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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)展出多種不同的結構。

EDFA的放大原理與雷射產生原理類似，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（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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光放大器的發(fā)展趨勢

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(1)發(fā)展應變補償?shù)臒o偏振、單片集成、光橫向連接的半導體光放大器光開關；

(2)研發(fā)具有動態(tài)增益平坦技術的光纖放大器；

(3)小型化、集成化光纖放大器。

隨著新材料、新技術的不斷突破，光纖放大器在1292~1660nm波長范圍內獲得帶寬為300nm超寬帶將不是夢想，Tbit/s DWDM光網(wǎng)絡傳輸系統(tǒng)將一定會實現(xiàn)。

光纖放大器

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。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行“再生”，即把傳輸后的弱光信號轉換成電信號，經(jīng)過放大、整改后，再去調制激光器，生成一定強度的光信號，即所謂的O—E—O光電混合中繼。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。當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，產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，還要產生自發(fā)輻射(ASE)，它造成EDFA的噪聲。

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