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一、摻鉺光纖的放大原理
EDFA的放大作用是通過(guò)1550nm波段的信號(hào)光在摻鉺光纖中傳輸與Er3+ 離子相互作用產(chǎn)生的。在光與物質(zhì)相互作用時(shí)，光可以被看作由光子組成的粒子束，每個(gè)光子的能量為：E=hv 其中E為光子的能量，v為光的頻率，h為普朗克常數(shù)。
摻鉺光纖中的Er3+離子所出的能量狀態(tài)是不能連續(xù)取值的，它只能處在一系列分立的能量狀態(tài)成為能級(jí)上，這些能量狀態(tài)成為能級(jí)。當(dāng)在摻鉺光纖中傳輸?shù)墓庾幽芰颗cEr3+離子的某兩個(gè)能級(jí)之間的能量差相等時(shí)，Er3+離子就會(huì)與光子發(fā)生相互作用，產(chǎn)生收激輻射和收激吸收效應(yīng)。受激輻射是指Er3+離子與光子相互作用從高能級(jí)躍遷到低能級(jí)，發(fā)射出一個(gè)與激發(fā)光子完全相同的光子（激光子的頻率、相位、傳播方向、偏振態(tài)相同）；受激吸收是指Er3+離子與光子相互作用從低能集躍遷到高能級(jí)，并且吸收激發(fā)光子。
在摻鉺光纖中注入足夠強(qiáng)的泵浦光，就可以將大部分處于基態(tài)的Er3+離子抽運(yùn)到高能態(tài)上，處于高能態(tài)的Er3+離子又迅速無(wú)輻射地轉(zhuǎn)移到亞穩(wěn)態(tài)上。由于 Er3+離子在亞穩(wěn)態(tài)上能級(jí)壽命較長(zhǎng)，因此，很容易在亞穩(wěn)態(tài)與基態(tài)之間形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，即處于亞穩(wěn)態(tài)的Er3+粒子數(shù)比處于基態(tài)的Er3+粒子數(shù)多。當(dāng)信號(hào)光子通過(guò)摻耳光弦，與Er3+離子相互作用發(fā)生受激輻射效應(yīng)，產(chǎn)生大量與自身完全相同的光子，這時(shí)通過(guò)摻耳光纖傳輸?shù)男盘?hào)光子迅速增多，產(chǎn)生信號(hào)放大作用；只有少數(shù)處于基態(tài)的Er3+離子隊(duì)信號(hào)光子產(chǎn)生受激吸收效應(yīng)，吸收光子。Er3+離子的亞穩(wěn)態(tài)和基態(tài)具有一定的寬度，使EDFA的放大效應(yīng)具有一定波長(zhǎng)范圍，其典型值維1530—1570nm。Er3+離子處于亞穩(wěn)態(tài)時(shí)，除了發(fā)生受激輻射和受激吸收以外，還要產(chǎn)生自發(fā)輻射，即Er3+離子在亞穩(wěn)態(tài)上暫短停留還沒(méi)有機(jī)會(huì)與光子相互作用，就會(huì)自發(fā)地從亞穩(wěn)態(tài)躍遷到基態(tài)并發(fā)射出1550nm波段的光子，這種光子與信號(hào)光不同，它構(gòu)成EDFA的噪聲。由于自發(fā)輻射光子在摻鉺光纖中傳輸時(shí)也會(huì)得到放大，因此在EDFA的輸入光功率較低時(shí)，會(huì)產(chǎn)生較大的噪聲。
光纖放大器與其他放大器比較，具有輸出功率大、增益高、工作帶寬寬、與偏振無(wú)關(guān)、噪聲指數(shù)低、放大特性與系統(tǒng)比特率、數(shù)據(jù)格式無(wú)關(guān)等特點(diǎn)，它已成為新一代光通信系統(tǒng)的關(guān)鍵器件之一。
摻鉺光纖放大器用在系統(tǒng)發(fā)射機(jī)輸出短，提高發(fā)送功率，延長(zhǎng)傳輸距離；用在光纖傳輸鏈路中，補(bǔ)償光能量的損失，可增加傳輸距離；用在光接收機(jī)前，對(duì)信號(hào)進(jìn)行預(yù)防大，可提高光接收機(jī)靈敏度。應(yīng)用范圍包括干線高速光通信系統(tǒng)、海纜系統(tǒng)、本地網(wǎng)、用戶接入網(wǎng)、光纖CATV等工程。
2.1 功率放大器
摻鉺光纖放大器作為功率放大器有許多特殊功能是電子線路放大器所不能比擬的，分述如下：
2.1.1 摻鉺光纖放大器可用作數(shù)字、模擬以及相干光通信的功率放大器。即如果線路上已采用摻鉺光纖放大器做功率放大器，那么，不管它需要傳輸數(shù)字信號(hào)還是傳輸模擬信號(hào)，不必改變摻鉺光纖放大器線路設(shè)備。
2.1.2 摻鉺光纖放大器可傳輸不同的碼率。如果需要擴(kuò)容，由低碼率改變?yōu)楦叽a率時(shí)，不必改變摻鉺光纖放大器線路設(shè)備。
