光(guang)放(fang)(fang)大(da)(da)技(ji)術(shu)(shu)是(shi)指不需要進(jin)行(xing)光(guang)—電—光(guang)的(de)(de)轉換，直接對(dui)光(guang)信號(hao)(hao)進(jin)行(xing)實(shi)時(shi)(shi)、在線(xian)、透(tou)明(ming)放(fang)(fang)大(da)(da)的(de)(de)技(ji)術(shu)(shu)。其核心器(qi)(qi)件為(wei)光(guang)放(fang)(fang)大(da)(da)器(qi)(qi)，它是(shi)一種(zhong)全光(guang)放(fang)(fang)大(da)(da)器(qi)(qi)，主要由增(zeng)益(yi)介質、輸(shu)入輸(shu)出結構等構成，其作用(yong)是(shi)增(zeng)強光(guang)信號(hao)(hao)的(de)(de)功率，放(fang)(fang)大(da)(da)輸(shu)入的(de)(de)弱光(guang)信號(hao)(hao)。在光(guang)纖通信技(ji)術(shu)(shu)中，由傳(chuan)統(tong)的(de)(de)光(guang)電混合(he)中繼放(fang)(fang)大(da)(da)器(qi)(qi)到(dao)純光(guang)放(fang)(fang)大(da)(da)器(qi)(qi)是(shi)一個(ge)重大(da)(da)的(de)(de)飛躍。這意味著光(guang)電中繼器(qi)(qi)中由于電子響應(ying)速度和寬(kuan)帶限制所帶來(lai)的(de)(de)“電子瓶頸”的(de)(de)影(ying)響將(jiang)不復(fu)(fu)存在，利用(yong)原有(you)的(de)(de)系統(tong)進(jin)行(xing)高(gao)速率信號(hao)(hao)傳(chuan)輸(shu)將(jiang)成為(wei)現實(shi)。同時(shi)(shi)，它也使得光(guang)通信系統(tong)中波(bo)分復(fu)(fu)用(yong)技(ji)術(shu)(shu)和密集波(bo)分復(fu)(fu)用(yong)技(ji)術(shu)(shu)的(de)(de)實(shi)現成為(wei)可能。

光放大器的基本原理

根(gen)據放(fang)大(da)(da)所采用的(de)增益介(jie)質和(he)放(fang)大(da)(da)工作原理的(de)不同(tong)(tong)，可(ke)(ke)對放(fang)大(da)(da)器做(zuo)不同(tong)(tong)的(de)區分。按照采用的(de)增益介(jie)質可(ke)(ke)將(jiang)光(guang)(guang)放(fang)大(da)(da)器分為(wei)兩類，一類是半導(dao)體(ti)放(fang)大(da)(da)器，另一類是光(guang)(guang)纖(xian)(xian)放(fang)大(da)(da)器。前者(zhe)的(de)增益介(jie)質是半導(dao)體(ti)晶(jing)體(ti)材(cai)料構成的(de)PN結，后者(zhe)則是光(guang)(guang)纖(xian)(xian)。而在光(guang)(guang)纖(xian)(xian)放(fang)大(da)(da)器中，根(gen)據放(fang)大(da)(da)機(ji)理的(de)不同(tong)(tong)，又可(ke)(ke)區分為(wei)稀土(tu)摻雜(za)放(fang)大(da)(da)器（如(ru)摻鉺(er)光(guang)(guang)纖(xian)(xian)放(fang)大(da)(da)器，）和(he)分布式光(guang)(guang)纖(xian)(xian)放(fang)大(da)(da)器（如(ru)拉曼光(guang)(guang)纖(xian)(xian)放(fang)大(da)(da)器）等(deng)。

摻鉺光纖放大器

摻鉺(er)光(guang)纖放大(da)(da)器的(de)增益(yi)介質是鉺(er)離子，它在光(guang)纖制作過程中被摻入纖芯(xin)中。其能夠放大(da)(da)的(de)機理及信號波(bo)長與鉺(er)離子的(de)能級(ji)分布有關。摻鉺(er)光(guang)纖的(de)結構(gou)如圖，三(san)價的(de)鉺(er)離子位于(yu)EDF纖芯(xin)中央，這將有利(li)于(yu)其盡大(da)(da)地吸收(shou)泵浦及信號能量，以(yi)產生佳的(de)放大(da)(da)效(xiao)果；纖芯(xin)外是外徑為125 um的(de)包(bao)層(ceng)(ceng)；外層(ceng)(ceng)是外徑為250 um的(de)保護(hu)層(ceng)(ceng)，其折(zhe)射(she)率略大(da)(da)于(yu)包(bao)層(ceng)(ceng)折(zhe)射(she)率，因而可將從包(bao)層(ceng)(ceng)中輻射(she)出的(de)光(guang)轉(zhuan)移。

光(guang)(guang)(guang)(guang)纖(xian)(xian)通(tong)信系統中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)纖(xian)(xian)放(fang)大(da)(da)(da)(da)器(qi)(qi)(qi)之所以(yi)大(da)(da)(da)(da)部分(fen)(fen)采(cai)用摻(chan)鉺(er)(er)光(guang)(guang)(guang)(guang)纖(xian)(xian)放(fang)大(da)(da)(da)(da)器(qi)(qi)(qi)，是(shi)因(yin)為鉺(er)(er)元素能(neng)在1530-1625 nm范(fan)(fan)圍(wei)內提供有(you)(you)用的(de)(de)(de)(de)增益(yi)，且(qie)石(shi)英(ying)光(guang)(guang)(guang)(guang)纖(xian)(xian)在這(zhe)(zhe)一波(bo)長(chang)范(fan)(fan)圍(wei)內具有(you)(you)最低(di)的(de)(de)(de)(de)衰減(jian)。摻(chan)鉺(er)(er)光(guang)(guang)(guang)(guang)纖(xian)(xian)產(chan)生受(shou)激(ji)(ji)輻(fu)射。當用一高(gao)功(gong)(gong)率的(de)(de)(de)(de)泵浦(pu)光(guang)(guang)(guang)(guang) λ 注入(ru)摻(chan)鉺(er)(er)光(guang)(guang)(guang)(guang)纖(xian)(xian)時，將鉺(er)(er)離子從(cong)低(di)能(neng)級(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)基態(tai)(tai)E1激(ji)(ji)發到(dao)(dao)高(gao)能(neng)級(ji)(ji)E3上。Er3+在高(gao)能(neng)級(ji)(ji)上的(de)(de)(de)(de)壽命很短，很快即以(yi)無輻(fu)射躍(yue)遷(qian)的(de)(de)(de)(de)形(xing)式(shi)衰減(jian)到(dao)(dao)亞(ya)穩態(tai)(tai)能(neng)級(ji)(ji)E2 上。由(you)于(yu)(yu)Er3+ 在能(neng)級(ji)(ji)E2 上壽命較(jiao)長(chang)，在其上的(de)(de)(de)(de)粒子數聚(ju)集越(yue)來越(yue)多，從(cong)而在能(neng)級(ji)(ji)E2和E1之間(jian)形(xing)成粒子數的(de)(de)(de)(de)反轉分(fen)(fen)布。這(zhe)(zhe)樣(yang)，當具有(you)(you)1550 nm波(bo)長(chang)的(de)(de)(de)(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)信號λEr通(tong)過這(zhe)(zhe)段摻(chan)鉺(er)(er)光(guang)(guang)(guang)(guang)纖(xian)(xian)時，處(chu)于(yu)(yu)亞(ya)穩態(tai)(tai)能(neng)級(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)粒子即以(yi)受(shou)激(ji)(ji)輻(fu)射的(de)(de)(de)(de)形(xing)式(shi)躍(yue)遷(qian)到(dao)(dao)基態(tai)(tai)，并產(chan)生和入(ru)射光(guang)(guang)(guang)(guang)信號光(guang)(guang)(guang)(guang)（1550 nm）完全一樣(yang)的(de)(de)(de)(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)子，從(cong)而大(da)(da)(da)(da)大(da)(da)(da)(da)增加了信號光(guang)(guang)(guang)(guang)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)子數量，也即實現了信號光(guang)(guang)(guang)(guang)在摻(chan)鉺(er)(er)光(guang)(guang)(guang)(guang)纖(xian)(xian)中(zhong)(zhong)輸出(chu)時不斷被(bei)放(fang)大(da)(da)(da)(da)的(de)(de)(de)(de)功(gong)(gong)能(neng)。因(yin)此，利用摻(chan)鉺(er)(er)光(guang)(guang)(guang)(guang)纖(xian)(xian)即可制成摻(chan)鉺(er)(er)光(guang)(guang)(guang)(guang)纖(xian)(xian)放(fang)大(da)(da)(da)(da)器(qi)(qi)(qi)EDFA。摻(chan)鉺(er)(er)光(guang)(guang)(guang)(guang)纖(xian)(xian)纖(xian)(xian)芯(xin)中(zhong)(zhong)鉺(er)(er)的(de)(de)(de)(de)摻(chan)雜濃(nong)度(du)取決于(yu)(yu)光(guang)(guang)(guang)(guang)纖(xian)(xian)放(fang)大(da)(da)(da)(da)器(qi)(qi)(qi)的(de)(de)(de)(de)設計要求，通(tong)常摻(chan)雜濃(nong)度(du)在100-1000×10-6 ，且(qie)集中(zhong)(zhong)在3-6 um的(de)(de)(de)(de)纖(xian)(xian)芯(xin)中(zhong)(zhong)。

光(guang)(guang)(guang)(guang)放(fang)(fang)(fang)(fang)大(da)(da)器(qi)(qi)是光(guang)(guang)(guang)(guang)纖(xian)通(tong)信(xin)系(xi)統(tong)中能對光(guang)(guang)(guang)(guang)信(xin)號進(jin)行放(fang)(fang)(fang)(fang)大(da)(da)的(de)(de)(de)一(yi)(yi)種子(zi)系(xi)統(tong)產品。光(guang)(guang)(guang)(guang)放(fang)(fang)(fang)(fang)大(da)(da)器(qi)(qi)的(de)(de)(de)原理基(ji)本上是基(ji)于激(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)的(de)(de)(de)受激(ji)輻射，通(tong)過將泵浦光(guang)(guang)(guang)(guang)的(de)(de)(de)能量轉變為(wei)信(xin)號光(guang)(guang)(guang)(guang)的(de)(de)(de)能量實現放(fang)(fang)(fang)(fang)大(da)(da)作用(yong)(yong)。光(guang)(guang)(guang)(guang)放(fang)(fang)(fang)(fang)大(da)(da)器(qi)(qi)自從1990年代商業化以來已經深(shen)刻(ke)改變了光(guang)(guang)(guang)(guang)纖(xian)通(tong)信(xin)工業的(de)(de)(de)現狀。光(guang)(guang)(guang)(guang)纖(xian)放(fang)(fang)(fang)(fang)大(da)(da)器(qi)(qi)是光(guang)(guang)(guang)(guang)纖(xian)通(tong)信(xin)系(xi)統(tong)對光(guang)(guang)(guang)(guang)信(xin)號直(zhi)接進(jin)行放(fang)(fang)(fang)(fang)大(da)(da)的(de)(de)(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)放(fang)(fang)(fang)(fang)大(da)(da)器(qi)(qi)件。在(zai)使用(yong)(yong)光(guang)(guang)(guang)(guang)纖(xian)的(de)(de)(de)通(tong)信(xin)系(xi)統(tong)中，不需將光(guang)(guang)(guang)(guang)信(xin)號轉換為(wei)電信(xin)號，是直(zhi)接對光(guang)(guang)(guang)(guang)信(xin)號進(jin)行放(fang)(fang)(fang)(fang)大(da)(da)的(de)(de)(de)一(yi)(yi)種技術。

?

（來源：網站，版權歸原作者）