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1、光纤放大器原理与应用的研究研电14121142201417张旭一、背景简介二、放大器种类三、掺铒光纤放大器原理四、掺铒光纤放大器的应用 由于光纤损耗和光纤色散的存在，任何光纤通信系统的传输距离都受到损耗或色散的限制。光脉冲信号在光纤中传输。随着传输距离的增加，光纤损耗导致脉冲幅度逐渐减小，光信号的能量逐渐降低；光纤色散使得脉冲宽度在时间上发生展宽，产生波形畸变。在长距离光纤传输系统中，必须在线路适当位置设立中继器，对衰减和失真了的光信号进行处理和放 大。光纤通信系统中的中继器主要有两种形式：一是光-电-光转换形式的中继器，二是直接对光信号进行放大的光放大器。背景简介3二、光纤放大器种类光纤放大
2、器种类非线性光纤放大器掺杂光纤放大器SRS光纤放大器SBS光纤放大器 非线性光纤放大器是利用强的光源对光纤进行激发，使光纤产生非线性效应而出现拉曼散射(SRS)和受激布里渊散射(SBS)，光脉冲信号在这受激发的一段光纤的传输过程中得到放大。这类光纤放大器需要对光纤注入泵浦光，泵浦光能量通过SRS或SBS光纤放大器传送到信号光上，同时有部分能量转换成分子振动(SRS)或声子(SBS)。SRS与SBS光纤放大器尽管很类似，但也有一些不同：(1)对SRS光纤放大器泵浦光与信号光可以同向或反向传输；而而SBS光纤放大器只能逆向泵浦。(2)SBS的Stokes移动要比SRS小三个数量级。(3)SRS光纤
3、放大器的增益带宽为6THz；而SRS光纤放大器的增 益带宽却相当窄，只有30100MHz。三、光纤放大器原理非线性放大器工作原理 掺杂光纤放大器利用掺杂离子在泵浦光作用下的粒子反转而对入射光信号提供光增益，放大器的增益特性和工作波长由掺杂离子决定。以掺铒光纤放大器为例谈谈其工作原理。掺铒光纤放大器的英文缩写为EDFA。EDFA主要由掺铒光纤(EDF)、泵浦光源、光耦合器、光隔离器及光滤波器组成。三、光纤放大器原理掺杂放大器工作原理三、光纤放大器原理掺杂放大器工作原理在泵浦光源的作用下，在掺铒光纤中出现了粒子数反转分布，产生了受激辐射，从而使光信号得到放大。由于EDFA具有细长的纤形结构，使得有
4、源区的能量密度很高，光和物质的作用区很长，这样可以降低对泵浦光源功率的要求。由理论分析知道，铒离子有三个能级：E1、E2和E3。其中E1能极最低，称为基态；E2能级为亚稳态，E3能级最高，称为激发态。三、光纤放大器原理掺铒光纤放大器工作原理三、光纤放大器原理掺铒光纤放大器工作原理 光放大当输入光信号的光子能量E=hf，正好等于E2和E1能级差时，即E1-E2=hf，则亚稳态E2上的粒子将以受激辐射的形式跃迁到基态E1上，并辐射出和输入光信号中光子一样的全同光子，从而大大增加了光子的数量，使得输入光信号在掺铒光纤中变为一个强的输出光信号，实现了对光信号的直接放大。三、光纤放大器原理掺铒光纤放大器工作原理四、掺铒光纤光纤放大器的应用光纤放大器的适用波段 四、掺铒光纤光纤放大器的应用应用1、作中继器使用，实现全光通信。四、掺铒光纤光纤放大器的应用应用2、作前置放大器。四、掺铒光纤光纤放大器的应用应用3、作发射机的功率放大器