【正文】 光激勵(lì)功率。 （5）取相同參數(shù)的摻餌光纖長(zhǎng)度20m，信號(hào)光功率為1 181。EDFA的閾值功率(Ppth)幾乎和信號(hào)光入射功率無(wú)關(guān)。W。W。W。 輸入信號(hào)光分別取:(a) 1 181。W。但由于參數(shù)取值不同，相同泵浦光功率下信號(hào)光獲得的增益較小。 (b) l0mW。W。 (b)10m。必須選擇合適的及Pp，才能使G最大。開(kāi)始時(shí)G隨著PP的增加而指數(shù)增加，但當(dāng)PP到一定大小時(shí)，G趨向飽和。當(dāng)長(zhǎng)度L Lopt時(shí)，泵浦光功率Pp(z) Ppth，信號(hào)光不但沒(méi)有得到放大而且被吸收，造成增益反而下降。對(duì)一定的泵浦光功率，EDFA的增益開(kāi)始隨著EDF的長(zhǎng)度增長(zhǎng)而增大，到某一長(zhǎng)度時(shí)達(dá)到最大， 然后隨著長(zhǎng)度的進(jìn)一步增加，增益反而減小，可見(jiàn)有一個(gè)最佳長(zhǎng)度(Lopt ) ,這時(shí)增益最大。m，采用典型的光纖參數(shù)。EDFA的放大特性的放大特性 （1）摻餌光纖放大器小信號(hào)增益G與泵浦功率Pp以及光纖長(zhǎng)度l的關(guān)系曲線。首先分析EDFA的增益特性。 EDFA的增益特性增益G是指輸出信號(hào)光功率Pout,與輸入信號(hào)光功率Pin,之比，一般以分貝(dB)來(lái)表示。 如果綜合上述各種應(yīng)用，一個(gè)EDFA用作接收機(jī)前置放大器，另一個(gè)EDFA用作發(fā)送機(jī)的功率提升放大器， 就可以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離的無(wú)中繼傳輸。 把EDFA置于光接收機(jī)PIN光檢側(cè)器的前面，來(lái)自光纖的信號(hào)經(jīng)EDFA放大后再由PIN檢測(cè)。 (3) 前置放大器 處于分波器之前，線路放大器之后，用于信號(hào)放大，提高接收機(jī)的靈敏度。 (2) 線路放大器 處于功率放大器之后，用于周期性地補(bǔ)償線路傳輸損耗，一般要求比較小的噪聲指數(shù)，較大的輸出光功率。 (1) 功率放大器 把EDFA置于光發(fā)射機(jī)半導(dǎo)體激光器之后，光信號(hào)經(jīng)EDFA放大后進(jìn)入光纖線路，從而使光纖傳輸?shù)臒o(wú)中繼距離 增大，可達(dá)200km以上。(4) 光纖的色散和非線性效應(yīng)可以無(wú)阻礙地得到積累。在光纖通信系統(tǒng)中需要采取特殊手段 來(lái)進(jìn)行增益譜補(bǔ)償。 (2) 增益帶寬不平坦。 (1) 波長(zhǎng)范圍固定。 (10) EDFA需要的工作電流比光一電一光中繼器小，因此可以大大減小所需電流，從而降低了對(duì)海底電纜和絕 緣特性的要求: 在放大器級(jí)聯(lián)使用中可以自動(dòng)補(bǔ)償線路上損耗的增加， 使系統(tǒng)經(jīng)久耐用。當(dāng)系統(tǒng)擴(kuò)容時(shí)，可以只改動(dòng)端機(jī)而 不改動(dòng)線路。 (8) 中繼器只有低速電子裝置和幾個(gè)無(wú)源器件，所以結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高，體積小。 (7) 增益特性穩(wěn)定。 在光纖傳感領(lǐng)域, 其可調(diào)制特性, 可作為本征光纖傳感器, 測(cè)量電壓等參量。 這些都使它在許多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。 (注：所謂極化光纖(Poled Fiber) 是指對(duì)熔石英光纖外加直流強(qiáng)電場(chǎng)進(jìn)行極化, 以及其它附加工藝處理后 (如升溫, 紫外照射, 激光注入等), 具有永久二階非線性光學(xué)效應(yīng)(例如電光效應(yīng), 倍頻效應(yīng)等) 的一種光 纖功能器件。(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(wú)關(guān)，放大特性與光信號(hào)的傳輸方向也無(wú)關(guān)， 當(dāng)光纖放大器內(nèi)無(wú)隔離器時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)雙向放大。噪聲指數(shù)低，一般為4～7dB。增益約為2040dB。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%。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。因?yàn)槭?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。 (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)。 EDFA的優(yōu)缺點(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)。(3)噪聲特性：EDFA的輸出光中，除了有信號(hào)光外，還有被放大的噪聲。3dB飽和輸出功率是指當(dāng)飽和增益下降3dB時(shí)所對(duì)應(yīng)的輸出功率，該參數(shù)反映了EDFA的最大功率輸出能力，EDFA的飽和輸出特性與泵浦功率大小、摻鉺光纖長(zhǎng)短有關(guān)。EDFA的增益大小與多種因素有關(guān)，增益一般為15dB~40dB。如圖23所示。由于Er3+離子在亞穩(wěn)態(tài)上能級(jí)壽命較長(zhǎng)，因此，很容易在亞穩(wěn)態(tài)與基態(tài)之間形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，即處于亞穩(wěn)態(tài)的Er3+粒子數(shù)比處于基態(tài)的Er3+粒子數(shù)多。圖22： EDFA的結(jié)構(gòu) EDFA的放大原理EDFA的放大作用是通過(guò)1550nm波段的信號(hào)光在摻鉺光纖中傳輸與Er3+離子相互作用產(chǎn)生的。(5)控制電路——從放大器輸出端抽取監(jiān)測(cè)信號(hào), 對(duì)放大器的泵浦光功率及輸入信號(hào)光等進(jìn)行調(diào)節(jié)、控制增益的大小, 保證輸出信號(hào)的穩(wěn)定。(3)隔離器——用于抑制光的來(lái)回反射, 保證放大器工作穩(wěn)定。 一個(gè)典型的摻鉺光纖放大器主要由以下幾部分組成(如圖22所示):(1)摻鉺光纖——是EDFA 的主體, 在石英基質(zhì)中摻入餌離子制成。類(lèi)似的產(chǎn)品還有超寬帶光放大器(UWOA)，它的覆蓋帶寬可對(duì)單根光纖中多達(dá)100路波長(zhǎng)信道進(jìn)行放大。EDFA及PDFA的工作波長(zhǎng)分別處于光纖通信的最低損耗(1550nm)及零色散波長(zhǎng)(1300nm)窗口，TDFA工作在S波段，都非常適合于光纖通信系統(tǒng)應(yīng)用。提供合適的反饋后則構(gòu)成光纖激光器。隨城域網(wǎng)建設(shè)的興起，光放大器在低價(jià)領(lǐng)域必有一番作為。FRA:寬帶、低噪聲、抑制非線 性、提高傳輸距離，進(jìn)行色散補(bǔ)償?shù)?，必將成為下一代光放大器的主流?EDFA 是目前及未來(lái)一段時(shí)間放大器的主要選擇，在骨干網(wǎng)和城域網(wǎng)/接入網(wǎng)中發(fā)揮著關(guān)鍵性作用。模塊是集成化的摻鉺光纖放大器(如圖11所示），　圖11：EDFA 內(nèi)部方塊圖分為光電一體EDFA模塊和光增益模塊兩種，其具有體積小、功耗低、使用方便等特點(diǎn)，可以根據(jù)用戶使用的情況十分方便地安裝在各種各樣的應(yīng)用系統(tǒng)中，如SDH機(jī)架內(nèi)、CATV機(jī)盒內(nèi)、DWDM系統(tǒng)機(jī)架內(nèi)。增益平坦型光纖放大器是DWDM傳輸系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，可以十分有效地解 決由于光波分復(fù)用/解復(fù)用帶來(lái)的插入損耗，使WDM系統(tǒng)的中繼問(wèn)題變得十分簡(jiǎn)單。在工程實(shí)踐中已采用過(guò)這兩種成功的方法。　光纖放大器作為整個(gè)系統(tǒng)的一個(gè)功能模塊，納入網(wǎng)管系統(tǒng)的方法一般有兩種：其一是通過(guò)光纖放大器的232C接口電路將光纖放大器的性能參數(shù)和告警信息傳輸給網(wǎng)管系統(tǒng)，進(jìn)行統(tǒng)一管理，顯示和處置。從遠(yuǎn)離前端處將光纖干線分支時(shí)，可在分支前面接入摻鉺光纖放大器，作為線路放大器，以補(bǔ)償分支損耗。 功率放大器是在CATV系統(tǒng)的前端將發(fā)射機(jī)的輸出光放大后再進(jìn)行分配，以供各方向的光纖干線傳輸用。 前期的工作是研究光纖激光器和 研究摻稀土元素光纖，后來(lái)發(fā)現(xiàn)了在光纖中摻鉺元素能夠?qū)崿F(xiàn)放大的作用，人們用摻鉺光纖制作成功摻鉺光纖放大 器。目前光纖放大器主要有摻鉺光纖放大器、半導(dǎo)體光放大器和光纖拉曼放大器三種，根據(jù)其在光 纖網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用，光纖放大器主要有三種不同的用途：在發(fā)射機(jī)側(cè)用作功率放大器以提高發(fā)射機(jī)的功率；在接收機(jī)之前作光預(yù)放大器以極大地提高光接收機(jī)的靈敏 度；在光纖傳輸線路中作中繼放大器以補(bǔ)償光纖傳輸損耗，延長(zhǎng)傳輸距離。在目前實(shí)用化的光纖放大器中主要有摻鉺光纖放大器（EDFA）、半導(dǎo)體光放大器（SOA）和光纖拉曼放大器（FRA）等，其中摻鉺光纖放大器以其優(yōu) 越的性能現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于長(zhǎng)距離、大容量、高速率的光纖通信系統(tǒng)、接入網(wǎng)、光纖CATV網(wǎng)、軍用系統(tǒng)（雷達(dá)多路數(shù)據(jù)復(fù)接、數(shù)據(jù)傳輸、制導(dǎo)等）等領(lǐng)域，作為功 率放大器、中繼放大器和前置放大器。 通過(guò)適當(dāng)?shù)倪x擇半導(dǎo)體材料, 就可獲得能使發(fā)射或吸收波長(zhǎng)處于光通信所需要的范圍(如1300nm或1550nm)內(nèi)的帶隙。 如果假設(shè)帶 內(nèi)馳豫過(guò)程比帶間復(fù)合速率快得多, 那么可以利用準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)Epn和Epp來(lái)描述 電子空穴的數(shù)目。 一個(gè)帶隙Ex把處在下面的導(dǎo)帶和上面的價(jià)帶分開(kāi), 這樣, 從一個(gè)能帶轉(zhuǎn)移到另一個(gè)能 帶內(nèi)所發(fā)生的能量改變至少是Eg, 因此, 若hvE 則半導(dǎo)體吸收光子, 當(dāng)吸收了 泵浦光子后就會(huì)在導(dǎo)帶中產(chǎn)生電子, 而在價(jià)帶中留下空穴, 然后電子和空穴都 迅速向能帶的最底點(diǎn)弛豫, 并通過(guò)發(fā)射一個(gè)能量為禁帶寬度能量的光子復(fù)合。 半導(dǎo)體在外界激勵(lì)下會(huì)產(chǎn)生非平衡載流子, 半導(dǎo)體在泵浦光激勵(lì)下怎樣產(chǎn)生光放大為?了盡可能簡(jiǎn)單, 假設(shè)半導(dǎo)體在0 K, 費(fèi)米能級(jí)在禁帶的中間位置, 因此在Ep以下的每個(gè)有效能級(jí)上被電子充滿, 則半導(dǎo)體將吸收子。自發(fā)輻射躍遷是指占據(jù)高能態(tài)的電子可以自發(fā)地躍遷到低的空能態(tài)與空穴復(fù)合, 同時(shí)發(fā)射一個(gè)光子, 這一過(guò)程稱為自發(fā)輻射發(fā)光受激輻射躍遷是指與一個(gè)理想的光子相互作用后導(dǎo)致的受激輻射。 由于電子從導(dǎo)帶底躍遷到價(jià)帶 頂?shù)臅r(shí)間常數(shù)即輻射壽命與無(wú)輻射躍遷的時(shí)間常數(shù)相比相對(duì)較長(zhǎng), 所以可以認(rèn)為電子和空穴各自保持熱平衡狀態(tài), 對(duì)載流子的這種準(zhǔn)平衡狀態(tài)分別用準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)和來(lái)表示。 在半導(dǎo)體中電子的能級(jí)限制在導(dǎo)帶和價(jià)帶兩個(gè)帶內(nèi), 在導(dǎo)帶中電子 充當(dāng)移動(dòng)載流子, 在價(jià)帶中空穴充當(dāng)載流子。光致發(fā)光是指用半導(dǎo)體的光吸收作用來(lái)產(chǎn)生非平衡載流子, 實(shí)際上是一種光向另一種光轉(zhuǎn)換的過(guò)程。 它雖也是粒子數(shù)反轉(zhuǎn)放大發(fā)光但發(fā)光的媒介是非平衡載流子即電子空穴對(duì)而非稀有元素。有源區(qū)4C3T采用混合應(yīng)變量子阱結(jié)構(gòu), 即4 個(gè)壓應(yīng)變量子阱, 3個(gè)張應(yīng)變量子阱, 壓應(yīng)變和張應(yīng)變量子阱之間用與LPN晶格 包層為p型Inp, 接觸層為重P型摻雜IaGaAsP材料, 材料的外延法生長(zhǎng)過(guò)程中, n 型摻雜源為硅烷,p 型摻雜源為二甲基鋅材料；生長(zhǎng)完成后, 采用標(biāo)準(zhǔn)的光刻、 反應(yīng)離子刻蝕、濕法腐蝕、蒸發(fā)、濺射等工藝制作脊型波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。 目前, 實(shí)現(xiàn)偏振無(wú)關(guān)半導(dǎo)體光放大器的方法有很多種, 如張應(yīng)變量子阱結(jié)構(gòu)、應(yīng)變補(bǔ)償結(jié)構(gòu)、同時(shí)采用張應(yīng)變量子阱和壓應(yīng)變量子阱的混合應(yīng)變量子阱結(jié)構(gòu)等。 把光放大器作為光通信中繼放大器使用, 入射光的偏振方向是無(wú)規(guī)則的, 最好是偏振波依賴性小的放大器。實(shí)際的放大器, 傳輸光是數(shù)微米的點(diǎn)光,可以研究假想波導(dǎo)模嚴(yán)格的無(wú)反射條件?？狗瓷渫繉泳褪窃诙嗣嬖O(shè)置單層或多層介質(zhì)層。另外, 通過(guò)改變所使用的半導(dǎo)體材料的組成可以使波長(zhǎng)使用范圍超過(guò)100nm, 這是半導(dǎo)體光放大器的一個(gè)突出特點(diǎn)。半導(dǎo)體光放大器主要是行波半導(dǎo)體激光放大器。 光放大器主要有兩類(lèi)：光纖光放大器和半導(dǎo)體光放大器。 在光通信技術(shù)的發(fā)展進(jìn)程中，不斷取得新的突破，其中尤以光放大器，特別 是摻鉺光纖放大器（EDFA）的發(fā)明最為激動(dòng)人心。于是，人們?cè)O(shè)想，是否用光放大器直接進(jìn)行光信號(hào)放 大，以實(shí)現(xiàn)全光通信。而中繼器無(wú)一例外都是采用光 —電—光的轉(zhuǎn)換方式。這種光放大器雖然已實(shí)用了，但產(chǎn)量很小。其工作帶寬是很寬的。這種光放大器已開(kāi)始商品化了，不過(guò)相當(dāng)昂貴。由此不難理解，喇曼放大是一個(gè)分布式的放大過(guò) 程，即沿整個(gè)線路逐漸放大的。而喇曼光放大器則是利用喇曼散射效應(yīng)制作成的光放大器，即大功率的激光注入光纖后，會(huì)發(fā)生非線性效應(yīng)?喇曼散射。 摻銩光纖放大器的增益帶是S波段。每一種摻雜劑的增益帶寬是不同的。光放大器主要有3種:光纖放大器、拉曼放大器以及半導(dǎo)體光放大器。在此之前，傳送信號(hào)的放大都是要實(shí)現(xiàn)光電變換及電光變換，即O/E/O變換。