光纖放大器的工作原理

摻鉺光纖放大器的工作原理

Er3 能級圖及放大過程：摻鉺光纖放大器之所以能放大光信號的基本原理在于Er3＋吸收泵浦光的能量，由基態(tài)4I15/2躍遷至處于高能級的泵浦態(tài)，對于不同的泵浦波長電子躍遷到不同的能級，當用980nm波長的光泵浦時，如圖15-1所示，Er＋3從基態(tài)躍遷至泵浦態(tài)4I11/2。如果您想要了解更多光放大器的知識，歡迎撥打圖片上的熱線聯(lián)系我們。由于泵浦態(tài)上的載流子的壽命只有1μs，電子迅速以非輻射方式由泵浦態(tài)豫馳至亞穩(wěn)態(tài)，在亞穩(wěn)態(tài)上載流子有較長的壽命，在源源不斷的泵浦下，亞穩(wěn)態(tài)上的粒子不斷累積，從而實現(xiàn)粒子數(shù)反轉分布。當有1550nm的信號光通過已被激發(fā)的鉺光纖時，在信號光的感應下，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)，同時釋放出一個與感應光子全同的光子，從而實現(xiàn)了信號光在摻鉺光纖的傳播過程中不斷放大。在放大過程中，亞穩(wěn)態(tài)上的粒子也會以自發(fā)輻射的方式躍遷到基態(tài)，自發(fā)輻射產生的光子也會被放大，這種放大的自發(fā)輻射（ASE: Amplified Spontaneous Emission）會消耗泵浦光并引入噪聲。

   EDFA的基本性能

EDFA中，當接入泵浦光功率后輸入信號光將得到放大，同時產生部分ASE自發(fā)輻射光，兩種光都消耗上能級的鉺粒子。1480nm泵浦源工作在放大器后端，以便獲得大的功率轉換效率，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)。當泵浦光功率足夠大，而信號光與ASE很弱時，上下能級的粒子數(shù)反轉程度很高，并可認為沿EDFA長度方向上的上能級粒子數(shù)保持不變，放大器的增益將達到很高的值，而且隨輸入信號光功率的增加，增益仍維持恒定不變，這種增益稱為小信號增益。

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光放大器的優(yōu)勢

光纖放大器不但可對光信號進行直接放大，同時還具有實時、高增益、寬帶、在線、低噪聲、低損耗的全光放大功能，是新一代光纖通信系統(tǒng)中必不可少的關鍵器件；由于這項技術不僅解決了損耗對光網(wǎng)絡傳輸速率與距離的限制，更重要的是它開創(chuàng)了C＋L波段的波分復用，從而將使超高速、超大容量、超長距離的波分復用（WDM）、密集波分復用（DWDM）、全光傳輸、光孤子傳輸?shù)瘸蔀楝F(xiàn)實，是光纖通信發(fā)展史的一個劃時代的里程碑。當輸進光弱時，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到相當?shù)某潭取?

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，光合路器幾個部分。基于不同的用途，摻鉺光纖放大器已經發(fā)展出多種不同的結構。

EDFA的放大原理與雷射產生原理類似，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）的能量差相當于1550nm光子的能量、

當吸收適當波長的泵浦光能量（980nm或1480nm）后，電子會從基態(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移到較穩(wěn)定的亞穩(wěn)態(tài)、在泵浦光源足夠時鉺離子的電子會發(fā)生居量反轉（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、當適當?shù)墓庑盘柾ㄟ^時，亞穩(wěn)態(tài)電子會發(fā)生受激輻射效應，放出大量同波長光子、但因為存在振動能階，所以波長不是單一而是一個范圍，典型值為1530~1570nm、

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