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(jí)圖及放大過(guò)程：摻鉺光纖放大器之所以能放大光信號(hào)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(jí)的泵浦態(tài)，對(duì)于不同的泵浦波長(zhǎng)電子躍遷到不同的能級(jí)，當(dāng)用980nm波長(zhǎng)的光泵浦時(shí)，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(shí)，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(zhǎng)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(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布。當(dāng)有1550nm的信號(hào)光通過(guò)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(guò)程中不斷放大。在放大過(guò)程中，亞穩(wěn)態(tài)上的粒子也會(huì)以自發(fā)輻射的方式躍遷到基態(tài)，自發(fā)輻射產(chǎn)生的光子也會(huì)被放大，這種放大的自發(fā)輻射（ASE: Amplified Spontaneous Emission）會(huì)消耗泵浦光并引入噪聲。

   EDFA的基本性能

EDFA中，當(dāng)接入泵浦光功率后輸入信號(hào)光將得到放大，同時(shí)產(chǎn)生部分ASE自發(fā)輻射光，兩種光都消耗上能級(jí)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(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)。當(dāng)泵浦光功率足夠大，而信號(hào)光與ASE很弱時(shí)，上下能級(jí)的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)程度很高，并可認(rèn)為沿EDFA長(zhǎng)度方向上的上能級(jí)粒子數(shù)保持不變，放大器的增益將達(dá)到很高的值，而且隨輸入信號(hào)光功率的增加，增益仍維持恒定不變，這種增益稱為小信號(hào)增益。

如需了解更多光纖放大器的相關(guān)內(nèi)容，歡迎撥打圖片上的熱線電話！

光放大器的優(yōu)勢(shì)

光纖放大器不但可對(duì)光信號(hào)進(jìn)行直接放大，同時(shí)還具有實(shí)時(shí)、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(guān)鍵器件；由于這項(xiàng)技術(shù)不僅解決了損耗對(duì)光網(wǎng)絡(luò)傳輸速率與距離的限制，更重要的是它開(kāi)創(chuàng)了C＋L波段的波分復(fù)用，從而將使超高速、超大容量、超長(zhǎng)距離的波分復(fù)用（WDM）、密集波分復(fù)用（DWDM）、全光傳輸、光孤子傳輸?shù)瘸蔀楝F(xiàn)實(shí)，是光纖通信發(fā)展史的一個(gè)劃時(shí)代的里程碑。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(gè)部分?；诓煌挠猛?，摻鉺光纖放大器已經(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(guò)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、

想要了解更多光放大器的相關(guān)內(nèi)容，請(qǐng)及時(shí)關(guān)注康冠世紀(jì)網(wǎng)站。