1、光纖通信文峰文峰 (科研樓B219)光纖傳感與通信教育部重點實驗光纖傳感與通信教育部重點實驗室室第第3章章 光放大器光放大器EDFA的工作過程的工作過程：EDFA的工作過程的工作過程 980 nm光子泵浦激光子泵浦激光器使光器使er3+從從基態基態泵泵浦能帶浦能帶(激發態激發態)受激離子激發態受激離子激發態亞穩帶衰變得非亞穩帶衰變得非常快常快(約約1s)。多余的能量以聲子多余的能量以聲子形式釋放。形式釋放。er3+從亞穩態能從亞穩態能帶帶 底端底端, 時間長時間長(10 ms左右左右)。 若有若有1480nm泵浦激光器泵浦激光器直接把電子從基態直接把電子從基態亞穩態能亞穩態能級的頂部；級的頂部

2、；電子將移到亞穩態能級的電子將移到亞穩態能級的較低端，這時出現粒子數反較低端，這時出現粒子數反轉分布；轉分布；信號光激勵信號光激勵,基態到亞基態到亞穩態躍遷：穩態躍遷： 1.基態的離子將吸收基態的離子將吸收一小部分外部光一小部分外部光,將將躍遷到亞穩態躍遷到亞穩態-受激受激吸收吸收 。亞穩態離子，無激亞穩態離子，無激勵光子流時，一部分勵光子流時，一部分躍遷到基態；躍遷到基態； 自發輻自發輻射放大射放大(ASE)-導致放導致放大器的噪聲大器的噪聲。 2. 信號光子觸發激發態的離子使其下降到基態信號光子觸發激發態的離子使其下降到基態. 受激輻射受激輻射-發射與輸入信號光子具有相同能量、相同波矢量以

3、及相發射與輸入信號光子具有相同能量、相同波矢量以及相同偏振態的新光子。同偏振態的新光子。 實現光信號放大。實現光信號放大。亞穩態和基態的寬度亞穩態和基態的寬度： 15301560nm超過超過1560nm時增益會穩定下降，時增益會穩定下降，在大約在大約1616nm處降至處降至0dB。EDFA結構結構EDF的增益取決于的增益取決于Er3+的濃度的濃度、光纖長度和直徑光纖長度和直徑以及以及泵浦光功率泵浦光功率等多種因素，通常等多種因素，通常由由實驗實驗獲得最佳增益。獲得最佳增益。波分復用器波分復用器(WDM)把泵浦光與信號光耦合；把泵浦光與信號光耦合；基本要求：基本要求：采用插入損耗小，熔拉雙錐光纖

4、耦合器型波分復用器。采用插入損耗小，熔拉雙錐光纖耦合器型波分復用器。光隔離器光隔離器置于兩端防止光反射；保證系統穩定工作和減小噪聲。置于兩端防止光反射；保證系統穩定工作和減小噪聲。光濾波器光濾波器是濾除放大器噪聲，提高系統的信噪比。是濾除放大器噪聲，提高系統的信噪比。和和是關鍵器件；是關鍵器件；對對泵浦光源（波長通常為泵浦光源（波長通常為980 nm或或1480 nm）的基本要求是大功率和長壽命。現在的基本要求是大功率和長壽命。現在的研究表明波長為的研究表明波長為980 nm的泵浦效率最高，且噪聲較低，是未來發展的方向。的泵浦效率最高，且噪聲較低，是未來發展的方向。不同泵浦光功率下，當光纖長度

5、不同泵浦光功率下，當光纖長度較短時，增益增加很快；而超過較短時，增益增加很快；而超過某一長度，增益反而下降。某一長度，增益反而下降。 原因原因：長度增加，纖中泵浦光功：長度增加，纖中泵浦光功率下降，且摻鉺光纖損耗遠大于率下降，且摻鉺光纖損耗遠大于普通光纖，從而導致增益下降。普通光纖，從而導致增益下降。摻鉺光纖長度與放大器增益關系摻鉺光纖長度與放大器增益關系對某個確定的泵浦功率存在一個最佳光纖長度，使得增益最大對某個確定的泵浦功率存在一個最佳光纖長度，使得增益最大。1）增益與放大器長度的關系）增益與放大器長度的關系不同長度的摻鉺光纖，在不同長度的摻鉺光纖，在泵浦功率不受限時，最大泵浦功率不受限時

6、，最大的光放大器增益的光放大器增益G受限于受限于光纖長度。光纖長度。泵浦功率與放大器增益關系泵浦功率與放大器增益關系從泵浦功率和光纖長度兩從泵浦功率和光纖長度兩方面綜合考慮，以達到所方面綜合考慮，以達到所要求的增益標準。要求的增益標準。說明：說明：1）增益隨泵浦功率在開始時按指數增加；）增益隨泵浦功率在開始時按指數增加；2）當泵浦功率超過一定值時，增益的增加逐漸減慢，并趨于一恒定值。）當泵浦功率超過一定值時，增益的增加逐漸減慢，并趨于一恒定值。3）長度越長，恒定值越大（隨著泵浦功率增大）。）長度越長，恒定值越大（隨著泵浦功率增大）。2）增益與泵浦功率的關系）增益與泵浦功率的關系1.分立式拉曼放大器的應用分立式拉曼放大器的應用 與與EDFA一樣集中放大，通常用于一樣集中