掺铒光纤放大器的工作原理

   EDFA的基本模型如下图所示，主要有掺铒光纤、泵源、隔离器、合波器耦合器、探测器及控制电路等部分组成

其中，掺铒光纤式放大器的基础、关键的器件；泵源的作用是用来向掺铒光纤提供能量，将基带的铒离子激励到高能态，致使粒子数发生反转，从而产生受激辐射，实现对1550nm波段光信号放大，现在用得最广泛的泵源是980nm的LD隔离器主要用来防止放大器产生自激振荡，合波器的作用是将泵浦光耦合到掺铒光线中去。耦合器则是将信号光分出一部分提供个探测器，以便实现对放大器工作状态的实时监控。

EDFA的放大原理与雷射产生原理类似，光线中掺杂的稀土族元素Er(3+）其亚稳态和基态的能量差相当于1550nm光子的能量。当吸收适当波长的泵浦光能量(980nm或1480nm)后，电子会从基态跃迁到能阶高的激发态。接着释放少量能量转移到较稳定的亚稳态，在泵浦光源足够时铒离子的电子会发生巨量反转。即高能阶的亚稳态比能阶低的基带电子数量多。当适当的光信号通过时，亚稳态电子会发生受激辐射效应，放射出大量同波长光子，但因为存在振动能阶，所以波长不是单一的二十一个范围。典型值在1530nm~1570nm。

2、光放大器的增益：

增益G是描述光放大器是对信号放大能力的参数。定义为：

影响增益的因素：

1.       泵浦光功率

2.       掺饵光纤的长度及Er³⁺的掺杂浓度

3.       输入功率等

小号增益与与饱和输出功率

增益与输入光功率的关系

信号在放大过程中不可避免地叠加了各种噪声，从而导致信噪比的恶化。衡量edfa噪声的特性的参数为噪声系数NF：

增益、噪声指数和输出光功率与输入光功率的关系曲线：

输入光功率d/Bm

增益带宽：信号增益在最高增益下降3dB增益差之内的信号波长范围

对于给定的放大器长度（EDF长度），增益随泵浦功率在开始时按指数增加，当泵浦功率超过一定值时，增益增加变缓，并趋于一恒定值。

小信号增益与泵浦功率的关系曲线

当泵浦功率一定时，放大器在某一最佳长度时获得最大增益，如果放大器长度超过此值，由于泵浦的消耗，最佳点后的掺铒光纤不能受到足够泵浦，而且要吸收已放大的信号能量，导致增益很快下降。

小信号增益与掺铒光纤长度的关系曲线

因此，在EDFA设计中，需要在掺饵光纤结构参数的基础上，选择合适的泵浦功率和光纤长度，是放大器工作于最佳状态。

3、掺铒光纤放大器中的关键技术：

1.       EDFA增益平坦技术

2.       EDFA动态增益控制和均衡技术

3.       EDFA超宽带放大技术

3.1 增益平坦技术：

滤波型：在EDFA中内差无源滤波器将1530nm的增益峰降低，或专门设计其透射与掺铒光纤增益谱相反的光滤波器将增益谱削平

本征型：采用新型宽谱带掺杂光纤，如掺铒氯化物光纤或高铝含量的铒/铝-磷掺光纤等。其优点是无需制作和引入附加元件。但工艺复杂。

3.2 EDFA的增益锁定技术

WDM+掺铒光纤放大器，实现高速、大容量和长距离光纤通信的主要手段之一。

在多点对多点的WDM传输系统中，通常需要上下载信号，这样随时可能导致各通道的光功率瞬态波动等问题。解决方法是在EDFA中引入自动增益和均衡功能。

3.3 EDFA超宽带放大技术

C波段   →  C+L波段

级联型或并联：C波段级联或并联L波段EDFA，达到宽带增益的目的。（ASE二次泵浦，1550nm辅助泵浦）

本征型：采用铋基掺杂光纤取代硅基掺铒光纤。可实现C+L波段宽带放大。

康冠光电掺铒光纤放大器的优点

l  工作波段正好落在光纤通信最佳窗口;且与传输光纤的耦合损耗小。可小至0.1dB

l  增益高（30~40dB），饱和输出光功率达到23dB

l  噪声指数小（4~7dB）

l  频带宽（1525nm~1565nm）,可进行多信道传输，有利于提高传输容量。

l  增益与信号偏振态无关，稳定性好。

*光功率大小随客户要求而定

**噪声指数测试条件为增益大于25dB