掺铒光纤放大器_EDFA_特性与技术介绍

科技创业

月刊

ＰＩＯＮＥＥＲＩＮＧＷＩＴＨＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＭＯＮＴＨＬＹ

掺铒光纤放大器（ＥＤＦＡ）特性与技术介绍

林凤华

（湖北职业技术学院

摘

要

彭俊珍

湖北

孝感

４３２０００）

阐述了掺铒光纤放大器（ＥＤＦＡ）的基本组成与工作管理，详细分析了它的特性及性能指标，指出其光纤通信

光纤放大器

掺铒光纤放大器文献标识码

原理

特性

技术

在光纤通信中的有效应用。

关键词中图分类号

ＴＮ９２９．１１Ａ

增益和增益系数的区别在于：增益主要是针对输入信号而言的，而增益系数主要是针对输入泵浦光而言的。另外，增益还与泵浦条件（包括泵浦功率和泵浦波长）有关，目前采用的主要泵浦波长是９８０ｎｍ和

光纤通信问世２０多年来已构成现代传输网主体。因此，在光纤通信中人们总希望能将信号不失真的传送得越远越好。但由于吸收散射等各种因素的影响，光纤中存在一定的损耗，使得在传输过程中光信号的幅度越来越小，从而限制了光纤通信系统的传输距离。另外，由于光纤宽带的限制，光脉冲的宽度在传输过程中愈来愈宽，从而限制了光纤通信系统特别是大量光纤通信传输系统的传送距离。２０世纪８０年代末出现的光纤放大器使上述两问题得以有效的解决。

光纤放大器中有半导体放大器、非线性光纤放大器、掺杂光纤放大器（包括掺铒掺铒光纤放大器的重要性光纤放大器）等。

主要在于它的工作波段在１５５０ｎｍ，与光纤的最低损耗窗口相一致。它的应用推动了光纤通信的发展。本文旨在对掺铒光纤放大器（ＥＤＦＡ）进行技术上的综合讨论，为其应用提供理论依据。

数反转。当具有１５５０ｎｍ波长光信号通过掺铒光纤时，亚稳态的粒子以幅射的形式跃迁至基态，并产生出和入射光信号中的光子一样的光子，从而大大增加了信号中的光子数量，即实现了信号光在ＥＤＦ中的传输过程中不断被放大的功能。

１４８ｎｍ。

由于各处的增益系数是不同的，而增益须在整个光纤上积分得到，此特性可以用来通过选择光纤长度得到较为平坦的增益谱。

１．２ＥＤＦＡ的基本组成

泵浦光ＥＤＦＡ主要由掺铒光纤（ＥＤＦ）、

源、耦合器、隔离器等组成。

光隔离器的作用是抑制光反射，以确保放大器工作稳定。第一个光隔离器在输入端，以便消除上段因放大的自发射反面传播可能引起的干扰，第二个在输出端，保护器件免收来自下段可能的逆向反射。

光耦合器的作用是将信号光和泵浦光合在一起。一般采用波分复用器实现。

２．２ＥＤＦＡ的带宽

增益频谱带宽指信号光能获得一定增

益放大的波长区域。实际上的ＥＤＦＡ的增益频率变化关系比理论的复杂得多，它还与基质光纤及其掺杂有关。在ＥＤＦＡ的增益谱宽已达到上百纳米，而且增益谱较平坦。ＥＤＦＡ的增益频谱范围在１５２５￣１５６５ｎｍ之间。

２

２．１

掺铒光纤放大器的特性及性能

指标

增益特性

增益特性表示了放大器的放大能力，其定义为输出功率与输入功率之比增益。

２．３放大自发射

处于高能态的原子或离子在没有任何

１

１．１

掺铒光纤放大器的基本组成与

入射光诱发的情况下，在可能“自发地”跃迁回到基态而发射一定波长的光波，这些光在光纤增益介质中也可能得到放大，这种发射称为放大自发射。

工作原理

放大原理

掺铒光纤放大器（ｅｒｂｉｕｍ－ｄｏｐｅｄｆｉｂｅｒ

Ｇ＝１０１ｏｇ

Ｐｏｕｔ

（ｄＢ）ｉｎ

!

（１）

（１）式中Ｐｏｕｔ，Ｐｉｎ分别表示放大器输出端与输入端的连续信号功率。增益系数是指从泵浦光源输入１ｍｗ泵浦光功率通过光纤放大器所获得的增益，其单位为ｄＢ／

２．４饱和输出功率

饱和输出功率是指光纤放大器的增益

ａｍｐｌｉｆｉｅｒ简称ＥＤＦＡ）中起光放大作用的关

键部件是掺铒光纤ＥＤＦ。铒（Ｅｒ）是一种稀土元素。在制造光纤过程中，设法向其中掺入一定量的铒离子，便形成了掺铒光纤。

降低到它的最大值一半时的输出功率，一般地随着输入信号光功率的增加，光纤放大器的输出光功率也随之增加，但二者之间不一定是线性关系。在泵浦功率一定的情况下，随着输入光功率的增加，与之相应的输出光功率的增加量要减少。即光纤放大器的增益降低。或者说，增益将随着输出光功率的增加而减少。即下降３ｄＢ时，其输出功率即为饱和输出功率（如图１）。如果最大增益为３４ｄＢ，那么，饱和输出功率即是增益为３１ｄＢ点的输出功率，很明显，增

ｍｗ。

ｇ（ｚ）＝

ｇ０ｇ０

＝

１＋ＩＳ１＋ｐｓ

（２）

Ｅｒ３＋离子在未受到任何光激励的情况

下，处在最低能级（基态）４Ｉ１５／２，当泵浦光射入，铒粒子吸收泵的能量，向高能级跃迁。泵浦光的波长不同，粒子所跃迁到的高能级也不同，铒粒子迅速以非辐射跃迁的形式由泵浦态变至亚稳态，粒子在亚稳态有较长的存活的时间，由于源源不断地进行泵浦，粒子数不断的增加，从而实现粒子

收稿日期：２００７－０３－１７

（２）式中ｇ０是由泵浦强度定的小信号增益系数，由于增益饱和现象，随着信号功率的增加，增益系数下降。（２）式中ＩＳ、ｐｓ分别为饱和光强和饱和光功率，是表明增益物质特性的量，与掺杂系数、荧光时间和跃迁截面有关。

１９６

科技创业月刊２００７年第７期

应用技术

加泵浦光功率，可以提高光纤放大器的饱和输出功率。

为光波频率，ｈ为普朗克常数，ｃ为光速，故对于泵浦光

正成为国际长途高ＤＳＦ）＋光子集成（ＰＩＣ）”

速光纤通信系统的主要技术方向。

（５）

Ｎｐ＝ＰｐλｐＧ３０２０１０

－１０图１

３ｄＢ

（５）式中的λｐ是泵浦光波长，Ｐｐ是泵浦光功率，而对于泵浦光转化成的信号光有：

４用于ＷＤＭ系统中的ＥＤＦＡ

为了确保ＷＤＭ系统的传输质量，

ＷＤＭ系统中使用的ＥＤＦＡ应有足够的带

Ｎｓ＝（Ｐｓ，ｏｕｔ－Ｐｓ，ｉｎ）ｓ（６）

宽，平坦的增益，低噪声系数和高输出功率。特别是增益平坦度，这是ＷＤＭ传输系另一方面，应统对ＥＤＦＡ的一个特殊要求。

用于ＷＤＭ系统的光纤放大器较之单信道

（７）

系统中的光纤放大器要求有更宽的带宽。

（６）式中Ｐｓ，ｏｕｔ，Ｐｓ，ｉｎ分别是输出和输入

０１０Ｐ饱和

光纤放大器的饱和输出功率

信号光的光功率，λｓ输出和输入信号光的光波长，二者相同，由（４）（５）（６）式知：

增益饱和，输出功率接近平稳。ＥＤＦＡ的饱和输出特性与泵浦功率大小和掺铒光纤长短有关。泵浦光功率越大，３ｄＢ饱和输出功率越大；光纤长度越长，３ｄＢ饱和输出功率也越大。

η＝

λｐＰＰ

$ｓ，ｏｕｔ－

ｓ，ｉｎ

（７）式中输出能量不可能大于提供光纤放大器的输入能量，所以量子转换效率总是小于１。

５结语

本文系统地介绍了ＥＤＦＡ原理、组成、

特性及其应用，在实际应用中，为了提高放大器的增益和稳定性，必须合理地设计光纤放大器的结构及选择合适的参数，合理 …… 此处隐藏：2805字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……