掺铒光纤放大器电子版2.docx

光纤通信技术课程设计
专业
电子科学与技术
班级
电子3班
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掺铒光纤放大器(EDFA Erbium-Doped Fiber Amplifier)的设计
概述
光线通信中采用光纤来传输光信号,一般它会受到两个方面的限制:损耗和色散。就损耗而言,,,由于光纤损耗的限制,所以在无中继传输距离一般为50—100km。20世纪80年代末期,(EDFA Erbium-Doped Fiber Amplifier)的研制成功并投入使用,打破了光纤通信传输距离受光纤色散和损耗的制约,使全光通信距离延长至几千公里,给光纤通信带来了革命性变化,把光纤通信技术推向一个新的高度,成为光纤通信发展史上一个重要的里程碑。
1 摻铒光纤放大器的工作原理
铒是一种稀土元素,原子序数三68,。铒的自由离子具有不连续的能级,当Er3+被结合到硅光纤时,它们的每个能级被分裂为许多紧密相关的能级---能带。而能带的作用是,第一:使EDFA对光信号的放大不只是单个波长而是一组波长的能力,即在一段波长范围内的光波长都可以得到放大;第二:避免了细调泵浦激光波长。
下图1是掺铒光纤放大器的工作原理,说明了光信号被放大的原因。EDFA采用掺铒离子单模光纤为增益介质,在泵浦光作用下产生粒子数反转,信号光诱导实现受激辐射放大。从图1可以看出,在掺铒光纤放大器中,铒离子有三个能级:能级1代表基态,能量是最低的;能级2是亚稳态,处在中间能级;能级3代表激发态,能量最高。 Er3+在未任何光激励的情况下,处于最低能级基态上。在泵浦光的作用下,当泵浦光的光子能量等于能级3和能级1的能量差时, 电子不断从基态能级吸收泵浦光的能量跃迁到激发态,但是电子在激发态的生存期很短,而且激发态是很不稳定的,平均寿命为1us,电子迅速以“非辐射方式跃迁至亚稳态,在亚稳态上电子有较长的寿命,在源源不断的泵浦下,亚稳态上的粒子数积累,从而实现粒子数反转分布;铒离子被泵浦光不断地泵浦到亚稳态上,此时电子在亚稳态上生存期较长(~10ms),不断地积累实现粒子数反转分布。
图1
如果输入信号光的光子能量等于能级2和能级1的能量差,则处于能级2的铒离子将跃迁至基态,产生受激辐射,并产生与输入光子完全一样(具有相同波长、相同方向和相同相位)的光子,从而实现信号光的放大。因此,简单地说,EDFA放大就是把泵浦能量转换为信号光的能量,而且它的效率很高。
泵浦源选择980nm的泵浦光
如下图2是泵浦源为980nm时的摻铒光纤放大器光路结构方框图。图中WDM耦合器的是指波长敏感型光纤耦合器(WDM),将泵浦光和信号光复用耦合进EDF,作用是把输入的光信号耦合到光纤。隔离器的作用是阻止反射光保证光信号正向传输的器件、防止反射光影响EDFA的工作稳定性。光隔离器是一种只允许光沿一个方向通过而在相反方向阻挡光通过的光无源器件。它通过光纤回波反射的光能够被光隔离器很好的隔离,隔离度代表了光隔离器对回波隔离(阻挡)能力。
图2
下图3是泵浦源为980nm时的摻铒光纤放大器的电路图模块。
图3
如何选择980nm和1480nm的泵浦光源
在980nm泵浦光的