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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發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 )其亞穩態（meta-stable state）和基態（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，電子會從基態躍遷到能階較高的激發態（exciting state），接著釋放少量能量轉移到較穩定的亞穩態、在泵浦光源足夠時鉺離子的電子會發生居量反轉（population reverse），即高能階的亞穩態比能階低的基態電子數量多、當適當的光信號通過時，亞穩態電子會發生受激輻射效應，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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光放大器的發展趨勢

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(1)發展應變補償的無偏振、單片集成、光橫向連接的半導體光放大器光開關；

(2)研發具有動態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光網絡傳輸系統將一定會實現。

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。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。

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