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(dāng)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。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(zhuǎn)分布。當(dāng)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(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)，同時釋放出一個與感應(yīng)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(chǎn)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。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。

   EDFA的基本性能

EDFA中，當(dāng)接入泵浦光功率后輸入信號光將得到放大，同時產(chǎn)生部分ASE自發(fā)輻射光，兩種光都消耗上能級的鉺粒子。當(dāng)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(zhuǎn)程度很高，并可認(rèn)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(dá)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。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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為什么使用光線放大器

在光纖放大器實用化以前，為了克服光纖傳輸中的損耗，每傳輸一段距離都要進(jìn)行“再生”，即把傳輸后的弱光信號轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)過放大、整改后，再去調(diào)制激光器，生成一定強(qiáng)度的光信號，即所謂的O—E—O光電混合中繼。但隨著傳輸碼率的提高，“再生”的難度也隨之提高，于是中繼部分成了信號傳輸容量擴(kuò)大的“瓶頸”。光纖放大器的出現(xiàn)解決了這一問題；光隔離器的作用是抑制光反射，以確保放大器工作穩(wěn)定，它必須是插進(jìn)損耗低，與偏振無關(guān)，隔離度優(yōu)于40dB。

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　光纖放大器類型介紹

以下是康冠光電為您一起分享的內(nèi)容，康冠光電專業(yè)生產(chǎn)光纖放大器，歡迎新老客戶蒞臨。

典型的EDFA結(jié)構(gòu)主要由摻鉺光纖(EDF)、泵浦光源、耦合器、隔離器等組成。

摻鉺光纖是EDFA的核心部件。它以石英光纖作為基質(zhì)，在纖芯中摻人固體激光工作物質(zhì)鉺離子，在幾米至幾十米的摻鉺光纖內(nèi)，光與物質(zhì)相互作用而被放大、增強(qiáng)。光隔離器的作用是抑制光反射，以確保放大器工作穩(wěn)定，它必須是插進(jìn)損耗低，與偏振無關(guān)，隔離度優(yōu)于40 dB。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?，一般地，采用大功率的光信號可以得到更好的傳輸效果?