技術篇：光纖放大器原理及調節方法

無線光通信是以激光作為(wei) 信息載體(ti) ，是一種不需要任何有線信道作為(wei) 傳(chuan) 輸媒介的通信方式。與(yu) 微波通信相比，無線光通信所使用的激光頻率高，方向性強(保密性好)，可用的頻譜寬，無需申請頻率使用許可；與(yu) 光纖通信相比，無線光通信造價(jia) 低，施工簡便、迅速。它結合了光纖通信和微波通信的優(you) 勢，已成為(wei) 一種新興(xing) 的寬帶無線接人方式，受到了人們(men) 的廣泛關(guan) 注。

　　但是，惡劣的天氣情況，會(hui) 對無線光通信係統的傳(chuan) 播信號產(chan) 生衰耗作用。空氣中的散射粒子，會(hui) 使光線在空間、時間和角度上產(chan) 生不同程度的偏差。大氣中的粒子還可能吸收激光的能量，使信號的功率衰減，在無線光通信係統中光纖通信係統低損耗的傳(chuan) 播路徑已不複存在。大氣環境多變的客觀性無法改變，要獲得更好更快的傳(chuan) 輸效果，對在大氣信道傳(chuan) 輸的光信號就提出了更高的要求，一般地，采用大功率的光信號可以得到更好的傳(chuan) 輸效果。隨著光纖放大器(EDFA)的迅速發展，穩定可靠的大功率光源將在各種應用中滿足無線光通信的要求。

　　1、EDFA的原理及結構

　　摻鉺光纖放大器(EDFA)具有增益高、噪聲低、頻帶寬、輸出功率高、連接損耗低和偏振不敏感等優(you) 點，直接對光信號進行放大，無需轉換成電信號，能夠保證光信號在最小失真情況下得到穩定的功率放大。

　　1.1、EDFA的原理

　　在摻鉺光纖中注入足夠強的泵浦光，就可以將大部分處於(yu) 基態的Er3+離子抽運到激發態，處於(yu) 激發態的Er3+離子又迅速無輻射地轉移到亞(ya) 穩態。由於(yu) Er3+離子在亞(ya) 穩態能級上壽命較長，因此很容易在亞(ya) 穩態與(yu) 基態之間形成粒子數反轉。當信號光子通過摻鉺光纖時，與(yu) 處於(yu) 亞(ya) 穩態的Er3+離子相互作用發生受激輻射效應，產(chan) 生大量與(yu) 自身完全相同的光子，這時通過摻鉺光纖傳(chuan) 輸的信號光子迅速增多，產(chan) 生信號放大作用。Er3+離子處於(yu) 亞(ya) 穩態時，除了發生受激輻射和受激吸收以外，還要產(chan) 生自發輻射(ASE)，它造成EDFA的噪聲。

　　1.2、EDFA的結構

　　典型的EDFA結構主要由摻鉺光纖(EDF)、泵浦光源、耦合器、隔離器等組成。 摻鉺光纖是EDFA的核心部件。它以石英光纖作為(wei) 基質，在纖芯中摻人固體(ti) 激光工作物質鉺離子，在幾米至幾十米的摻鉺光纖內(nei) ，光與(yu) 物質相互作用而被放大、增強。光隔離器的作用是抑製光反射，以確保放大器工作穩定，它必須是插入損耗低，與(yu) 偏振無關(guan) ，隔離度優(you) 於(yu) 40 dB。

　　1.3、EDFA的特性及性能指標

　　增益特性表示了放大器的放大能力，其定義(yi) 為(wei) 輸出功率與(yu) 輸入功率之比：

　　式中：Pout，Pin分別表示放大器輸出端與(yu) 輸入端的連續信號功率。增益係數是指從(cong) 泵浦光源輸入1 mW泵浦光功率通過光纖放大器所獲得的增益，其單位為(wei) dB/mW：

　　式中：g0是由泵浦強度定的小信號增益係數，由於(yu) 增益飽和現象，隨著信號功率的增加，增益係數下降；Is，Ps分別為(wei) 飽和光強和飽和光功率，是表明增益物質特性的量，與(yu) 摻雜係數、熒光時間和躍遷截麵有關(guan) 。

　　增益和增益係數的區別在於(yu) ：增益主要是針對輸入信號而言的，而增益係數主要是針對輸入泵浦光而言的。另外，增益還與(yu) 泵浦條件(包括泵浦功率和泵浦波長)有關(guan) ，目前采用的主要泵浦波長是980 nm和1 480 nm。由於(yu) 各處的增益係數是不同的，而增益須在整個(ge) 光纖上積分得到，故此特性可用以通過選擇光纖長度得到較為(wei) 平坦的增益譜。　1.4、EDFA的帶寬

　　增益頻譜帶寬指信號光能獲得一定增益放大的波長區域。實際上的EDFA的增益頻率變化關(guan) 係比理論的複雜得多，它還與(yu) 基質光纖及其摻雜有關(guan) 。在EDFA的增益譜寬已達到上百納米.而且增益譜較平坦。ED-FA的增益頻譜範圍在1 525～1 565 nm之間。 

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