光纤放大器/EDFA,光纤放大器/EDFA的原理和分类

光纤放大器/EDFA,光纤放大器/EDFA的原理和分类

光纤放大器分类

光放大器主要有三类：

(1)半导体光放大器(SOA，Semiconductor Optical Amplifier)；

(2)掺稀土元素(铒Er、铥Tm、镨Pr、铷Nd等)的光纤放大器，主要是掺铒光纤放大器(EDFA)，还有掺铥光纤放大器〔TDFA)及掺镨光纤放大器(PDFA)等；

(3)非线性光纤放大器，主要是光纤喇曼放大器(FRA，Fiber Raman Amplifier)。这些光放大器的主要性能比较见表

EDFA(掺铒光纤放大器)

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，由于偏离光纤通信最佳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最低损耗(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。

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。

光放大器存在的问题

尽管光放大器(尤其是EDFA)有许多突出的优点，但它也不是一个理想的放大器。除了附加噪声使信号的SNR下降外，还有一些其他的不足，如：