EDFA的基本性能
EDFA中,当接入泵浦光功率后输入信号光将得到放大,同时产生部分ASE自发辐射光,两种光都消耗上能级的铒粒子。随着光纤放大器(EDFA)的迅速发展,稳定可靠的大功率光源将在各种应用中满足无线光通讯的要求。当泵浦光功率足够大,而信号光与ASE很弱时,上下能级的粒子数反转程度很高,并可认为沿EDFA长度方向上的上能级粒子数保持不变,放大器的增益将达到
低噪声光纤放大器
EDFA的基本性能
EDFA中,当接入泵浦光功率后输入信号光将得到放大,同时产生部分ASE自发辐射光,两种光都消耗上能级的铒粒子。随着光纤放大器(EDFA)的迅速发展,稳定可靠的大功率光源将在各种应用中满足无线光通讯的要求。当泵浦光功率足够大,而信号光与ASE很弱时,上下能级的粒子数反转程度很高,并可认为沿EDFA长度方向上的上能级粒子数保持不变,放大器的增益将达到很高的值,而且随输入信号光功率的增加,增益仍维持恒定不变,这种增益称为小信号增益。
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光放大器
EDFA的结构
(a) 前向或正向泵浦结构;(b) 后向或反向泵浦结构;(c)双向泵浦结构
这三种结构的EDFA分别称作前向泵、后向泵和双向泵掺铒光纤放大器。双向泵浦可以采用同样波长的泵浦源,也可采用1480nm和980nm双泵浦源方式。当信号光子通过掺铒光纤时,与处于亚稳态的Er3+离子相互作用发生受激辐射效应,产生大量与自身完全相同的光子,这时通过掺铒光纤传输的信号光子迅速增多,产生信号放大作用。980nm的泵浦源工作在放大器的前端,用以优化噪声性能;1480nm泵浦源工作在放大器后端,以便获得大的功率转换效率,这种配置既可以获得高的输出功率,又能得到较好的噪声系数。
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光放大器的原理
掺铒光纤放大器(Erbium-doped Optical Fiber Amplifier,EDFA)的组成基本上包括了掺铒光纤,泵浦激光器,光合路器几个部分。基于不同的用途,掺铒光纤放大器已经发展出多种不同的结构。
EDFA的放大原理与雷射产生原理类似,光纤中参杂的稀土族元素Er(3+)其亚稳态(meta-stable state)和基态(ground state)的能量差相当于1550nm光子的能量、
当吸收适当波长的泵浦光能量(980nm或1480nm)后,电子会从基态跃迁到能阶较高的激发态(exciting state),接着释放少量能量转移到较稳定的亚稳态、在泵浦光源足够时铒离子的电子会发生居量反转(population reverse),即高能阶的亚稳态比能阶低的基态电子数量多、当适当的光信号通过时,亚稳态电子会发生受激辐射效应,放出大量同波长光子、但因为存在振动能阶,所以波长不是单一而是一个范围,典型值为1530~1570nm、
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