摻餌光纖放大器光纖通信課程設(shè)計(編輯修改稿)
2025-07-12 06:17 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 4 I15/2躍遷至處于高能級的泵浦態(tài)，對于不同的泵浦波長電子躍遷至不同的能級，當(dāng)用 980nm波長的光泵浦時， Er3+從基態(tài)躍遷至泵浦態(tài)4I11/2。由于泵浦態(tài)上載流子的壽命時間只有 1μ s，電子迅速以 非輻射方式又泵浦態(tài)衰變到亞穩(wěn)態(tài)，在亞穩(wěn)態(tài)上載流子有較長的壽命，在源源不斷的泵浦下，亞穩(wěn)態(tài)上的粒子數(shù)積累，從而實現(xiàn)了粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布 ,如圖13所示。圖 14所示的是摻鉺光纖的放大器。 圖 13 在泵浦光激發(fā)下實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布 圖 14 摻鉺光纖的放大器 當(dāng)有 m 信號光通過已被激活的摻鉺光纖時，在信號光的感應(yīng)下，亞穩(wěn)態(tài)上的粒 子以受激輻射的方式躍遷到基態(tài)。對應(yīng)于每一次躍遷，都將產(chǎn)生一個與感應(yīng)光子完全一樣 的光子，從而實現(xiàn)了信號光在摻鉺光纖的傳播過程中不斷放大，如圖 15所示。圖 16所示 的是摻鉺光纖的放大器。 圖 15 在信號光的激勵下實現(xiàn)光的放大 圖 16 摻鉺光纖的放大器 三、 摻餌光纖放大器的基本結(jié)構(gòu) 摻鉺光纖放大器是由一段摻鉺光纖 (幾十米左右長的摻餌石英光纖，芯徑 35μ m,摻雜濃度 25～ 1000 x 106)、泵浦光源 (800nmLD陣列、 980nm和 1480nmLD)、光耦合器以及光隔離器等組成。信號光與泵浦光在摻鉺光纖內(nèi)可以在同一方向（同向泵浦）、相反方向（反向泵浦）或兩個方向（雙向泵浦）傳播， 當(dāng)信號光與泵浦光同時注入到摻餌光纖中時，餌離子在泵浦 光的作用下激發(fā)到高能級上，并很快衰變到亞穩(wěn)態(tài)能級上，形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，在入射信號光作用下回到基態(tài)時發(fā)射對應(yīng)于信號光的光子，使信號得到放大。 輸入端的光隔離器用于阻止反向的放大的自發(fā)輻射 (ASE)沿光纖返回，輸出端的隔離器用于防止可能的反饋以避免放大器發(fā)生自激。 泵浦源一般為具有高可靠性和高輸出功率的半導(dǎo)體激光二極管，它可以提供數(shù)十至數(shù)百 mw的輸出功率。 光耦合器用于將不同波長的泵浦光與 1550nm波段的信號光一起耦合至餌光纖內(nèi) 為前向（同向）泵浦摻鉺光纖放大器，表示信號光和泵浦光同向進入摻鉺光纖。光隔離器用于隔 離反饋光信號，提高穩(wěn)定性。這種結(jié)構(gòu)噪聲特性較好；后向（反向）泵浦摻鉺光纖放大器，表示信號光和泵浦光從兩個不同方向進入摻鉺光纖。這種結(jié)構(gòu)具有較高的輸出信號功率，但噪聲特性較差；雙向泵浦摻鉺光纖放大器，表示兩個泵浦光從兩個相反方向進入摻鉺光纖。這種結(jié)構(gòu)具有的輸出信號功率最高，噪聲特性也不差。 EDFA工作在 ?m窗口的損耗系數(shù)較 ?m窗口的低，僅 。已商用的 EDFA噪聲低、增益特性好、帶寬大，泵浦效率高，工作性能穩(wěn)定，技術(shù)成熟，在現(xiàn)代長途高速光通信系統(tǒng)中備受青睞。目前，“摻餌 光纖放大器 (EDFA)+密集波分復(fù)用 (DWDM－ Dense Wavelength Division Multiplexing)+非零色散光纖 (NZDF－ Zero Dispersion Fiber)+光子集成 (PIC－ Photonic Integrated Circuit) 正成為國際上長途高速光纖通信線路的主要技術(shù)方向。 注： DWDM激光的波長按照比特位并行傳輸或者字符串行傳輸方式在光纖內(nèi)傳送數(shù)據(jù)。首先把引入的光信號分配給特定頻帶內(nèi)的指定頻率（波長， lambda），然后把信號復(fù)用到一根光纖中去，采用這種方式就可以大大增加已鋪設(shè)光纜的帶寬。 四、 摻餌光纖放大器的特點 EDFA之所以得到迅速的發(fā)展，源于它一系列突出的優(yōu)點。 (1) EDFA的工作波長與光纖最小損耗窗口一致，恰好落在最佳波長區(qū) (13001600nm): (2) 因為 EDFA的主體也是一段光纖，它與線路光纖的耦合損耗很小，甚至可達到 ，耦合效率高。因為是光纖型放 大器，易于與傳輸光纖耦合連接，也可以用熔接在一起，熔接后反射損耗小 。 (3) 能量轉(zhuǎn)換效率高。激光工作物質(zhì)集中在光纖芯子中，且集中在光纖芯子中的近軸部分，餌信號光和泵浦光也是在光纖的近軸部分最強，這使得光與媒質(zhì)的作用很充分 。再加之有較長的作用長度，因而有較高的轉(zhuǎn)換效率。所需泵浦光功率較低 (數(shù)十毫瓦 )，泵浦效率卻相當(dāng)高，用 980nm光源泵浦時，增益效率可達 11dB/mW，用 1480nm光源泵浦時為 dB/mW；泵浦功率轉(zhuǎn)換為輸出功率的效率和吸收效率高于 80%. (4) 增益高、噪聲低、輸出功率大。增益約 為 2040dB。輸出功率在單光譜時可達 14dBm，而在雙泵浦時可達17dBm，甚至 20dBm。噪聲指數(shù)低，一般為 4～ 7dB: (5) 頻帶寬，在 1310nm和 1550nm窗口各有 2040nm帶寬，可以進行多信道傳輸，便于擴大傳輸容量，從而節(jié)省成本費用，對比特率高于 。 (6) 與半導(dǎo)體激光放大器不同， EDFA的增益特性與光纖極化狀態(tài)無關(guān)，放大特性與光信號的傳輸方向也無關(guān)，當(dāng)光纖放
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