為什么光纖放大器被廣泛應(yīng)用

惡劣的天氣情況，會對無線光通訊系統(tǒng)的傳播信號產(chǎn)生衰耗作用。空氣中的散射粒子，會使光線在空問、時間和角度上產(chǎn)生不同程度的偏差。大氣中的粒子還可能吸收激光的能量，使信號的功率衰減，在無線光通訊系統(tǒng)中光纖通訊系統(tǒng)低損耗的傳播路徑已不復(fù)存在。大氣環(huán)境多變的客觀性無法改變，要獲得更好更快的傳輸效果，對在大氣信道傳輸?shù)墓庑盘柧吞岢隽烁叩囊螅话愕?，采用大功率的光信號可以得到更好的傳輸效果。隨著光纖放大器(EDFA)的迅速發(fā)展，穩(wěn)定可靠的大功率光源將在各種應(yīng)用中滿足無線光通訊的要求。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(guān)鍵器件。

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光纖放大器

EDFA的原理及結(jié)構(gòu)

摻鉺光纖放大器(EDFA)具有增益高、噪聲低、頻帶寬、輸出功率高、連接損耗低和偏振不敏感等優(yōu)點，直接對光信號進行放大，無需轉(zhuǎn)換成電信號，能夠保證光信號在小失真情況下得到穩(wěn)定的功率放大。

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EDFA的原理

EDFA的泵浦過程需要使用三能級系統(tǒng)，如圖1所示。在摻鉺光纖中注進足夠強的泵浦光，就可以將大部分處于基態(tài)的Er3 離子抽運到激發(fā)態(tài)，處于激發(fā)態(tài)的Er3 離子又迅速無輻射地轉(zhuǎn)移到亞穩(wěn)態(tài)。由于 Er3 離子在亞穩(wěn)態(tài)能級上壽命較長，因此很輕易在亞穩(wěn)態(tài)與基態(tài)之間形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。當(dāng)信號光子通過摻鉺光纖時，與處于亞穩(wěn)態(tài)的Er3 離子相互作用發(fā)生受激輻射效應(yīng)，產(chǎn)生大量與自身完全相同的光子，這時通過摻鉺光纖傳輸?shù)男盘柟庾友杆僭龆啵a(chǎn)生信號放大作用。Er3 離子處于亞穩(wěn)態(tài)時，除了發(fā)生受激輻射和受激吸收以外，還要產(chǎn)生自發(fā)輻射(ASE)，它造成EDFA的噪聲。為什么光纖放大器被廣泛應(yīng)用惡劣的天氣情況，會對無線光通訊系統(tǒng)的傳播信號產(chǎn)生衰耗作用。

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EDFA的增益與諸多因素有關(guān)，如摻鉺光纖的長度，隨著摻鉺光纖長度的增加，增益經(jīng)歷了從增加到減少的過程，這是由于隨著光纖長度的增加，光纖中的泵浦功率將下降，使得粒子反轉(zhuǎn)數(shù)降低，在低能級上的鉺離子數(shù)多于高能級上的鉺離子數(shù)，粒子數(shù)恢復(fù)到正常的數(shù)值。其次與當(dāng)Er3 的濃度超過一定值時，增益反而會降低，因此要控制好摻鉺光纖的鉺離子濃度。

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