一.
光纖放大器的原理結(jié)構(gòu)
Ms5qQ<0v_ i75\<X 摻鉺光纖的放大原理
Q'=7#_ Ppl :_Of EDFA的放大作用是通過1550nm波段的信號光在摻鉺光纖中傳輸與Er
3+ 離子相互作用產(chǎn)生的。在光與物質(zhì)相互作用時，光可以被看作由光子組成的粒子束，每個光子的能量為：
_( m455HZ o` QH8 E=hv
`Mg3P_}= @ ^ta)Ev 其中：E為光子的能量，v為光的頻率，h為普朗克常數(shù)。
W. {+0xx E|-5=!]fX 摻鉺光纖中的Er
3+離子所出的能量狀態(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)成為能級上，這些能量狀態(tài)成為能級。當(dāng)在摻鉺光纖中傳輸?shù)墓庾幽芰颗cEr
3+離子的某兩個能級之間的能量差相等時，Er
3+離子就會與光子發(fā)生相互作用，產(chǎn)生收激輻射和收激吸收效應(yīng)。受激輻射是指Er
3+離子與光子相互作用從高能級躍遷到低能級，發(fā)射出一個與激發(fā)光子完全相同的光子（
激光子的頻率、相位、傳播方向、偏振態(tài)相同）；受激吸收是指Er
3+離子與光子相互作用從低能集躍遷到高能級，并且吸收激發(fā)光子。為了詳細(xì)說明EDFA放大原理，圖1給出了Er
3+離子與光放大作用有關(guān)的能級結(jié)構(gòu)。
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)O*h79t^Q 如圖1所示，與Er
3+離子產(chǎn)生光放大效應(yīng)的能級由三個：高能態(tài)、亞穩(wěn)態(tài)、基態(tài)。高能態(tài)與基態(tài)之間的能量差與泵浦光子能量相同，亞穩(wěn)態(tài)與基態(tài)之間的能量與1550nm的光子能量相同。
n4{?Odrf zobFUFx 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)的Er
3+離子抽運(yùn)到高能態(tài)上，處于高能態(tài)的Er
3+離子又迅速無輻射地轉(zhuǎn)移到亞穩(wěn)態(tài)上。由于Er
3+離子在亞穩(wěn)態(tài)上能級壽命較長，因此，很容易在亞穩(wěn)態(tài)與基態(tài)之間形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，即處于亞穩(wěn)態(tài)的Er
3+粒子數(shù)比處于基態(tài)的Er
3+粒子數(shù)多。當(dāng)信號光子通過摻耳光弦，與Er
3+離子相互作用發(fā)生受激輻射效應(yīng)，產(chǎn)生大量與自身完全相同的光子，這時通過摻耳光纖傳輸?shù)男盘柟庾友杆僭龆�，產(chǎn)生信號放大作用；只有少數(shù)處于基態(tài)的Er
3+離子隊(duì)信號光子產(chǎn)生受激吸收效應(yīng)，吸收光子。Er
3+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)具有一定波長范圍，其典型值維1530—1570nm。Er
3+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(chǎn)生自發(fā)輻射，即Er
3+離子在亞穩(wěn)態(tài)上暫短停留還沒有機(jī)會與光子相互作用，就會自發(fā)地從亞穩(wěn)態(tài)躍遷到基態(tài)并發(fā)射出1550nm波段的光子，這種光子與信號光不同，它構(gòu)成EDFA的噪聲。由于自發(fā)輻射光子在摻鉺光纖中傳輸時也會得到放大，因此在EDFA的輸入光功率較低時，會產(chǎn)生較大的噪聲。
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0/eW\ 1.2光纖放大器的基本結(jié)構(gòu)
b(U5 n"cdA ]==7P;_- 光纖放大器一般由五個基本部分組成，它們是摻鉺光纖（EDF）、泵浦
激光器（Pump—LD）、光無源器件、控制單元和監(jiān)控接口（通信接口）。其中光無源器件包括：波分復(fù)用器（WDM）、光隔離器（ISO）、光纖連接器（FC/APC）和光
耦合其實(shí)防止光路中反向光對EDFA的影響與通信系統(tǒng)和光纜線路的連接變得容易，光耦合器叢輸入和輸出光中分路出一部分光（5%左右）送到光探測器（PIN），由控制單元對光纖放大器的工作進(jìn)行不間斷的控制，監(jiān)控借口向傳輸系統(tǒng)提供光纖放大器工作狀態(tài)信息，確保光纖放大器作為傳輸系統(tǒng)的一個部件，納入到統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控之中。圖2給出了三種典型慘鉺光纖放大器結(jié)構(gòu)原理圖。
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]YZ_kc^(V; kda*rl~c 二. 光纖放大器的應(yīng)用
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9hvHr[ 光纖放大器與其他放大器比較，具有輸出功率大、增益高、工作帶寬寬、與偏振無關(guān)、噪聲指數(shù)低、放大特性與系統(tǒng)比特率、數(shù)據(jù)格式無關(guān)等特點(diǎn)，它已成為新一代
光通信系統(tǒng)的關(guān)鍵器件之一。
>#S}J LZ 4\V/A+<W 摻鉺光纖放大器用在系統(tǒng)發(fā)射機(jī)輸出短，提高發(fā)送功率，延長傳輸距離；用在光纖傳輸鏈路中，補(bǔ)償光能量的損失，可增加傳輸距離；用在光接收機(jī)前，對信號進(jìn)行預(yù)防大，可提高光接收機(jī)靈敏度。應(yīng)用范圍包括干線高速光通信系統(tǒng)、海纜系統(tǒng)、本地網(wǎng)、用戶接入網(wǎng)、光纖CATV等工程。
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:ub]1I= I%[Tosud< 2.1 功率放大器
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