掺铒光纤放大器（EDFA）工作原理

掺铒光纤放大器（EDFA）工作原理
随着广播电视传输技术的飞速发展，有线电视干线传输模式从同轴电缆时代走向光缆时代，光波长从1310nm时代走向l550nm时代。

1550nm传输系统以其低损耗、传输距离远、资金投入低廉等优点．在日前的有线电视传输系统中得以广泛使用。

而1550nm传输系统中使用最广泛的的核心器件就是掺铒光纤放大器(EDFA)，掌握EDFA 的原理及日常维护技术是当前广播电视技术人员最迫切的任务。

光放大器一般可以分为光纤放大器和半导体光放大器两种。

光纤放大器还可以分为掺铒(Er)光纤放大器，掺镨(Pr)光纤放大器以及拉曼放大器等几种。

其中掺铒光纤放大器工作于1550nm波长，已经广泛应用于光纤通信工业领域。

一、掺铒光纤放大器（EDFA）工作原理
1.EDFA基本模型如下图所示，主要由掺铒光纤、泵源、隔离器、合波器、耦合器、探测器及控制电路等部分组成。

其中，掺铒光纤是放大器最基础、关键的器件；泵源的作用是用来向掺铒光纤提供能量，将基态的铒离子(Er3+)激励到高能态，致使粒子数发生反转，从而产生受激辐射，实现对1550nm波段光信号的放大．现在用得最广泛的泵源是980nm的LD;隔离器主要用来防止放
大器产生自激振荡：合波器的作用是将泵浦光耦合到掺铒光纤中去：耦合器则是将信号光分出一部分提供给探测器，以便实现对放大器工作状态的实时监控。

2.EDFA的放大原理与雷射产生原理类似，光纤中掺杂的稀土族元素Er(3+)其亚稳态和基态的能量差相当于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，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，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，放射出大量同波长光子，但因为存在振动能阶，所以波长不是单一的而是一个范围，典型值为1530nm~1570nm。

二、EDFA在CATV传输系统中应用
在CATV1550nm系统中使用EDFA，信号可以被分配到大量的终端用户和远距离用户。

1550nm网络的前端系统构造如下图所示。

一般由一台外调制发射机再推动一台光放大器组成，EDFA输出的光功率经分路器分配后送往各乡镇机房，然后经分路器分配送往各光放大器，再进行星形分配到各行政村，再经分路器分配后送到各光接收机。

在1550nm网络系统中，通过EDFA之后，网络只牺牲一定数量的载噪比CNR，而cso和CTB基本不受影响。

通过技术处理之后，光纤的受激布里渊散射(SBS)和色散得到有效控制之后1，1550nm系统在长距离传输(<200km)上通过大功率输出，CNR、cso、CTB指标能达到四级图像要求。