掺铒光纤放大器

  

2009-12-11 | 掺铒光纤放大器

  

  光纤放大器是光纤通信系统对光信号直接进行放大的光放大器件。在使用光纤的通信系统中,不需将光信号转换为电信号,直接对光信号进行放大的一种技术。
  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1985年英国南安普顿大学首先研制成功的光放大器,它是光纤通信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核心。从20世纪80年代后期开始,掺铒光纤放大器的研究工作不断取得重大的突破。WDM技术、极大地增加了光纤通信的容量。成为当前光纤通信中应用最广的光放大器件。
  词名:掺铒光纤放大器
  常用别名:Erbium Doped Fiber Application Amplifier;Erbium Doped Fiber Amplifier
  缩写:EDFA
  来历:Er-Doped Fiber Amplifier
  相关术语:Optical Amplifier
  石英光纤掺稀土元素(如Nd、Er、Pr、Tm等)后可构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。提供合适的反馈后则构成光纤激光器。掺Nd光纤放大器的工作波长为1060nm及1330nm,由于偏离光纤通信{zj0}宿口及其他一些原因,其发展及应用受到限制。EDFA及PDFA的工作波长分别处于光纤通信的{zd1}损耗(1550nm)及零色散波长(1300nm)窗口,TDFA工作在S波段,都非常适合于光纤通信系统应用。尤其是EDFA,发展最为迅速,已实用化。
  在掺铒光纤发展的基础上,不断出现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,宽带几乎可以覆盖整个波分复用(WDM)带宽。类似的产品还有超宽带光放大器(UWOA),它的覆盖带宽可对单根光纤中多达100路波长信道进行放大。
  EDFA的原理
  EDFA的基本结构如图1(a)所示,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同一方向(同向泵浦)、相反方向(反向泵浦)或两个方向(双向泵浦)传播。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激发到高能级上(图1 (b),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,使信号得到放大。图1 (c)为其放大的自发发射(ASE)谱,带宽很大(达20-40nm),且有两个峰值,分别对应于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、插入损耗低、对偏振态不敏感等。

  

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