EDFA的原理及應用截稿

1、 EDFA的原理及應用EDFA的原理及應用在光纖通信系統(tǒng)中，光信號在光纖中傳輸不可避免的存在著一定的損耗和色散。光損耗導致光信號能量的降低，光色散導致光脈沖展寬，從而限制了長距離的光通信。因此，當光傳輸一段距離之后就需要一個光放大器來放大光信號，從而提高接收機的靈敏度。在傳統(tǒng)的光纖通信系統(tǒng)中，解決這一問題的常規(guī)方法是采用光一電一光（OEO）中繼器，然而這種OEO的變換和處理方式在一定程度上已滿足不了現(xiàn)代傳輸?shù)囊?。光放大器的出現(xiàn)改變了這種狀況，特別是1989年誕生的摻鉺光纖放大器代表的光放大器技術是光纖通信技術上一次革命。它可以使對光信號的放大和再生中繼不再經過OEO轉換，使信號光在光纖中直接

2、得到增強和放大。這使得降低通信成本、簡化設備、且簡化了運行維護。1. EDFA的工作原理 在石英光纖的纖芯中摻入三價金屬鉺元素，這種在泵浦光的激勵下形成粒子數(shù)反轉分布，然后在信號光的作用下產生受激輻射，放出與信號光完全相同的光子形成光的放大。具體的放大過程如下圖一，E1、E2和E3分別對應基態(tài)，亞穩(wěn)態(tài)和激發(fā)態(tài)。若泵浦光的光子能量等于E3與E1之差，摻雜粒子在吸收泵浦光后，從基態(tài)E1躍遷到激發(fā)態(tài)E3。由于鉺粒子在激發(fā)態(tài)很不穩(wěn)定，激發(fā)到E3的鉺粒子很快會躍遷至亞穩(wěn)態(tài)E2.。若入射的光能量剛好等于E2與E1的能級差，這時激發(fā)到E2的鉺粒子會在入射光子的泵浦下受激輻射到E1，并且釋放一個與入射光子完全

3、相同的光子，從而實現(xiàn)光放大。圖一EDFA的放大原理2. 泵浦方式 通常EDFA的泵浦結構大致有三種:同向泵浦，反向泵浦和雙向泵浦。(1) 同向泵浦。該種方式泵浦光與信號光從同一端注入摻雜光纖。在摻鉺光纖的輸入端，泵浦光較強，故粒子翻轉激勵也強，其增益系數(shù)大，信號一進入光纖即得到較強的放大。但由于光吸收，泵浦光將沿光纖長度而衰減，這一因素使在一定的光纖長度上達到增益飽和而使噪聲增加。同向泵浦的優(yōu)點是結構簡單，缺點是噪聲性能不佳。(2) 反向泵浦，也稱為后向泵浦。在這種方案中，泵浦光與信號光從不同的方向輸入摻鉺光纖，兩者在光纖中反向傳輸。其優(yōu)點是：當光信號放大到很強時，泵浦光也很強，不易達到飽和，

4、因而噪聲性能很好。(3) 雙向泵浦。為了使EDFA中雜質離子得到充分激勵，必須提高泵浦功率，可用多個泵浦源激勵摻鉺光纖，同時前向泵浦和后向泵浦，此為雙向泵浦。在有線電視系統(tǒng)應用中，光放大器一般都采用雙泵浦源雙向泵浦結構。這種泵浦結構結合了同向泵浦和反向泵浦的優(yōu)點，使泵浦光在光纖中均勻分布，從而使其增益在光纖中均勻分布。圖二 EDFA三種泵浦方式3. EDFA的應用 EDFA使用產品主要集中在C波段(15291564nm)和L波段(15691605nm)上，目前C波段的EDFA仍在光纖放大器的占著主要市場，但新的產品則己聚焦到L波段上。未來的發(fā)展對光纖放大器要求有更寬的傳輸帶寬(12501650

5、n m)。而此帶寬范圍內的拉曼光纖放大器正受到市場越來越大的注意，因而摻鉺光纖放大器與拉曼光纖放大器的聯(lián)合成為一種必然。通常拉曼光纖放大器主要有分布式拉曼光纖放大器和分立式拉曼光纖放大器兩類。與EDFA利用摻鉺光纖作為它的增益介質不同，分布式拉曼放大器利用系統(tǒng)中的傳輸光纖作為它的增益介質。光纖拉曼放大器(FRA)是利用強泵浦光東通過光纖傳輸產生的受激拉曼散射。如果一個弱信號光與一個強泵浦光同時在一根光纖中傳輸，并且弱信號光的波長在泵浦光的拉曼增益帶寬內，則強泵浦光的能量通過受激拉曼散射轉移到弱信號光中，使弱信號光得到放大，獲得10dB左右拉曼增益。然而分立式拉曼光纖放大器有著30dB左右的增益。隨著現(xiàn)代通信業(yè)的迅速發(fā)展，需要交換的信息量成指數(shù)增長，這就要求通信系統(tǒng)具備更高的傳輸容量，即通信線路要具備更大的帶寬。將FRA和EDFA杯結合構造寬帶放大器，這樣可大大減少所需泵浦、數(shù)卻能實現(xiàn)較大(80100nm)的帶寬，且增益均衡也比較容易?，F(xiàn)在已經不局限在將FRA和EDFA簡單的聯(lián)合起來使用，而是利用分布式拉曼放大使用傳輸光纖的特性，將FRA和EDFA組合在一個模塊中構成混合拉曼EDFA寬帶光纖放大器。如圖三所示，分布式拉曼放大器采用反向泵浦式。圖三 拉曼EDFA寬帶光纖放大器的結構圖參考文獻1. Joseph c. Palais.光纖通信（第五版）M.北京：