是對增益介質內的光子進行諧振放大；而光纖放大器則是對輸入信號光放大。2023/2/3721、光纖激光器（1）結構：激光增益介質、光學諧振腔和泵浦源三部分組成；（