光(guang)(guang)(guang)放(fang)大(da)(da)技(ji)術(shu)(shu)(shu)是指不需(xu)要進行(xing)光(guang)(guang)(guang)—電(dian)—光(guang)(guang)(guang)的(de)(de)轉換(huan)，直接對光(guang)(guang)(guang)信號進行(xing)實(shi)時(shi)、在線(xian)、透明(ming)放(fang)大(da)(da)的(de)(de)技(ji)術(shu)(shu)(shu)。其(qi)核心器(qi)(qi)件為光(guang)(guang)(guang)放(fang)大(da)(da)器(qi)(qi)，它是一種(zhong)全光(guang)(guang)(guang)放(fang)大(da)(da)器(qi)(qi)，主要由(you)增益(yi)介質(zhi)、輸(shu)入(ru)輸(shu)出結構等構成(cheng)，其(qi)作用(yong)是增強光(guang)(guang)(guang)信號的(de)(de)功率，放(fang)大(da)(da)輸(shu)入(ru)的(de)(de)弱光(guang)(guang)(guang)信號。在光(guang)(guang)(guang)纖通信技(ji)術(shu)(shu)(shu)中(zhong)(zhong)，由(you)傳統的(de)(de)光(guang)(guang)(guang)電(dian)混(hun)合中(zhong)(zhong)繼(ji)(ji)放(fang)大(da)(da)器(qi)(qi)到純光(guang)(guang)(guang)放(fang)大(da)(da)器(qi)(qi)是一個重大(da)(da)的(de)(de)飛躍(yue)。這意味著(zhu)光(guang)(guang)(guang)電(dian)中(zhong)(zhong)繼(ji)(ji)器(qi)(qi)中(zhong)(zhong)由(you)于電(dian)子響應速度和(he)(he)寬帶限制所帶來的(de)(de)“電(dian)子瓶頸”的(de)(de)影(ying)響將(jiang)不復(fu)存(cun)在，利用(yong)原(yuan)有的(de)(de)系(xi)統進行(xing)高速率信號傳輸(shu)將(jiang)成(cheng)為現實(shi)。同(tong)時(shi)，它也使得(de)光(guang)(guang)(guang)通信系(xi)統中(zhong)(zhong)波分(fen)復(fu)用(yong)技(ji)術(shu)(shu)(shu)和(he)(he)密(mi)集波分(fen)復(fu)用(yong)技(ji)術(shu)(shu)(shu)的(de)(de)實(shi)現成(cheng)為可能。

光放大器的基本原理

根(gen)(gen)據放(fang)(fang)(fang)大(da)(da)所采(cai)用的增(zeng)益介(jie)質(zhi)和(he)放(fang)(fang)(fang)大(da)(da)工作原(yuan)理(li)的不同，可對(dui)放(fang)(fang)(fang)大(da)(da)器(qi)(qi)做(zuo)不同的區分(fen)。按(an)照采(cai)用的增(zeng)益介(jie)質(zhi)可將光(guang)(guang)放(fang)(fang)(fang)大(da)(da)器(qi)(qi)分(fen)為(wei)兩類，一類是(shi)半導體放(fang)(fang)(fang)大(da)(da)器(qi)(qi)，另(ling)一類是(shi)光(guang)(guang)纖放(fang)(fang)(fang)大(da)(da)器(qi)(qi)。前者(zhe)的增(zeng)益介(jie)質(zhi)是(shi)半導體晶體材料(liao)構成的PN結，后者(zhe)則是(shi)光(guang)(guang)纖。而在(zai)光(guang)(guang)纖放(fang)(fang)(fang)大(da)(da)器(qi)(qi)中，根(gen)(gen)據放(fang)(fang)(fang)大(da)(da)機理(li)的不同，又可區分(fen)為(wei)稀土摻雜放(fang)(fang)(fang)大(da)(da)器(qi)(qi)（如(ru)摻鉺(er)光(guang)(guang)纖放(fang)(fang)(fang)大(da)(da)器(qi)(qi)，）和(he)分(fen)布式(shi)光(guang)(guang)纖放(fang)(fang)(fang)大(da)(da)器(qi)(qi)（如(ru)拉(la)曼光(guang)(guang)纖放(fang)(fang)(fang)大(da)(da)器(qi)(qi)）等。

摻鉺光纖放大器

摻鉺光(guang)纖(xian)放(fang)大器(qi)的(de)增益(yi)介質是鉺離子，它在光(guang)纖(xian)制作過程(cheng)中(zhong)(zhong)被摻入纖(xian)芯中(zhong)(zhong)。其(qi)能(neng)(neng)夠(gou)放(fang)大的(de)機理(li)及(ji)(ji)信號波長(chang)與鉺離子的(de)能(neng)(neng)級分(fen)布(bu)有關。摻鉺光(guang)纖(xian)的(de)結構(gou)如圖，三(san)價(jia)的(de)鉺離子位于EDF纖(xian)芯中(zhong)(zhong)央，這(zhe)將有利于其(qi)盡大地吸收泵浦及(ji)(ji)信號能(neng)(neng)量，以產生佳的(de)放(fang)大效果；纖(xian)芯外(wai)是外(wai)徑(jing)為125 um的(de)包層(ceng)；外(wai)層(ceng)是外(wai)徑(jing)為250 um的(de)保護(hu)層(ceng)，其(qi)折射率(lv)(lv)略大于包層(ceng)折射率(lv)(lv)，因而(er)可將從包層(ceng)中(zhong)(zhong)輻射出的(de)光(guang)轉(zhuan)移。

光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)纖(xian)(xian)通信(xin)系統中(zhong)的(de)(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)纖(xian)(xian)放(fang)大(da)(da)器(qi)之所以大(da)(da)部分采用(yong)摻(chan)(chan)鉺(er)(er)(er)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)纖(xian)(xian)放(fang)大(da)(da)器(qi)，是(shi)因為(wei)鉺(er)(er)(er)元素能(neng)(neng)(neng)(neng)在1530-1625 nm范圍內提供有用(yong)的(de)(de)增(zeng)益，且石英光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)纖(xian)(xian)在這一波(bo)長(chang)范圍內具(ju)有最低(di)的(de)(de)衰減。摻(chan)(chan)鉺(er)(er)(er)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)纖(xian)(xian)產生受激(ji)輻射(she)(she)(she)。當用(yong)一高(gao)(gao)功(gong)率(lv)的(de)(de)泵浦光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang) λ 注入(ru)(ru)摻(chan)(chan)鉺(er)(er)(er)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)纖(xian)(xian)時(shi)，將鉺(er)(er)(er)離子(zi)(zi)從低(di)能(neng)(neng)(neng)(neng)級(ji)(ji)的(de)(de)基(ji)態(tai)E1激(ji)發到(dao)高(gao)(gao)能(neng)(neng)(neng)(neng)級(ji)(ji)E3上(shang)(shang)。Er3+在高(gao)(gao)能(neng)(neng)(neng)(neng)級(ji)(ji)上(shang)(shang)的(de)(de)壽(shou)(shou)命很短，很快即以無輻射(she)(she)(she)躍(yue)遷(qian)的(de)(de)形式(shi)衰減到(dao)亞穩態(tai)能(neng)(neng)(neng)(neng)級(ji)(ji)E2 上(shang)(shang)。由于(yu)Er3+ 在能(neng)(neng)(neng)(neng)級(ji)(ji)E2 上(shang)(shang)壽(shou)(shou)命較長(chang)，在其上(shang)(shang)的(de)(de)粒(li)子(zi)(zi)數聚集越(yue)來越(yue)多，從而在能(neng)(neng)(neng)(neng)級(ji)(ji)E2和E1之間(jian)形成粒(li)子(zi)(zi)數的(de)(de)反轉分布。這樣，當具(ju)有1550 nm波(bo)長(chang)的(de)(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)信(xin)號(hao)λEr通過這段(duan)摻(chan)(chan)鉺(er)(er)(er)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)纖(xian)(xian)時(shi)，處于(yu)亞穩態(tai)能(neng)(neng)(neng)(neng)級(ji)(ji)的(de)(de)粒(li)子(zi)(zi)即以受激(ji)輻射(she)(she)(she)的(de)(de)形式(shi)躍(yue)遷(qian)到(dao)基(ji)態(tai)，并產生和入(ru)(ru)射(she)(she)(she)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)信(xin)號(hao)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)（1550 nm）完全一樣的(de)(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)子(zi)(zi)，從而大(da)(da)大(da)(da)增(zeng)加了(le)信(xin)號(hao)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)中(zhong)的(de)(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)子(zi)(zi)數量，也即實現了(le)信(xin)號(hao)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)在摻(chan)(chan)鉺(er)(er)(er)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)纖(xian)(xian)中(zhong)輸出時(shi)不斷被(bei)放(fang)大(da)(da)的(de)(de)功(gong)能(neng)(neng)(neng)(neng)。因此，利用(yong)摻(chan)(chan)鉺(er)(er)(er)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)纖(xian)(xian)即可(ke)制(zhi)成摻(chan)(chan)鉺(er)(er)(er)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)纖(xian)(xian)放(fang)大(da)(da)器(qi)EDFA。摻(chan)(chan)鉺(er)(er)(er)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)纖(xian)(xian)纖(xian)(xian)芯(xin)中(zhong)鉺(er)(er)(er)的(de)(de)摻(chan)(chan)雜濃(nong)(nong)度取(qu)決于(yu)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)纖(xian)(xian)放(fang)大(da)(da)器(qi)的(de)(de)設計要求，通常(chang)摻(chan)(chan)雜濃(nong)(nong)度在100-1000×10-6 ，且集中(zhong)在3-6 um的(de)(de)纖(xian)(xian)芯(xin)中(zhong)。

光(guang)(guang)(guang)放大(da)(da)器(qi)是光(guang)(guang)(guang)纖(xian)通(tong)信(xin)系(xi)(xi)統(tong)中能(neng)對光(guang)(guang)(guang)信(xin)號(hao)進(jin)行放大(da)(da)的(de)(de)一種子(zi)系(xi)(xi)統(tong)產品。光(guang)(guang)(guang)放大(da)(da)器(qi)的(de)(de)原(yuan)理基(ji)本上是基(ji)于(yu)激(ji)光(guang)(guang)(guang)的(de)(de)受激(ji)輻射，通(tong)過將(jiang)泵浦光(guang)(guang)(guang)的(de)(de)能(neng)量轉變為信(xin)號(hao)光(guang)(guang)(guang)的(de)(de)能(neng)量實現放大(da)(da)作用(yong)。光(guang)(guang)(guang)放大(da)(da)器(qi)自從1990年代商業(ye)化(hua)以來已經深刻改變了(le)光(guang)(guang)(guang)纖(xian)通(tong)信(xin)工業(ye)的(de)(de)現狀。光(guang)(guang)(guang)纖(xian)放大(da)(da)器(qi)是光(guang)(guang)(guang)纖(xian)通(tong)信(xin)系(xi)(xi)統(tong)對光(guang)(guang)(guang)信(xin)號(hao)直接進(jin)行放大(da)(da)的(de)(de)光(guang)(guang)(guang)放大(da)(da)器(qi)件(jian)。在(zai)使用(yong)光(guang)(guang)(guang)纖(xian)的(de)(de)通(tong)信(xin)系(xi)(xi)統(tong)中，不需將(jiang)光(guang)(guang)(guang)信(xin)號(hao)轉換為電信(xin)號(hao)，是直接對光(guang)(guang)(guang)信(xin)號(hao)進(jin)行放大(da)(da)的(de)(de)一種技術。

?

（來源：網站，版權歸原作者）