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光放大器

EDFA的結構

(a) 前向或正向泵浦結構；(b) 后向或反向泵浦結構；(c)雙向泵浦結構

這三種結構的EDFA分別稱作前向泵、后向泵和雙向泵摻鉺光纖放大器。雙向泵浦可以采用同樣波長的泵浦源，也可采用1480nm和980nm雙泵浦源方式。980nm的泵浦源工作在放大器的前端，用以優化噪聲性能；當泵浦光功率足夠大，而信號光與ASE很弱時，上下能級的粒子數反轉程度很高，并可認為沿EDFA長度方向上的上能級粒子數保持不變，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。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。

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光纖放大器

EDFA的原理

EDFA的泵浦過程需要使用三能級系統，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的Er3 離子抽運到激發態，處于激發態的Er3 離子又迅速無輻射地轉移到亞穩態。由于 Er3 離子在亞穩態能級上壽命較長，因此很輕易在亞穩態與基態之間形成粒子數反轉。當信號光子通過摻鉺光纖時，與處于亞穩態的Er3 離子相互作用發生受激輻射效應，產生大量與自身完全相同的光子，這時通過摻鉺光纖傳輸的信號光子迅速增多，產生信號放大作用。Er3 離子處于亞穩態時，除了發生受激輻射和受激吸收以外，還要產生自發輻射(ASE)，它造成EDFA的噪聲。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的Er3 離子抽運到激發態，處于激發態的Er3 離子又迅速無輻射地轉移到亞穩態。

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摻鉺光纖放大器級聯的改進

之所以采用摻鉺光纖放大器級聯的方式，一是插進兩級間的光隔離器有效地抑制了第二段EDF的反向自發輻射(ASE)，使其不能進進首段EDF，減少了泵浦功率在反向ASE上的消耗，使泵浦光子更有效地轉換成信號光能量；前面板提供電源開關，LCD功率顯示，輸出功率調解旋鈕，同時提供了RS232接口，廣泛應用于非線性光學、光纖傳感和光纖通信等領域。二是分為兩級后，各自的增益可以任意分配，可以根據不同的增益要求和應用環境改變相應的增益。