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(zhǎng)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(yōu)化噪聲性能；當(dāng)泵浦光功率足夠大，而信號(hào)光與ASE很弱時(shí)，上下能級(jí)的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)程度很高，并可認(rèn)為沿EDFA長(zhǎng)度方向上的上能級(jí)粒子數(shù)保持不變，放大器的增益將達(dá)到很高的值，而且隨輸入信號(hào)光功率的增加，增益仍維持恒定不變，這種增益稱為小信號(hào)增益。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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光纖放大器

EDFA的原理

EDFA的泵浦過(guò)程需要使用三能級(jí)系統(tǒng)，如圖1所示。在摻鉺光纖中注進(jìn)足夠強(qiáng)的泵浦光，就可以將大部分處于基態(tài)的Er3 離子抽運(yùn)到激發(fā)態(tài)，處于激發(fā)態(tài)的Er3 離子又迅速無(wú)輻射地轉(zhuǎn)移到亞穩(wěn)態(tài)。由于 Er3 離子在亞穩(wěn)態(tài)能級(jí)上壽命較長(zhǎng)，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(zhuǎn)。當(dāng)信號(hào)光子通過(guò)摻鉺光纖時(shí)，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(yīng)，產(chǎn)生大量與自身完全相同的光子，這時(shí)通過(guò)摻鉺光纖傳輸?shù)男盘?hào)光子迅速增多，產(chǎn)生信號(hào)放大作用。Er3 離子處于亞穩(wěn)態(tài)時(shí)，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(ASE)，它造成EDFA的噪聲。在摻鉺光纖中注進(jìn)足夠強(qiáng)的泵浦光，就可以將大部分處于基態(tài)的Er3 離子抽運(yùn)到激發(fā)態(tài)，處于激發(fā)態(tài)的Er3 離子又迅速無(wú)輻射地轉(zhuǎn)移到亞穩(wěn)態(tài)。

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摻鉺光纖放大器級(jí)聯(lián)的改進(jìn)

之所以采用摻鉺光纖放大器級(jí)聯(lián)的方式，一是插進(jìn)兩級(jí)間的光隔離器有效地抑制了第二段EDF的反向自發(fā)輻射(ASE)，使其不能進(jìn)進(jìn)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(zhuǎn)換成信號(hào)光能量；前面板提供電源開(kāi)關(guān)，LCD功率顯示，輸出功率調(diào)解旋鈕，同時(shí)提供了RS232接口，廣泛應(yīng)用于非線性光學(xué)、光纖傳感和光纖通信等領(lǐng)域。二是分為兩級(jí)后，各自的增益可以任意分配，可以根據(jù)不同的增益要求和應(yīng)用環(huán)境改變相應(yīng)的增益。