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激光放大器在光纖領域的應用
來源(yuan): 閱讀(du):352 發布(bu)時間:2023-04-06 14:43:11
激光放大器在光纖領域的應用

光放(fang)(fang)(fang)大(da)(da)技術是(shi)指(zhi)不需要進(jin)行(xing)光—電(dian)—光的(de)轉換(huan),直(zhi)接對光信(xin)號進(jin)行(xing)實(shi)時、在(zai)(zai)線、透明放(fang)(fang)(fang)大(da)(da)的(de)技術。其核心器(qi)(qi)(qi)件為光放(fang)(fang)(fang)大(da)(da)器(qi)(qi)(qi),它是(shi)一種全光放(fang)(fang)(fang)大(da)(da)器(qi)(qi)(qi),主要由增(zeng)(zeng)益介質(zhi)、輸(shu)(shu)(shu)入(ru)(ru)輸(shu)(shu)(shu)出結(jie)構等構成,其作用是(shi)增(zeng)(zeng)強光信(xin)號的(de)功率(lv),放(fang)(fang)(fang)大(da)(da)輸(shu)(shu)(shu)入(ru)(ru)的(de)弱(ruo)光信(xin)號。在(zai)(zai)光纖通信(xin)技術中(zhong)(zhong),由傳統的(de)光電(dian)混(hun)合中(zhong)(zhong)繼放(fang)(fang)(fang)大(da)(da)器(qi)(qi)(qi)到純光放(fang)(fang)(fang)大(da)(da)器(qi)(qi)(qi)是(shi)一個重(zhong)大(da)(da)的(de)飛躍。這意味著光電(dian)中(zhong)(zhong)繼器(qi)(qi)(qi)中(zhong)(zhong)由于電(dian)子(zi)響應速度和(he)寬(kuan)帶限制所帶來的(de)“電(dian)子(zi)瓶頸”的(de)影響將不復(fu)(fu)存在(zai)(zai),利用原有的(de)系統進(jin)行(xing)高(gao)速率(lv)信(xin)號傳輸(shu)(shu)(shu)將成為現實(shi)。同(tong)時,它也使得(de)光通信(xin)系統中(zhong)(zhong)波(bo)(bo)分復(fu)(fu)用技術和(he)密(mi)集(ji)波(bo)(bo)分復(fu)(fu)用技術的(de)實(shi)現成為可能。

光放大器的基本原理
根據放大所采用的增益介質和放大工作原理的不同,可對放大器做不同的區分。按照采用的增益介質可將光放大器分為兩類,一類是半導體放大器,另一類是光纖放大器。前者的增益介質是半導體晶體材料構成的PN結,后者則是光纖。而在光纖放大器中,根據放大機理的不同,又可區分為稀土摻雜放大器(如摻鉺光纖放大器,)和分布式光纖放大器(如拉曼光纖放大器)等。
摻鉺光纖放大器
摻鉺光纖放大器的增益介質是鉺離子,它在光纖制作過程中被摻入纖芯中。其能夠放大的機理及信號波長與鉺離子的能級分布有關。摻鉺光纖的結構如圖,三價的鉺離子位于EDF纖芯中央,這將有利于其max吸收泵浦及信號能量,以產生較佳的放大效果;纖芯外是外徑為125 um的包層;外層是外徑為250 um的保護層,其折射率略大于包層折射率,因而可將從包層中輻射出的光轉移。

光纖通信系統中的光纖放大器之所以大部分采用摻鉺光纖放大器,是因為鉺元素能在1530-1625 nm范圍內提供有用的增益,且石英光纖在這一波長范圍內具有低的衰減。摻鉺光纖產生受激輻射。當用一高功率的泵浦光 λ 注入摻鉺光纖時,將鉺離子從低能級的基態E1激發到高能級E3上。Er3+在高能級上的壽命很短,很快即以無輻射躍遷的形式衰減到亞穩態能級E2 上。由于Er3+ 在能級E2 上壽命較長,在其上的粒子數聚集越來越多,從而在能級E2和E1之間形成粒子數的反轉分布。這樣,當具有1550 nm波長的光信號λEr通過這段摻鉺光纖時,處于亞穩態能級的粒子即以受激輻射的形式躍遷到基態,并產生和入射光信號光(1550 nm)完全一樣的光子,從而大大增加了信號光中的光子數量,也即實現了信號光在摻鉺光纖中輸出時不斷被放大的功能。因此,利用摻鉺光纖即可制成摻鉺光纖放大器EDFA。摻鉺光纖纖芯中鉺的摻雜濃度取決于光纖放大器的設計要求,通常摻雜濃度在100-1000×10-6 ,且集中在3-6 um的纖芯中。
光放大器是光纖通信系統中能對光信號進行放大的一種子系統產品。光放大器的原理基本上是基于激光的受激輻射,通過將泵浦光的能量轉變為信號光的能量實現放大作用。光放大器自從1990年代商業化以來已經深刻改變了光纖通信工業的現狀。光纖放大器是光纖通信系統對光信號直接進行放大的光放大器件。在使用光纖的通信系統中,不需將光信號轉換為電信號,是直接對光信號進行放大的一種技術。
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