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光放大器的分类与原理

发布时间:2016-07-25 点击数:791
 光放大器就是放大光信号,在保持光信号特征不变的条件下,增加光信号功率的有源设备。在此之前,传送信号的放大都是要实现光电转换及电光转换,即O/E/O转换。有了光放大器后就可直接实现光信号放大。光放大器的开发成功及其产业化是光纤通信技术中的一个非常重要的成果,它大大地促进了光复用技术、光孤子通信以及全光网络的发展。

      光放大器主要有2种,半导体放大器及光纤放大器。
     1、半导体放大器分为谐振式和行波式;
     2、光纤放大器分为掺稀土元素光纤放大器和非线性光学放大器。非线性光学放大器分为拉曼(SRA)和布里渊(SBA)光纤放大器。

拉曼光放大器
则是利用拉曼散射效应制作成的光放大器,即大功率的激光注入光纤后,会发生非线性效应拉曼散射。在不断发生散射的过程中,把能量转交给信号光,从而使信号光得到放大。由此不难理解,拉曼放大是一个分布式的放大过程,即沿整个线路逐渐放大的。其工作带宽可以说是很宽的,几乎不受限制。这种光放大器已开始商品化了,不过相当昂贵。

半导体光放大器
一般是指行波光放大器,工作原理与半导体激光器相类似。其工作带宽是很宽的。但增益幅度稍小一些,制造难度较大。这种光放大器虽然已实用了,但产量很小。
在其传输路径内采用光放大器的一种WDM光传输系统中,用于监视并控制放大器运行并从数据传输中作光谱分离的一个监控信号信道,可以与数据复用。披露了一种放大器的结构,它能随传输系统为增加数据处理能力的升级而升级,例如增加波段内和/或沿反方向的数据传输,但不必断开通过该放大器的准备升级的数据传输路径。这种结构是使用信道分出和插入滤波器来实现的,这些滤波器的配置,要使放大的数据传输路径伸延,通过这些滤波器的分出/插入信道。

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、