第3章 光放大器

光纖通信文峰fengwen@(科研樓B219)光纖傳感與通信教育部重點實驗室第3章光放大器在兩個端面上有增透膜，選擇適當切面角度，不會發(fā)生內反射，入射光信號只要通過一次就會得到放大。帶寬寬、飽和功率高，因此使用更為廣泛。EDFA的工作過程：EDFA的工作過程①980nm光子泵浦激光器使er3+從基態(tài)→泵浦能帶(激發(fā)態(tài))②受激離子激發(fā)態(tài)→亞穩(wěn)帶衰變得非?？?約1μs)。多余的能量以聲子形式釋放。er3+從亞穩(wěn)態(tài)能帶→底端,時間長(10ms左右)。③

若有1480nm泵浦激光器直接把電子從基態(tài)→亞穩(wěn)態(tài)能級的頂部；④電子將移到亞穩(wěn)態(tài)能級的較低端，這時出現(xiàn)粒子數(shù)反轉分布；信號光激勵,基態(tài)到亞穩(wěn)態(tài)躍遷：1.基態(tài)的離子將吸收一小部分外部光,將躍遷到亞穩(wěn)態(tài)--受激吸收⑥。⑤亞穩(wěn)態(tài)離子，無激勵光子流時，一部分躍遷到基態(tài)；自發(fā)輻射放大(ASE)--導致放大器的噪聲。2.信號光子觸發(fā)激發(fā)態(tài)的離子使其下降到基態(tài).

受激輻射-發(fā)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(tài)的新光子⑦。實現(xiàn)光信號放大。亞穩(wěn)態(tài)和基態(tài)的寬度：1530～1560nm超過1560nm時增益會穩(wěn)定下降，在大約1616nm處降至0dB。EDFA結構EDF的增益取決于Er3+的濃度、光纖長度和直徑以及泵浦光功率等多種因素，通常由實驗獲得最佳增益。波分復用器(WDM)把泵浦光與信號光耦合；基本要求：采用插入損耗小，熔拉雙錐光纖耦合器型波分復用器。光隔離器置于兩端防止光反射；保證系統(tǒng)穩(wěn)定工作和減小噪聲。光濾波器是濾除放大器噪聲，提高系統(tǒng)的信噪比。摻鉺光纖(EDF)和高功率泵浦光源是關鍵器件；對泵浦光源（波長通常為980nm或1480nm）的基本要求是大功率和長壽命?，F(xiàn)在的研究表明波長為980nm的泵浦效率最高，且噪聲較低，是未來發(fā)展的方向。不同泵浦光功率下，當光纖長度較短時，增益增加很快；而超過某一長度，增益反而下降。

原因：長度增加，纖中泵浦光功率下降，且摻鉺光纖損耗遠大于普通光纖，從而導致增益下降。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。1）增益與放大器長度的關系不同長度的摻鉺光纖，在泵浦功率不受限時，最大的光放大器增益G受限于光纖長度。泵浦功率與放大器增益關系從泵浦功率和光纖長度兩方面綜合考慮，以達到所要求的增益標準。說明：1）增益隨泵浦功率在開始時按指數(shù)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。3）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光纖(a)無泵激光的1550nm傳輸光功率(dB)波長1550nm波長光功率(dB)1550nm1450nm光纖(b)有泵激光的1550nm傳輸1550nm經光纖傳輸衰減的光1450nm1550nm如果一個弱信號和一個強泵浦光同時在光纖中傳輸，并使弱信號波長置于泵浦光的拉曼增益帶寬內，則弱信號即可被放大。這種基于SRS機制的光放大器稱為光纖拉曼放大器FRA。1.分立式拉曼放大器的應用與EDFA一