光纤放大器原理及其应用

四、掺铒光纤光纤放大器的应用
光纤放大器的适用波段
非线性光纤放大器由于需要大功率的半导体激光器作 泵浦源(约0.5—1W)，因而很难达到实用。目前，SRS光纤 放大器和SBS光纤放大器两种非线性光纤放大器应用于实 验系统。
掺P������3+和N������3+光纤放大器工作波长为1.3µm波段。 掺铒(E������3+)光纤放大器工作波长为1．55µm(范围1.531.56µm)。 掺铒(E������3+)光纤放大器近年来得到迅速发展，并被广泛 采用。
的影响，提高系统的信噪比。信号光和泵浦光可以同方向传输
(称为同向泵)，也可以反向传输(反向泵)和双向传输(双向泵)。
三、光纤放大器原理
掺铒光纤放大器工作原理
在泵浦光源的作用下，在掺铒光纤中出现了粒子数反
转分布，产生了受激辐射，从而使光信号得到放大。由
于EDFA具有细长的纤形结构，使得有源区的能量密度很 高，光和物质的作用区很长，这样可以降低对泵浦光源 功率的要求。
由理论分析知道，铒离子有三个能级：E1、E2和E3。其中 E1能极最低，称为基态；E2能级为亚稳态，E3能级最高， 称为激发态。
三、光纤放大器原理
掺铒光纤放大器工作原理
粒子数反转E������3+在未受任何激励的情况下，处在最低能极 E1上。当泵浦光源的激光不断地激发光纤时，处于基态的粒子 获得了能量就会向高能级跃迁。如由E1跃迁到E3，由于粒子在 E3这个高能级上是不稳定的，它将迅速以元辐射跃迁过程落到 亚稳态 E2上。在该能级上，相对来讲粒子有较长的存活寿命， 此时，由于泵浦光源不断激发，则E2能级上的粒子数就不断增 加，而E1能级上的粒子数就减少，在这段掺铒光纤中实现了粒 子数反转分布状态，就具备了实现光放大的条件。
四、掺铒光纤光纤放大器的应用
应用
1、作中继器使用，实现全光通信。
四、掺铒光纤光纤放大器的应用
应用
2、作前置放大器。
四、掺铒光纤光纤放大器的应用
应用
3、作发射机的功率放大器
三、光纤放大器原理
掺铒光纤放大器工作原理
光放大当输入光信号的光子能量E=hf，正好等于E2和 E1能级差时，即E1-E2=hf，则亚稳态E2上的粒子将以受激 辐射的形式跃迁到基态E1上，并辐射出和输入光信号中光 子一样的全同光子，从而大大增加了光子的数量，使得
输入光信号在掺铒光纤中变为一个强的输出光信号，实 现了对光信号的直接放大。
三、光纤放大器原理
掺杂放大器工作原理
掺杂光纤放大器利用掺杂离子在泵浦光作用下的粒子反转
而对入射光信号提供光增益，放大器的增益特性和工作波长由 掺杂离子决定。以掺铒光纤放大器为例谈谈其工作原理。掺铒 光纤放大器的英文缩写为EDFA。EDFA主要由掺铒光纤(EDF)、 泵浦光源、光耦合器、光隔离器及光滤波器组成。
光纤通信系统中的中继器主要有两种形式：一是 光-电-光转换形式的中继器，二是直接对光信号进行 放大的光放大器。
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二、光纤放大器种类
光纤放大器种类
SRS光纤放大器
非线性光纤放大器
SBS光纤放大器
掺杂光纤放大器
掺E������3+光纤放大器 掺P������3+光纤放大器 掺N������3+光纤放大器
光纤放大器原理与应用的研究
研电1412 1142201417
张旭
一、背景简介 二、放大器种类 三、掺铒光纤放大器原理 四、掺铒光纤放大器的应用
背景简介
由于光纤损耗和光纤色散的存在，任何光纤通信 系统的传输距离都受到损耗或色散的限制。光脉冲信 号在光纤中传输。随着传输距离的增加，光纤损耗导 致脉冲幅度逐渐减小，光信号的能量逐渐降低；光纤 色散使得脉冲宽度在时间上发生展宽，产生波形畸变。 在长距离光纤传输系统中，必须在线路适当位置设立 中继器，对衰减和失真了的光信号进行处理和放大。
三、光纤放大器原理
非线性放大器工作原理
非线性光纤放大器是利用强的光源对光纤进行激发，使光
纤产生非线性效应而出现拉曼散射(SRS)和受激布里渊散射(SBS)，
光脉冲信号在这受激发的一段光纤的传输过程中得到放大。这 类光纤放大器需要对光纤注入泵浦光，泵浦光能量通过SRS或 SBS光纤放大器传送到信号光上，同时有部分能量转换成分子 振动(SRS)或声子(SBS)。 SRS与SBS光纤放大器尽管很类似，但也有一些不同： (1)对SRS光纤放大器泵浦光与信号光可以同向或反向传输；而 而SBS光纤放大器只能逆向泵浦。 (2)SBS的Stokes移动要比SRS小三个数量级。 (3)SRS光纤放大器的增益带宽为～6THz；而SRS光纤放大器的增 益带宽却相当窄，只有30—100MHz。
三、光纤放大器原理
掺杂放大器工作原理
EDFA的主体部件是泵浦光源和掺铒光纤。各部件的作用各下： (1)光耦合器是将输入光信号和泵浦光源输出的光波混合起来的 无源光器件，一般采用波分复用(WDM)。 (2)光隔离器是防止反射光影响光放大器的工作稳定性，保持光 信号 只能正向传输的器件。
(3)掺铒光纤是一段长度大约为10—100m的石英光纤，将稀土 元素铒离子E������+3注入到纤芯中，浓度为25mg／kg。 ( 4)泵浦光源为半导体激光器，输出光功率约为10—100mW， 工作波长为0.98µm。 (5)光滤波器的作用是消除光放大器的噪声，降低噪声对系统