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EDFA掺铒光纤放大器是什么？

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Description

EDFA掺铒光纤放大器是什么？

EDFA

光纤放大器是光纤通讯系统对光信号直接举行放大的光放大器件。在使用光纤的通讯系统中，不需将光信号转换为电信号，直接对光信号举行放大的一种手艺。掺铒光纤放大器（EDFA，即在信号通过的纤芯中掺入了铒离子 Er3 + 的光信号放大器）是英国南安普顿大学和日本东北大学首先研制乐成的光放大器，它是光纤通讯中最伟大的发明之一。掺铒光纤是在石英光纤中掺入了少量的稀土元素铒（Er）离子的光纤，它是掺铒光纤放大器的焦点。从20世纪80年月后期最先，掺铒光纤放大器的研究事情一直取得重大的突破。WDM手艺、极大地增添了光纤通讯的容量。成为目今光纤通讯中应用最广的光放大器件。
石英光纤掺稀土元素（如Nd、Er、Pr、Tm等）后可组成多能级的激光系统，在泵浦光作用下使输入信号光直接放大。提供合适的反响后则组成光纤激光器。掺 Nd光纤放大器的事情波长为1060nm及1330nm，由于偏离光纤通讯最佳宿口及其他一些缘故原由，其生长及应用受到限制。EDFA及PDFA的事情波长划分处于光纤通讯的最低消耗（1550nm）及零色散波长（1300nm）窗口，TDFA事情在S波段，都很是适合于光纤通讯系统应用。尤其是EDFA，生长最为迅速，已适用化。
在掺铒光纤生长的基础上，一直泛起许多新型光纤放大器，例如，以掺铒光纤为基础的双带光纤放大器（DBFA），是一种宽带的光放大器，宽带险些可以笼罩整个波分复用（WDM）带宽。类似的产品尚有超宽带光放大器（UWOA），它的笼罩带宽可对单根光纤中多达100路波长信道举行放大。

EDFA的原理

EDFA 的基本结构，它主要由有源媒质（几十米左右长的掺饵石英光纤，芯径3-5微米，掺杂浓度（25-1000)x10-6）、泵浦光源（990或1480nm LD）、光耦合器及光隔离器等组成。信号光与泵浦光在铒光纤内可以在统一偏向（同向泵浦）、相反偏向（反向泵浦）或两个偏向（双向泵浦）撒播。当信号光与泵光同时注入到铒光纤中时，铒离子在泵光作用下引发到高能级上，三能级系统），并很快衰变到亚稳态能级上，在入射信号光作用下回到基态时发射对应于信号光的光子，使信号获得放大。其放大的自觉发射（ASE）谱，带宽很大（达20-40nm），且有两个峰值，划分对应于1530nm 和1550nm。
EDFA的主要优点是增益高、带宽大、输出功率高、泵浦效率高、插入消耗低、对偏振态不敏感等。
掺铒光纤放大器的事情原理掺铒光纤放大器主要是由一段掺铒光纤（长约10-30m）和泵浦光源组成。其事情原理是：掺铒光纤在泵浦光源（波长980nm或1480nm）的作用下爆发受激辐射，并且所辐射的光随着输入光信号的转变而转变，这就相当于对输入光信号举行了放大。研究批注，掺铒光纤放大器通�？苫竦�15-40db的增益，中继距离可以在原来的基础上提高100km以上。那么，人们不禁要问：科学家们为什么会想到在光纤放大器中使用掺杂铒元向来提高光波的强度呢？我们知道，铒是稀土元素的一种，而稀土元素又有其特殊的结构特点。恒久以来，人们就一直使用在光学器件中掺杂稀土元素的要领，来改善光学器件的性能，以是这并不是一个无意的因素。另外，为什么泵浦光源的波长选在980nm或1480nm呢？着实，泵浦光源的波长可以是520nm、650nm、980nm、和 1480nm，但实践证实波长1480nm的泵浦光源激光效率最高，次之是波长980nm的泵浦光源。

物理结构

掺铒光纤放大器基本结构。在输入端和输出端各有一个隔离器，目的是使光信号单向传输。泵浦激器波长为980nm或1480nm，用于提供能量。耦合器的作用是把输入光信号和泵浦光耦合进掺铒光纤中，通过掺铒光纤作用把泵浦光的能量转移到输入光信号中，实现输入光信号的能量放大。现实使用的掺铒光纤放大器为了获得较大的输出光功率，同时又具有较低的噪声指数等其他参数，接纳两个或多个泵浦源的结构，中央加上隔离器举行相互隔离。为了获得较宽较平展的增益曲线，还加入了增益平展滤波器。

优点
1.掺铒光纤的放大区域恰恰与单模光纤的最低消耗区域相重合。那么，被掺铒光纤放大器放大的光在光纤中的传输消耗小，能传输较量远的距离。
2.对数字信号的名堂及数据率“透明”。
3.放大频带宽，能在统一根光纤中传输几十甚至上百个信道。
4.噪声指数低，靠近量子极限，意味着可级联多个放大器。
5.增益饱和的恢复时间长，各个信道间的串扰极小。

分类

1.功率放大器（booster-Amplifier），处于合波器之后，用于对合波以后的多个波长信号举行功率提升，然后再举行传输，由于合波后的信号功率一样平常都较量大，以是，对一功率放大器的噪声指数、增益要求并不是很高，但要求放大后，有较量大的输出功率。
2.线路放大器（Line-Amplifier），处于功率放大器之后，用于周期性地赔偿线路传输消耗，一样平常要求较量小的噪声指数，较大的输出光功率。
3.前置放大器（Pre-Amplifier），处于分波器之前，线路放大器之后，用于信号放大，提高吸收机的迅速度（在光信噪比（OSNR）知足要讨情形下，较大的输入功率可以压制吸收机自己的噪声，提高吸收迅速度），要求噪声指数很小，对输出功率没有太大的要求。

现实应用

掺铒光纤放大器在通例光纤数字通讯系统中应用，可以省去大宗的光中继机，并且中继距离也大为增添，这关于远程光缆干线系统具有主要意义。其主要应用包括：
1、可作光距离放大器。古板的电子光纤中继器有许多局限性。如，数字信号和模拟信号相互转换时，中继器要作响应的改变；装备由低速率改酿成高速率时，中继器要随之替换；只有传输统一波长的光信号，且结构重大、价钱腾贵，等等。掺铒光纤放大器则战胜了这些弱点，不但不必随信号方法的改变而改变，并且装备扩容或用于光波分复用时，也无需替换。
2、可作光发送机的后置放大器及光吸收机的前置放大器。作光发送机的后置放大器时，可将激光器的发送功率从0db提高到+10db。作光吸收机的前置放大器时，其迅速度也可大大提高。因此，只需在线路上设1-2个掺铒放大器，其信号传输距离即可提高100-200km。
别的，掺铒光纤放大器待解决的问题
掺铒光纤放大器的奇异优越性已被众人所公认，并且获得越来越普遍的应用。可是，掺铒光纤放大器也保存着一定的局限性。好比，在长距离通讯中不可上下话路、各站营业联系较量难题、未便于查找故障、泵浦光源寿命不长，随着光纤通讯手艺的一直前进，这些问题将会获得完满的解决。