但是激发态是不稳定的,Er3很快返回到能级2。如果输 入的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E将跃迁到基态(2→1),产生受激辐射光,因而信 号光得到放大。由此可见,这种放大是由于泵浦光的能量转 换为信号光的结果。为提高放大器增益,应提高对泵浦光的 吸收,使基态Er3尽可能跃迁到激发态,图61.1-1(b)示出 EDFA增益和吸收频谱 图61.1-2(a)示出输出信号光功率和输入泵浦光功率的关 系,由图可见,泵浦光功率转换为信号光功率的效率很高, 达到926%。当泵浦光功率为60mW时,吸收效率[(信号输 入光功率信号输出光功率)泵浦光功率]为88%
但是激发态是不稳定的，Er3+很快返回到能级2。如果输 入的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Er3+将跃迁到基态(2→1)， 产生受激辐射光，因而信 号光得到放大。由此可见，这种放大是由于泵浦光的能量转 换为信号光的结果。为提高放大器增益， 应提高对泵浦光的 吸收， 使基态Er3+尽可能跃迁到激发态，图6.1.1-1(b)示出 EDFA增益和吸收频谱。 图6.1.1-2(a)示出输出信号光功率和输入泵浦光功率的关 系， 由图可见，泵浦光功率转换为信号光功率的效率很高， 达到92.6%。当泵浦光功率为60 mW时，吸收效率［(信号输 入光功率-信号输出光功率)/泵浦光功率］为88%
80 40 转换效率 60 示该图片 增益系数 6. 3 dB V mW 10 辑 0 020406080 520 输入泵浦光功率/mW 输入泵浦光功率/mW 图61.1-2掺铒光纤放大器的特性 (a)输出信号光功率与泵浦光功率的关系;(b)小信号增益与泵浦光功率的关系 下面看一下掺铒光纤放大器光放大原理的动态示意图
0 0 20 40 60 80 20 40 60 80 转换效率 92.6％ 输入泵浦光功率 / mW 输出信号光功率 / mW 0 20 0 10 30 40 5 10 15 20 增益系数 6.3 dB / mW 输入泵浦光功率 / mW 增 益 / dB (a) (b) 图6.1.1-2 (a) 输出信号光功率与泵浦光功率的关系；(b) 小信号增益与泵浦光功率的关系 下面看一下掺铒光纤放大器光放大原理的动态示意图
6.1.2掺铒光纤放大器的构成和特性 图612-1(a)为光纤放大器构成原理图,图6.1.2-1(b)为实用 光纤放大器构成方框图。掺铒光纤(EDF)和高功率泵浦光源是关 键器件,把泵浦光与信号光耦合在一起的波分复用器和置于两 端防止光反射的光隔离器也是不可缺少的。 设计高增益掺铒光纤(EDF)是实现光纤放大器的技术关键, EDF的增益取决于Er3的浓度、光纤长度和直径以及泵浦光功 率等多种因素,通常由实验获得最佳增益。对泵浦光源的基本 要求是大功率和长寿命。波长为1480μm的 IngaasP多量子阱 (MQW)激光器,输出光功率高达100mW,泵浦光转换为信号光 效率在6dBmW以上
6.1.2 图6.1.2-1(a)为光纤放大器构成原理图，图6.1.2-1(b)为实用 光纤放大器构成方框图。掺铒光纤(EDF)和高功率泵浦光源是关 键器件，把泵浦光与信号光耦合在一起的波分复用器和置于两 端防止光反射的光隔离器也是不可缺少的。 设计高增益掺铒光纤(EDF)是实现光纤放大器的技术关键， EDF的增益取决于Er 3+的浓度、光纤长度和直径以及泵浦光功 率等多种因素，通常由实验获得最佳增益。对泵浦光源的基本 要求是大功率和长寿命。波长为1480μm的InGaAsP多量子阱 (MQW)激光器，输出光功率高达100mW, 泵浦光转换为信号光 效率在6 dB/mW以上
泵浦 掺铒光纤 输入信号 输出信号 光隔离器波分复用器 光隔离器 输入隔离器 输入WDM 光输入 +5V 电源-5V 泵浦LD 监视和泵浦监视 监视 告警电路和控制电路 激光器驱动输入 掺铒 PD探测器泵浦LD 光纤 光输出 输出耦合器输出隔离器输出WDM 图61.2-1光纤放大器构成方框图 (a)光纤放大器构成原理图;(b)实用光纤放大器外形图及其构成方
输入信号 光隔离器 波分复用器 泵 浦 掺铒光纤 光隔离器 输出信号 (a) 监视和 告警电路 泵浦监视 和控制电路 泵 浦LD PD 探测器 泵 浦LD 输入隔离器 输 入WDM 输出耦合器 输出隔离器 输 出WDM 掺 铒 光 纤 热 沉 光输入 ＋ 5 V 0 V － 5 V 电 源 监 视 激光器驱动输入 光输出 (b) 图6.1.2-1 (a) 光纤放大器构成原理图；(b) 实用光纤放大器外形图及其构成方框图
波长为980nm的泵浦光转换效率更高,达10dB/mW, 而且噪声较低,是未来发展的方向。对波分复用器的基本要 求是插入损耗小,熔拉双锥光纤耦合器型和干涉滤波型波分 复用器最适用。光隔离器的作用是防止光反射,保证系统稳 定工作和减小噪声,对它的基本要求是插入损耗小,反射损 耗大。 图6.1.2-2是EDFA商品的特性曲线,图中显示出增益、噪 声指数和输出信号光功率与输入信号光功率的关系。在泵浦 光功率一定的条件下,当输入信号光功率较小时,放大器增 益不随输入信号光功率而变化,基本上保持不变。当信号光 功率增加到一定值(一般为-20dBm)后,增益开始随信号光 功率的增加而下降,因此出现输出信号光功率达到饱和的现
波长为980 nm的泵浦光转换效率更高，达10 dB/mW， 而且噪声较低，是未来发展的方向。对波分复用器的基本要 求是插入损耗小，熔拉双锥光纤耦合器型和干涉滤波型波分 复用器最适用。光隔离器的作用是防止光反射，保证系统稳 定工作和减小噪声，对它的基本要求是插入损耗小，反射损 图6.1.2-2是EDFA商品的特性曲线，图中显示出增益、 噪 声指数和输出信号光功率与输入信号光功率的关系。在泵浦 光功率一定的条件下，当输入信号光功率较小时，放大器增 益不随输入信号光功率而变化，基本上保持不变。 当信号光 功率增加到一定值(一般为-20 dBm) 后，增益开始随信号光 功率的增加而下降， 因此出现输出信号光功率达到饱和的现