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        光纖放大器的工作原理

摻鉺光纖放大器的工作原理

Er3+能級圖及放大過程：摻鉺光纖放大器之所以能放大光信號的基本原理在于Er3＋吸收泵浦光的能量，由基態(tài)4I15/2躍遷至處于高能級的泵浦態(tài)，對于不同的泵浦波長電子躍遷到不同的能級，當(dāng)用980nm波長的光泵浦時，如圖15-1所示，Er＋3從基態(tài)躍遷至泵浦態(tài)4I11/2。由于泵浦態(tài)上的載流子的壽命只有1μs，電子迅速以非輻射方式由泵浦態(tài)豫馳至亞穩(wěn)態(tài)，在亞穩(wěn)態(tài)上載流子有較長的壽命，在源源不斷的泵浦下，亞穩(wěn)態(tài)上的粒子不斷累積，從而實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布。當(dāng)有1550nm的信號光通過已被激發(fā)的鉺光纖時，在信號光的感應(yīng)下，亞穩(wěn)態(tài)上的粒子以收集受激輻射的方式躍遷到基態(tài)，同時釋放出一個與感應(yīng)光子全同的光子，從而實現(xiàn)了信號光在摻鉺光纖的傳播過程中不斷放大。在放大過程中，亞穩(wěn)態(tài)上的粒子也會以自發(fā)輻射的方式躍遷到基態(tài)，自發(fā)輻射產(chǎn)生的光子也會被放大，這種放大的自發(fā)輻射（ASE: Amplified Spontaneous Emission）會消耗泵浦光并引入噪聲。

光放大器的原理

摻鉺光纖放大器（Erbium-doped Optical Fiber Amplifier，EDFA）的組成基本上包括了摻鉺光纖，泵浦激光器，光合路器幾個部分?；诓煌挠猛?，摻鉺光纖放大器已經(jīng)發(fā)展出多種不同的結(jié)構(gòu)。

EDFA的放大原理與雷射產(chǎn)生原理類似，光纖中參雜的稀土族元素Er(3+)其亞穩(wěn)態(tài)（meta-stable state）和基態(tài)（ground state）的能量差相當(dāng)于1550nm光子的能量、

當(dāng)吸收適當(dāng)波長的泵浦光能量（980nm或1480nm）后，電子會從基態(tài)躍遷到能階較高的激發(fā)態(tài)（exciting state），接著釋放少量能量轉(zhuǎn)移到較穩(wěn)定的亞穩(wěn)態(tài)、在泵浦光源足夠時鉺離子的電子會發(fā)生居量反轉(zhuǎn)（population reverse），即高能階的亞穩(wěn)態(tài)比能階低的基態(tài)電子數(shù)量多、當(dāng)適當(dāng)?shù)墓庑盘柾ㄟ^時，亞穩(wěn)態(tài)電子會發(fā)生受激輻射效應(yīng)，放出大量同波長光子、但因為存在振動能階，所以波長不是單一而是一個范圍，典型值為1530~1570nm、

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為什么光纖放大器被廣泛應(yīng)用

惡劣的天氣情況，會對無線光通訊系統(tǒng)的傳播信號產(chǎn)生衰耗作用?？諝庵械纳⑸淞Ｗ樱瑫构饩€在空問、時間和角度上產(chǎn)生不同程度的偏差。大氣中的粒子還可能吸收激光的能量，使信號的功率衰減，在無線光通訊系統(tǒng)中光纖通訊系統(tǒng)低損耗的傳播路徑已不復(fù)存在。大氣環(huán)境多變的客觀性無法改變，要獲得更好更快的傳輸效果，對在大氣信道傳輸?shù)墓庑盘柧吞岢隽烁叩囊螅话愕?，采用大功率的光信號可以得到更好的傳輸效果。隨著光纖放大器(EDFA)的迅速發(fā)展，穩(wěn)定可靠的大功率光源將在各種應(yīng)用中滿足無線光通訊的要求。

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