90年代初期,掺铒光纤放大器(edfa)的研制成功,打破了光纤通信传输距离受光纤损耗的限制,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的变化,被誉为光通信发展的一个“里程碑”。那么,究竟什么是光纤放大器呢?根据放大机制不同,ofa可分为两大类。
掺稀土ofa制作光纤时,采用特殊工艺,在光纤芯层沉积中掺入极小浓度的稀土元素,如铒、镨或铷等离子,可制作出相应的掺铒、掺镨或掺铷光纤。光纤中掺杂离子在受到泵浦光激励后跃迁到亚稳定的高激发态,在信号光诱导下,产生受激辐射,形成对信号光的相干放大。这种ofa实质上是一种特殊的激光器,它的工作腔是一段掺稀土粒子光纤,泵浦光源一般采用半导体激光器。
当前光纤通信系统工作在两个低损耗窗口:1.55μm波段和1.31μm波段。选择不同的掺杂元素,可使放大器工作在不同窗口。
(1)掺铒光纤放大器(edfa)
掺铒光纤放大器由一段掺铒光纤和泵浦光源组成,如图1所示。掺铒光纤是在石英光纤的纤芯中掺入适量浓度的铒离子(er3+),泵浦源的作用是给铒离子提供能量,将它从低能级“抽运”到高能级,使其具有光学
增益功能。没有泵浦光作用时,er3+离子的能量状态称为基态;吸收泵浦光能量后,er3+便处于较高能量状态,即由基态跃迁到激发态。由于处于该高能态的寿命很短,将迅速过渡到较低的激发态,er3+处于激发态的寿命长得多,被称为亚稳态。当er3+从亚稳激发态跃迁回到基态时,多出来的能量转变为荧光辐射,辐射光的波长由亚稳态与基态的能级差决定。在1550nm波段上,在泵浦源不断作用下,处于亚稳激发态的er3+不断累积,其数量可超过仍处于基态的离子数。
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