摻餌光纖放大器光纖通信課程設(shè)計(jì)(編輯修改稿)
2025-02-12 16:43 本頁面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 15/2躍遷至處于高能級(jí)的泵浦態(tài)，對(duì)于不同的泵浦波長(zhǎng)電子躍遷至不同的能級(jí)，當(dāng)用 980nm波長(zhǎng)的光泵浦時(shí)，E r3+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(shí)間只有 1μs，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(zhǎng)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(shí)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(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布圖 14 摻鉺光纖的放大器當(dāng)有 信號(hào)光通過已被激活的摻鉺光纖時(shí)，在信號(hào)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(duì)應(yīng)于每一次躍遷，都將產(chǎn)生一個(gè)與感應(yīng)光子完全一樣的光子，從而實(shí)現(xiàn)了信號(hào)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(hào)光的激勵(lì)下實(shí)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(zhǎng)的摻餌石英光纖，芯徑35μm,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(hào)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(gè)方向（雙向泵浦）傳播， 當(dāng)信號(hào)光與泵浦光同時(shí)注入到摻餌光纖中時(shí)，餌離子在泵浦光的作用下激發(fā)到高能級(jí)上，并很快衰變到亞穩(wěn)態(tài)能級(jí)上，形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，在入射信號(hào)光作用下回到基態(tài)時(shí)發(fā)射對(duì)應(yīng)于信號(hào)光的光子，使信號(hào)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(zhǎng)的泵浦光與1550nm 波段的信號(hào)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(hào)光和泵浦光同向進(jìn)入摻鉺光纖。光隔離器用于隔離反饋光信號(hào)，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(hào)光和泵浦光從兩個(gè)不同方向進(jìn)入摻鉺光纖。這種結(jié)構(gòu)具有較高的輸出信號(hào)功率，但噪聲特性較差；雙向泵浦摻鉺光纖放大器，表示兩個(gè)泵浦光從兩個(gè)相反方向進(jìn)入摻鉺光纖。這種結(jié)構(gòu)具有的輸出信號(hào)功率最高，噪聲特性也不差。 ??m窗口的低。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(zhǎng)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(zhǎng)途高速光纖通信線路的主要技術(shù)方向。注：DWDM激光的波長(zhǎng)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(hào)分配給特定頻帶內(nèi)的指定頻率（波長(zhǎng)，lambda），然后把信號(hào)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(diǎn)EDFA之所以得到迅速的發(fā)展，源于它一系列突出的優(yōu)點(diǎn)。(1) EDFA的工作波長(zhǎng)與光纖最小損耗窗口一致，恰好落在最佳波長(zhǎng)區(qū) (13001600nm):(2) 因?yàn)镋DFA的主體也是一段光纖，它與線路光纖的耦合損耗很小，耦合效率高。因?yàn)槭枪饫w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(hào)光和泵浦光也是在光纖的近軸部分最強(qiáng)，這使得光與媒質(zhì)的作用很充分。再加之有較長(zhǎng)的作用長(zhǎng)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(shí)，增益效率可達(dá)11dB/mW， 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(shí)可達(dá)14dBm，而在雙泵浦時(shí)可達(dá)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(jìn)行多信道傳輸，便于擴(kuò)大傳輸容量，從而節(jié)省成本費(fèi)用。(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(hào)的傳輸方向也無關(guān)，當(dāng)光纖放大
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