EDFA光纤放大器原理？

光纤放大器(英文简称:Optical

Fiber

Ampler,简写OFA)是指运用于光纤通信线路中，实现信号放大的一种新型全光放大器。根据它在光纤线路中的位置和作用，一般分为中继放大、前置放大和功率放大三种。同传统的半导体激光放大器（SOA）相比较，OFA不需要经过光电转换、电光转换和信号再生等复杂过程，可直接对信号进行全光放大，具有很好的“透明性”，特别适用于长途光通信的中继放大。可以说，OFA为实现全光通信奠定了一项技术基础。

光纤放大器技术就是在光纤的纤芯中掺入能产生激光的稀土元素，通过激光器提供的直流光激励，使通过的光信号得到放大。传统的光纤传输系统是采用光—电—光再生中继器，这种中继设备影响系统的稳定性和可靠性，为去掉上述转换过程，直接在光路上对信号进行放大传输，就要用一个全光传输型中继器来代替这种再生中继器。适用的设备有掺铒光纤放大器（EDFA）、掺镨光纤放大器（PDFA）、掺铌光纤放大器（NDFA）。目前光放大技术主要是采用EDFA。

光纤放大器(Optical

Fiber

Ampler),能将光信号进行功率放大的一种光器件。根据它在光纤线路中的位置和作用，一般分为中继放大、前置放大和功率放大三种。

种类：

光放大器一般可以分为光纤放大器和半导体光放大器两种。光纤放大器还可以分为掺铒(Er)光纤放大器，掺镨(Pr)光纤放大器以及拉曼放大器等几种。其中掺铒光纤放大器工作于1550nm波长，已经广泛应用于光纤通信工业领域。掺镨的放大器可以工作于1310nm波长，但是由于转换效率不理想，现在仍然处于实验室研究阶段。拉曼放大器是近几年开始商用化的一种新型放大器，主要应用于需要分布式放大的场合。半导体光放大器结构小巧，方便集成，一直被很多人看好。但是由于偏振效应不太理想，一直没有大规模商用化。

原理：

掺铒光纤放大器（Erbium-doped Optical Fiber Amplifer，EDFA）的组成基本上包括了掺铒光纤，泵浦激光器，光合路器几个部分。基于不同的用途，掺铒光纤放大器已经发展出多种不同的结构。

EDFA的放大原理与雷射产生原理类似，光纤中参杂的稀土族元素Er(3+)其亚稳态（meta-stable state）和基态（ground state）的能量差相当于1550nm光子的能量、

当吸收适当波长的泵浦光能量（980nm或1480nm）后，电子会从基态（跃迁到能阶较高的激发态（exciting state），接着释放少量能量转移到较稳定的亚稳态、在泵浦光源足够时铒离子的电子会发生居量反转（population reverse），即高能阶的亚稳态比能阶低的基态电子数量多、当适当的光信号通过时，亚稳态电子会发生受激辐射效应，放射出大量同波长光子、但因为存在振动能阶，所以波长不是单一而是一个范围，典型值为1530~1570nm、

放大器中的工作物质在泵浦源的作用下，大量的粒子数由低能级向高能级跃迁，是高能级存在大量粒子数，但是由于放大器没有谐振腔，故不能形成粒子数发转跃迁形成激光，在谐振腔中产生的激光光束通过放大器时，该激光作为光信号使放大器中的高能态粒子受激发向下跃迁形成高能量激光。

一般只有在低功率下谐振腔中会产生高品质的激光（线宽，脉宽，偏振等）为了使该激光还能用高功率的激光束，就用到了激光放大器。这两个工作物质有相同的能级系统目的是输出的激光保持高质量不变。

为获得高的激光能量或功率而又保持激光的质量（包括脉宽、线宽、偏振特性等），通常采用激光放大的方法。对于常规的固体、气体激光器，多采用振荡级加放大级的方案。在固体激光放大器中，使用一种相位共轭反射器（Phase Conjugate reflector）的方法，采用PCR，即可以获得很高的放大倍率，又能够保持很好的光束质量。PCR可以通过气体、固体以及光纤等介质来实现。 与此同时，半导体激光放大器也在迅速发展。偏振依赖问题曾是一个难题，由于采用了张应变量子阱结构（或采用张应变与层应变结构组成的应变补偿量子阱结构），比较好地解决了偏振依赖问题，所以半导体激光放大器的发展已显示出优势。特别是在1330nm波长上，由于目前光纤放大器还难以解决泵浦源等问题，因此 这个波段上的半导体激光放大器有望发挥大的效力。

此外，全光纤激光放大器的研制及其出色应用是近年来光子技术领域又一件引起广泛关注的大事。目前主要在1550nm波段、以掺铒光纤激光放大器(EDFA)为代表的器件研制获得成功，并在光纤通信系统中获得出色的应用，以致使光通信领域发生重大变革。提高EDFA的性能(如提高连级EDFA的信噪比、实现EDFA的增益平坦化等)、扩大EDFA的应用(如将其用于各种模式的通信系统)等，仍在深化研究之中。在新的波段，特别是在1330nm波段，实现光纤放大也是近年来被广泛研究的课题。使用氟化物光纤完成的1330nm波段的光纤放大器也引人关注。

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