EDFA的原理及应用截稿.doc

EDFA的原理及应用EDFA的原理及应用在光纤通信系统中，光信号在光纤中传输不可避免的存在着一定的损耗和色散。光损耗导致光信号能量的降低，光色散导致光脉冲展宽，从而限制了长距离的光通信。因此，当光传输一段距离之后就需要一个光放大器来放大光信号，从而提高接收机的灵敏度。在传统的光纤通信系统中，解决这一问题的常规方法是采用光一电一光（OEO）中继器，然而这种OEO的变换和处理方式在一定程度上已满足不了现代传输的要求。光放大器的出现改变了这种状况，特别是1989年诞生的掺铒光纤放大器代表的光放大器技术是光纤通信技术上一次革命。它可以使对光信号的放大和再生中继不再经过OEO转换，使信号光在光纤中直接得到增强和放大。这使得降低通信成本、简化设备、且简化了运行维护。1. EDFA的工作原理 在石英光纤的纤芯中掺入三价金属铒元素，这种在泵浦光的激励下形成粒子数反转分布，然后在信号光的作用下产生受激辐射，放出与信号光完全相同的光子形成光的放大。具体的放大过程如下图一，E1、E2和E3分别对应基态，亚稳态和激发态。若泵浦光的光子能量等于E3与E1之差，掺杂粒子在吸收泵浦光后，从基态E1跃迁到激发态E3。由于铒粒子在激发态很不稳定，激发到E3的铒粒子很快会跃迁至亚稳态E2.。若入射的光能量刚好等于E2与E1的能级差，这时激发到E2的铒粒子会在入射光子的泵浦下受激辐射到E1，并且释放一个与入射光子完全相同的光子，从而实现光放大。图一EDFA的放大原理2. 泵浦方式 通常EDFA的泵浦结构大致有三种:同向泵浦，反向泵浦和双向泵浦。(1) 同向泵浦。该种方式泵浦光与信号光从同一端注入掺杂光纤。在掺铒光纤的输入端，泵浦光较强，故粒子翻转激励也强，其增益系数大，信号一进入光纤即得到较强的放大。但由于光吸收，泵浦光将沿光纤长度而衰减，这一因素使在一定的光纤长度上达到增益饱和而使噪声增加。同向泵浦的优点是结构简单，缺点是噪声性能不佳。(2) 反向泵浦，也称为后向泵浦。在这种方案中，泵浦光与信号光从不同的方向输入掺铒光纤，两者在光纤中反向传输。其优点是：当光信号放大到很强时，泵浦光也很强，不易达到饱和，因而噪声性能很好。(3) 双向泵浦。为了使EDFA中杂质离子得到充分激励，必须提高泵浦功率，可用多个泵浦源激励掺铒光纤，同时前向泵浦和后向泵浦，此为双向泵浦。在有线电视系统应用中，光放大器一般都采用双泵浦源双向泵浦结构。这种泵浦结构结合了同向泵浦和反向泵浦的优点，使泵浦光在光纤中均匀分布，从而使其增益在光纤中均匀分布。图二 EDFA三种泵浦方式3. EDFA的应用 EDFA使用产品主要集中在C波段(15291564nm)和L波段(15691605nm)上，目前C波段的EDFA仍在光纤放大器的占着主要市场，但新的产品则己聚焦到L波段上。未来的发展对光纤放大器要求有更宽的传输带宽(12501650n m)。而此带宽范围内的拉曼光纤放大器正受到市场越来越大的注意，因而掺铒光纤放大器与拉曼光纤放大器的联合成为一种必然。通常拉曼光纤放大器主要有分布式拉曼光纤放大器和分立式拉曼光纤放大器两类。与EDFA利用掺铒光纤作为它的增益介质不同，分布式拉曼放大器利用系统中的传输光纤作为它的增益介质。光纤拉曼放大器(FRA)是利用强泵浦光東通过光纤传输产生的受激拉曼散射。如果一个弱信号光与一个强泵浦光同时在一根光纤中传输，并且弱信号光的波长在泵浦光的拉曼增益带宽内，则强泵浦光的能量通过受激拉曼散射转移到弱信号光中，使弱信号光得到放大，获得10dB左右拉曼增益。然而分立式拉曼光纤放大器有着30dB左右的增益。随着现代通信业的迅速发展，需要交换的信息量成指数增长，这就要求通信系统具备更高的传输容量，即通信线路要具备更大的带宽。将FRA和EDFA杯结合构造宽带放大器，这样可大大减少所需泵浦、数却能实现较大(80100nm)的带宽，且增益均衡也比较容易。现在已经不局限在将FRA和EDFA简单的联合起来使用，而是利用分布式拉曼放大使用传输光纤的特性，将FRA和EDFA组合在一个模块中构成混合拉曼EDFA宽带光纤放大器。如图三所示，分布式拉曼放大器采用反向泵浦式。图三 拉曼EDFA宽带光纤放大器的结构图参考文献1. Joseph c. Palais.光纤通信（第五版）M.北京：