一. 光纖放大器的原理結(jié)構(gòu) Uu52uR  

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摻鉺光纖的放大原理 'F#dv[N  
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EDFA的放大作用是通過(guò)1550nm波段的信號(hào)光在摻鉺光纖中傳輸與Er³⁺ 離子相互作用產(chǎn)生的。在光與物質(zhì)相互作用時(shí)，光可以被看作由光子組成的粒子束，每個(gè)光子的能量為： ];jp)P2o  
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E=hv |fW_9={1kQ  
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其中：E為光子的能量，v為光的頻率，h為普朗克常數(shù)。 !.-u'6e  
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摻鉺光纖中的Er³⁺離子所出的能量狀態(tài)是不能連續(xù)取值的，它只能處在一系列分立的能量狀態(tài)成為能級(jí)上，這些能量狀態(tài)成為能級(jí)。當(dāng)在摻鉺光纖中傳輸?shù)墓庾幽芰颗cEr³⁺離子的某兩個(gè)能級(jí)之間的能量差相等時(shí)，Er³⁺離子就會(huì)與光子發(fā)生相互作用，產(chǎn)生收激輻射和收激吸收效應(yīng)。受激輻射是指Er³⁺離子與光子相互作用從高能級(jí)躍遷到低能級(jí)，發(fā)射出一個(gè)與激發(fā)光子完全相同的光子（激光子的頻率、相位、傳播方向、偏振態(tài)相同）；受激吸收是指Er³⁺離子與光子相互作用從低能集躍遷到高能級(jí)，并且吸收激發(fā)光子。為了詳細(xì)說(shuō)明EDFA放大原理，圖1給出了Er³⁺離子與光放大作用有關(guān)的能級(jí)結(jié)構(gòu)。 4
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如圖1所示，與Er³⁺離子產(chǎn)生光放大效應(yīng)的能級(jí)由三個(gè)：高能態(tài)、亞穩(wěn)態(tài)、基態(tài)。高能態(tài)與基態(tài)之間的能量差與泵浦光子能量相同，亞穩(wěn)態(tài)與基態(tài)之間的能量與1550nm的光子能量相同。 ?;H}5>^8P  
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在摻鉺光纖中注入足夠強(qiáng)的泵浦光，就可以將大部分處于基態(tài)的Er³⁺離子抽運(yùn)到高能態(tài)上，處于高能態(tài)的Er³⁺離子又迅速無(wú)輻射地轉(zhuǎn)移到亞穩(wěn)態(tài)上。由于Er³⁺離子在亞穩(wěn)態(tài)上能級(jí)壽命較長(zhǎng)，因此，很容易在亞穩(wěn)態(tài)與基態(tài)之間形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，即處于亞穩(wěn)態(tài)的Er³⁺粒子數(shù)比處于基態(tài)的Er³⁺粒子數(shù)多。當(dāng)信號(hào)光子通過(guò)摻耳光弦，與Er³⁺離子相互作用發(fā)生受激輻射效應(yīng)，產(chǎn)生大量與自身完全相同的光子，這時(shí)通過(guò)摻耳光纖傳輸?shù)男盘?hào)光子迅速增多，產(chǎn)生信號(hào)放大作用；只有少數(shù)處于基態(tài)的Er³⁺離子隊(duì)信號(hào)光子產(chǎn)生受激吸收效應(yīng)，吸收光子。Er³⁺離子的亞穩(wěn)態(tài)和基態(tài)具有一定的寬度，使EDFA的放大效應(yīng)具有一定波長(zhǎng)范圍，其典型值維1530—1570nm。Er³⁺離子處于亞穩(wěn)態(tài)時(shí)，除了發(fā)生受激輻射和受激吸收以外，還要產(chǎn)生自發(fā)輻射，即Er³⁺離子在亞穩(wěn)態(tài)上暫短停留還沒(méi)有機(jī)會(huì)與光子相互作用，就會(huì)自發(fā)地從亞穩(wěn)態(tài)躍遷到基態(tài)并發(fā)射出1550nm波段的光子，這種光子與信號(hào)光不同，它構(gòu)成EDFA的噪聲。由于自發(fā)輻射光子在摻鉺光纖中傳輸時(shí)也會(huì)得到放大，因此在EDFA的輸入光功率較低時(shí)，會(huì)產(chǎn)生較大的噪聲。 c&x1aF "B  
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1.2光纖放大器的基本結(jié)構(gòu) !A1~{G2VL_  
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