光纖放大器/EDFA,光纖放大器/EDFA的原理和分類

光纖放大器/EDFA,光纖放大器/EDFA的原理和分類

光纖放大器分類

光放大器主要有三類：

(1)半導(dǎo)體光放大器(SOA，Semiconductor Optical Amplifier)；

(2)摻稀土元素(鉺Er、銩Tm、鐠Pr、銣Nd等)的光纖放大器，主要是摻鉺光纖放大器(EDFA)，還有摻銩光纖放大器〔TDFA)及摻鐠光纖放大器(PDFA)等；

(3)非線性光纖放大器，主要是光纖喇曼放大器(FRA，F(xiàn)iber Raman Amplifier)。這些光放大器的主要性能比較見表

EDFA(摻鉺光纖放大器)

石英光纖摻稀土元素(如Nd、Er、Pr、Tm等)后可構(gòu)成多能級的激光系統(tǒng)，在泵浦光作用下使輸入信號光直接放大．提供合適的反饋后則構(gòu)成光纖激光器。摻Nd光纖放大器的工作波長為1060nm及1330nm，由于偏離光纖通信最佳宿口及其他一些原因，其發(fā)展及應(yīng)用受到限制。EDFA及PDFA的工作波長分別處于光纖通信的最低損耗(1550nm)及零色散波長(1300nm)窗口，TDFA工作在S波段，都非常適合于光纖通信系統(tǒng)應(yīng)用。尤其是EDFA，發(fā)展最為迅速，已實用化。

EDFA的原理

EDFA的基本結(jié)構(gòu)如圖1(a)所示，它主要由有源媒質(zhì)(幾十米左右長的摻餌石英光纖，芯徑3-5微米，摻雜濃度(25-1000)x10-6)、泵浦光源(990或1480nm LD)、光耦合器及光隔離器等組成。信號光與泵浦光在鉺光纖內(nèi)可以在同一方向(同向泵浦)、相反方向(反向泵浦)或兩個方向(雙向泵浦)傳播。當(dāng)信號光與泵光同時注入到鉺光纖中時，鉺離子在泵光作用下激發(fā)到高能級上(圖1 (b)，三能級系統(tǒng))，并很快衰變到亞穩(wěn)態(tài)能級上，在入射信號光作用下回到基態(tài)時發(fā)射對應(yīng)于信號光的光子，使信號得到放大。圖1 (c)為其放大的自發(fā)發(fā)射(ASE)譜，帶寬很大(達20-40nm)，且有兩個峰值，分別對應(yīng)于1530nm和1550nm。

EDFA的主要優(yōu)點是增益高、帶寬大、輸出功率高、泵浦效率高、插入損耗低、對偏振態(tài)不敏感等。

光放大器存在的問題

盡管光放大器(尤其是EDFA)有許多突出的優(yōu)點，但它也不是一個理想的放大器。除了附加噪聲使信號的SNR下降外，還有一些其他的不足，如：