摻鉺光纖放大器（Erbium Doped Fiber Amplifier，EDFA）是使用摻了稀有金屬鉺的成分的光纖制作而成的光學(xué)放大器。EDFA已經(jīng)成為當(dāng)今高速通信系統(tǒng)和波分復(fù)用系統(tǒng)中非常重要的器件，工作在1550nm窗口。摻鉺光纖放大器是國(guó)際上近十年來(lái)信息領(lǐng)域光電子技術(shù)的突破性成就，它的出現(xiàn)導(dǎo)致光通信技術(shù)革命，是建立全光通信傳輸網(wǎng)的三項(xiàng)核心技術(shù)EDFA、波分復(fù)用和光纖色散補(bǔ)償技術(shù)的最重要的一環(huán)。

原理

當(dāng)供給激光媒體能量使其處于激勵(lì)狀態(tài)時(shí)，即會(huì)產(chǎn)生光的受激輻射現(xiàn)象，如果能滿足使受激輻射持續(xù)進(jìn)行的條件，并用 輸入光去感應(yīng)，則能得到比其強(qiáng)的輸出光，從而起到放大作用。 EDFA的放大作用是通過(guò)1550nm波長(zhǎng)的信號(hào)光在摻鉺光纖中傳輸與Er3+（鉺離子）相互作用產(chǎn)生的。摻鉺光纖中的Er3+所 處的能量狀態(tài)是不能連續(xù)取值的，它只能處在一系列分立的能量狀態(tài)上，這些能量狀態(tài)稱(chēng)為能級(jí)，當(dāng)Er3+在未受激勵(lì) 的情況，處在最低能級(jí)即基態(tài)E1。

在摻鉺光纖中注入足夠強(qiáng)的泵浦光，就可以將大部分處于基態(tài)E1離子抽運(yùn)到高能態(tài)E3上，處于E3的Er3+離子又迅速無(wú)輻 射的轉(zhuǎn)移到亞穩(wěn)態(tài)E2上。Er3+離子在亞穩(wěn)態(tài)上能級(jí)壽命較長(zhǎng)，由于連續(xù)地泵浦，E2粒子數(shù)不斷增加，從而實(shí)現(xiàn)E1與E2粒子數(shù) 反轉(zhuǎn)，即處于E2的粒子比E1的粒子數(shù)多。當(dāng)信號(hào)光子通過(guò)摻鉺光纖時(shí)，與Er3+離子相互作用發(fā)生受激輻射效應(yīng)，E2的Er3+離 子躍遷到E1，并產(chǎn)生和入射信號(hào)光中的光子完全相同的光子（即頻率、相位，傳播方向、偏振態(tài)相同）從而大大增加信號(hào)光 子的數(shù)量，實(shí)現(xiàn)信號(hào)放大作用。Er3+離子的亞穩(wěn)態(tài)和基態(tài)具有一定的寬度，使EDFA的放大效應(yīng)具有一定波長(zhǎng)范圍，其典型值 為1530~1570nm。Er3+離子處于E2時(shí)，除了發(fā)生受激輻射和受激吸收（基態(tài)Er3+離子吸收信號(hào)光子，躍遷到E2）以外，還要產(chǎn) 生自發(fā)輻射，自發(fā)地從E2躍遷到E1，并發(fā)射出1550nm波長(zhǎng)的光子，這種光子與信號(hào)光不同，它構(gòu)成EDFA的噪聲。如果EDFA的 輸入光功率較低時(shí)，自激輻射較強(qiáng)會(huì)產(chǎn)生較大的噪聲。

結(jié)構(gòu)

EDFA一般由五個(gè)基本部分組成，即摻鉺光纖（EDF），泵浦光源（pump-LD），光無(wú)源器件（包括耦合器、光波分復(fù)用器、 光纖連接器、隔離器），控制單元、監(jiān)控接口。

光耦合器的作用是將信號(hào)光和泵浦光合在一起，一般采用波分復(fù)用器實(shí)現(xiàn)。光隔離器的作用是抑制光反射，以確保光 放大器工作穩(wěn)定，它必須是插入損耗低，與偏振無(wú)關(guān)、隔離度優(yōu)于40dB。光濾波器的作用是降低自發(fā)輻射產(chǎn)生的噪聲對(duì)系 統(tǒng)的影響。控制單元對(duì)光纖放大器的工作實(shí)時(shí)控制，并由監(jiān)控單位提供工作狀態(tài)信息。

主要優(yōu)點(diǎn)

增益高、帶寬大、輸出功率高、泵浦效率高、插入損耗低、對(duì)偏振態(tài)不敏感等。

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