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發(fā)布時間：2021-06-12 08:49
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光放大器
EDFA的結(jié)構(gòu)
(a) 前向或正向泵浦結(jié)構(gòu)；(b) 后向或反向泵浦結(jié)構(gòu)；(c)雙向泵浦結(jié)構(gòu)
這三種結(jié)構(gòu)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。當有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。980nm的泵浦源工作在放大器的前端，用以優(yōu)化噪聲性能；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)。
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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，光合路器幾個部分。基于不同的用途，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）的能量差相當于1550nm光子的能量、
當吸收適當波長的泵浦光能量（980nm或1480nm）后，電子會從基態(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)、在泵浦光源足夠時鉺離子的電子會發(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、當適當?shù)墓庑盘柾ㄟ^時，亞穩(wěn)態(tài)電子會發(fā)生受激輻射效應，放出大量同波長光子、但因為存在振動能階，所以波長不是單一而是一個范圍，典型值為1530~1570nm、
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由于超高速率、大容量、長距離光纖通信系統(tǒng)的發(fā)展，對作為光纖通信領域的關(guān)鍵器件——光纖放大器在功率、帶寬和增益平坦方面提出了新的要求，因此，在未來的光纖通信網(wǎng)絡中，光纖放大器的發(fā)展方向主要有以下幾個方面：
(1)EDFA從C-Band向L-Band發(fā)展；
(2)寬頻譜、大功率的光纖拉曼放大器；
(3)將局部平坦的EDFA與光纖拉曼放大器進行串聯(lián)使用，獲得超寬帶的平坦增益放大器；
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光纖放大器
增益與摻鉺光纖長度的關(guān)系
EDFA的增益還跟輸進光的程度、泵浦光功率及光纖中鉺離子Er3 的濃度都有關(guān)系，如小信號輸進時的增益系數(shù)大于大信號輸進時的增益系數(shù)。當輸進光弱時，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到相當?shù)某潭取．敼庑盘柾ㄟ^有源區(qū)域時，它會導致這些電子以光子的形式失去能量并回到基態(tài)。當輸進光變強時，由于高能位的電子供給不充分，受激輻射光的增加變少，于是就出現(xiàn)飽和。泵浦光功率越大，摻鉺光纖越長，3 dB飽和輸出功率也就越大。其次與當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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