光放大器

EDFA的結(jié)構(gòu)

(a) 前向或正向泵浦結(jié)構(gòu)；(b) 后向或反向泵浦結(jié)構(gòu)；(c)雙向泵浦結(jié)構(gòu)

這三種結(jié)構(gòu)的EDFA分別稱作前向泵、后向泵和雙向泵摻鉺光纖放大器。雙向泵浦可以采用同樣波長(zhǎng)的泵浦源，也可采用1480nm和980nm雙泵浦源方式。當(dāng)有1550nm的信號(hào)光通過已被激發(fā)的鉺光纖時(shí)，在信號(hào)光的感應(yīng)下，亞穩(wěn)態(tài)上的粒子以收集受激輻射的方式躍遷到基態(tài)，同時(shí)釋放出一個(gè)與感應(yīng)光子全同的光子，從而實(shí)現(xiàn)了信號(hào)光在摻鉺光纖的傳播過程中不斷放大。980nm的泵浦源工作在放大器的前端，用以優(yōu)化噪聲性能；1480nm泵浦源工作在放大器后端，以便獲得大的功率轉(zhuǎn)換效率，這種配置既可以獲得高的輸出功率，又能得到較好的噪聲系數(shù)。

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光放大器的原理

摻鉺光纖放大器（Erbium-doped Optical Fiber Amplifier，EDFA）的組成基本上包括了摻鉺光纖，泵浦激光器，光合路器幾個(gè)部分?；诓煌挠猛荆瑩姐s光纖放大器已經(jīng)發(fā)展出多種不同的結(jié)構(gòu)。

EDFA的放大原理與雷射產(chǎn)生原理類似，光纖中參雜的稀土族元素Er(3 )其亞穩(wěn)態(tài)（meta-stable state）和基態(tài)（ground state）的能量差相當(dāng)于1550nm光子的能量、

當(dāng)吸收適當(dāng)波長(zhǎng)的泵浦光能量（980nm或1480nm）后，電子會(huì)從基態(tài)躍遷到能階較高的激發(fā)態(tài)（exciting state），接著釋放少量能量轉(zhuǎn)移到較穩(wěn)定的亞穩(wěn)態(tài)、在泵浦光源足夠時(shí)鉺離子的電子會(huì)發(fā)生居量反轉(zhuǎn)（population reverse），即高能階的亞穩(wěn)態(tài)比能階低的基態(tài)電子數(shù)量多、當(dāng)適當(dāng)?shù)墓庑盘?hào)通過時(shí)，亞穩(wěn)態(tài)電子會(huì)發(fā)生受激輻射效應(yīng)，放出大量同波長(zhǎng)光子、但因?yàn)榇嬖谡駝?dòng)能階，所以波長(zhǎng)不是單一而是一個(gè)范圍，典型值為1530~1570nm、

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由于超高速率、大容量、長(zhǎng)距離光纖通信系統(tǒng)的發(fā)展，對(duì)作為光纖通信領(lǐng)域的關(guān)鍵器件——光纖放大器在功率、帶寬和增益平坦方面提出了新的要求，因此，在未來的光纖通信網(wǎng)絡(luò)中，光纖放大器的發(fā)展方向主要有以下幾個(gè)方面：

(1)EDFA從C-Band向L-Band發(fā)展；

(2)寬頻譜、大功率的光纖拉曼放大器；

(3)將局部平坦的EDFA與光纖拉曼放大器進(jìn)行串聯(lián)使用，獲得超寬帶的平坦增益放大器；

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光纖放大器

增益與摻鉺光纖長(zhǎng)度的關(guān)系

EDFA的增益還跟輸進(jìn)光的程度、泵浦光功率及光纖中鉺離子Er3 的濃度都有關(guān)系，如小信號(hào)輸進(jìn)時(shí)的增益系數(shù)大于大信號(hào)輸進(jìn)時(shí)的增益系數(shù)。當(dāng)輸進(jìn)光弱時(shí)，高能位電子的消耗減少并可從泵激得到充分的供給，因而，受激輻射就能維持達(dá)到相當(dāng)?shù)某潭?。?dāng)光信號(hào)通過有源區(qū)域時(shí)，它會(huì)導(dǎo)致這些電子以光子的形式失去能量并回到基態(tài)。當(dāng)輸進(jìn)光變強(qiáng)時(shí)，由于高能位的電子供給不充分，受激輻射光的增加變少，于是就出現(xiàn)飽和。泵浦光功率越大，摻鉺光纖越長(zhǎng)，3 dB飽和輸出功率也就越大。其次與當(dāng)Er3 的濃度超過一定值時(shí)，增益反而會(huì)降低，因此要控制好摻鉺光纖的鉺離子濃度。

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