EDFA摻鉺光纖放大器是什么？

光纖放大器是光纖通信系統(tǒng)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(tǒng)中，不需將光信號轉換為電信號，直接對光信號進行放大的一種技術。摻鉺光纖放大器（EDFA，即在信號通過的纖芯中摻入了鉺離子 Er3 + 的光信號放大器）是英國南安普頓大學和日本東北大學首先研制成功的光放大器，它是光纖通信中最偉大的發(fā)明之一。摻鉺光纖是在石英光纖中摻入了少量的稀土元 素鉺（Er）離子的光纖，它是摻鉺光纖放大器的核心。從20世紀80年代后期開始，摻鉺光纖放大器的研究工作不斷取得重大的突破。WDM技術、極大地增加 了光纖通信的容量。成為當前光纖通信中應用最廣的光放大器件。
石 英光纖摻稀土元素（如Nd、Er、Pr、Tm等）后可構成多能級的激光系統(tǒng)，在泵浦光作用下使輸入信號光直接放大。提供合適的反饋后則構成光纖激光器。摻 Nd光纖放大器的工作波長為1060nm及1330nm，由于偏離 光纖通信最佳宿口及其他一些原因，其發(fā)展及應用受到限制。EDFA及PDFA的工作波長分別處于光纖通信的最低損耗（1550nm）及零色散波長 （1300nm）窗口，TDFA工作在S波段，都非常適合于光纖通信系統(tǒng)應用。尤其是EDFA，發(fā)展最為迅速，已實用化。
在 摻鉺光纖發(fā)展的基礎上，不斷出現(xiàn)許多新型光纖放大器，例如，以摻鉺光纖為基礎的雙帶光纖放大器（DBFA），是一 種寬帶的光放大器，寬帶幾乎可以覆蓋整個波分復用（WDM）帶寬。類似的產(chǎn)品還有超寬帶光放大器（UWOA），它的覆蓋帶寬可對單根光纖中多達100路波 長信道進行放大。

EDFA的原理

EDFA 的基本結構，它主要由有源媒質（幾十米左右長的摻餌石英光纖，芯徑3-5微米，摻雜濃度（25-1000)x10-6）、泵浦光源（990或1480nm LD）、光耦合器及光隔離器等組成。信號光與泵浦光在鉺光纖內可以在同一方向（同向泵浦）、相反方向（反向泵浦）或兩個方向（雙 向泵浦）傳播。當信號光與泵光同時注入到鉺光纖中時，鉺離子在泵光作用下激發(fā)到高能級上，三能級系統(tǒng)），并很快衰變到亞穩(wěn)態(tài)能級上，在入射信號光作用下回 到基態(tài)時發(fā)射對應于信號光的光子，使信號得到放大。其放大的自發(fā)發(fā)射（ASE）譜，帶寬很大（達20-40nm），且有兩個峰值，分別對應于1530nm 和1550nm。
EDFA的主要優(yōu)點是增益高、帶寬大、輸出功率高、泵浦效率高、插入損耗低、對偏振態(tài)不敏感等。
摻 鉺光纖放大器的工作原理 摻鉺光纖放大器主要是由一段摻鉺光纖（長約10-30m）和泵浦光源組成。其工作原理是：摻鉺光纖在泵浦光源（波長980nm或1480nm）的作 用下產(chǎn)生受激輻射，而且所輻射的光隨著輸入光信號的變化而變化，這就相當于對輸入光信號進行了放大。研究表明，摻鉺光纖放大器通?？傻玫?5-40db的 增益，中繼距離可以在原來的基礎上提高100km以上。那么，人們不禁要問：科學家們?yōu)槭裁磿氲皆诠饫w放大器中利用摻雜鉺元素來提高光波的強度呢？我們 知道，鉺是稀土元素的一種，而稀土元素又有其特殊的結構特點。長期以來，人們就一直利用在光學器件中摻雜稀土元素的方法，來改善光學器件的性能，所以這并 不是一個偶然的因素。另外，為什么泵浦光源的波長選在980nm或1480nm呢？其實，泵浦光源的波長可以是520nm、650nm、980nm、和 1480nm，但實踐證明波長1480nm的泵浦光源激光效率最高，次之是波長980nm的泵浦光源。
 

物理結構

摻 鉺光纖放大器基本結構。在輸入端和輸出端各有一個隔離器，目的是使光信號單向傳輸。泵浦激器波長為980nm或1480nm，用于提供能量。耦合器的 作用是把輸入光信號和泵浦光耦合進摻鉺光纖中，通過摻鉺光纖作用把泵浦光的能量轉移到輸入光信號中，實現(xiàn)輸入光信號的能量放大。實際使用的摻鉺光纖放大器 為了獲得較大的輸出光功率，同時又具有較低的噪聲指數(shù)等其他參數(shù)，采用兩個或多個泵浦源的結構，中間加上隔離器進行相互隔離。為了獲得較寬較平坦的增益曲 線，還加入了增益平坦濾波器。

優(yōu)點
1.摻鉺光纖的放大區(qū)域恰好與單模光纖的最低損耗區(qū)域相重合。那么，被摻鉺光纖放大器放大的光在光纖中的傳輸損耗小，能傳輸比較遠的距離。
2.對數(shù)字信號的格式及數(shù)據(jù)率“透明”。
3.放大頻帶寬，能在同一根光纖中傳輸幾十甚至上百個信道。
4.噪聲指數(shù)低，接近量子極限，意味著可級聯(lián)多個放大器。
5.增益飽和的恢復時間長，各個信道間的串擾極小。
 

分類

1.功率放大器（booster-Amplifier），處于合波器之后，用于對合波以后的多個波長信號進行功率提升，然后再進行傳輸，由于合波后的信號功率一般都比較大，所以，對一功率放大器的噪聲指數(shù)、增益要求并不是很高，但要求放大后，有比較大的輸出功率。
2.線路放大器（Line-Amplifier），處于功率放大器之后，用于周期性地補償線路傳輸損耗，一般要求比較小的噪聲指數(shù)，較大的輸出光功率。
3.前置放大器（Pre-Amplifier），處于分波器之前，線路放大器之后，用于信號放大，提高接收機的靈敏度（在光信噪比（OSNR）滿足要求情況下，較大的輸入功率可以壓制接收機本身的噪聲，提高接收靈敏度），要求噪聲指數(shù)很小，對輸出功率沒有太大的要求。
 

實際應用

摻鉺光纖放大器在常規(guī)光纖數(shù)字通信系統(tǒng)中應用，可以省去大量的光中繼機，而且中繼距離也大為增加，這對于長途光纜干線系統(tǒng)具有重要意義。其主要應用包括：
1、 可作光距離放大器。傳統(tǒng)的電子光纖中繼器有許多局限性。如，數(shù)字信號和模擬信號相互轉換時，中繼器要作相應的改 變；設備由低速率改變成高速率時，中繼器要隨之更換；只有傳輸同一波長的光信號，且結構復雜、價格昂貴，等等。摻鉺光纖放大器則克服了這些缺點，不僅不必 隨信號方式的改變而改變，而且設備擴容或用于光波分復用時，也無需更換。
2、可作光發(fā)送機的后置放大器及光接收機的前置放大器。作光發(fā)送機的后置放大器時，可將激光器的發(fā)送功率從0db提高到+10db。作光接收機的前置放大器時，其靈敏度也可大大提高。因此，只需在線路上設1-2個摻鉺放大器，其信號傳輸距離即可提高100-200km。
此外，摻鉺光纖放大器待解決的問題
摻鉺光纖放大器的獨特優(yōu)越性已被世人所公認，并且得到越來越廣泛的應用。但是，摻鉺光纖放大器也存在著一定的局限性。比如，在長距離通信中不能上下話路、各站業(yè)務聯(lián)系比較困難、不便于查找故障、泵浦光源壽命不長，隨著光纖通信技術的不斷進步，這些問題將會得到完滿的解決。