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高可靠性光放大器应用

来源: 发布时间:2023年09月11日

光放大器主要有2种,半导体放大器及光纤放大器。半导体放大器分为谐振式和行波式;光纤放大器分为掺稀土元素光纤放大器和非线性光学放大器。非线性光学放大器分为拉曼(SRA)和布里渊(SBA)光纤放大器。拉曼光放大器光放大器则是利用拉曼散射效应制作成的光放大器,即大功率的激光注入光纤后,会发生非线性效应拉曼散射。在不断发生散射的过程中,把能量转交给信号光,从而使信号光得到放大。由此不难理解,拉曼放大是一个分布式的放大过程,即沿整个线路逐渐放大的。其工作带宽可以说是很宽的,几乎不受限制。这种光放大器已开始商品化了,不过相当昂贵。什么是光纤放大器?光放大器的原理是什么?高可靠性光放大器应用

EDFA的工作原理是将外泵浦半导体激光器发射的光耦合进光纤,进而激发铒原子。C波段或者L波段的光信号进入光纤后会激励已被激发的铒原子,使它受激辐射出与入射光波长相同的光子,从而实现光放大。人们已经针对瞬间插入或分离信道等情况,深入研究了这一类放大器的瞬时增益动力学。这其中的功率瞬间变化的持续时间非常重要,因为它能够引起暂时的性能恶化。而瞬间变化的持续时间与掺杂离子数量分布的动力学有关,并且远比离子的松弛时间短。不管怎样,硅基EDFA的瞬间变化持续时间很容易超过1ms。深圳低噪声光放大器应用大功率的激光注入光纤后,会发生非线性效应拉曼散射。

光纤拉曼放大器:受激拉曼散射(SRS)是光纤中的一种非线性现象,它将一小部分入射光功率转移到频率比其低的斯托克斯波上;如果一个弱信号与一强泵浦光波同时在光纤中传输,并使弱信号波长置于泵浦光的拉曼增益带宽内,弱信号光即可以得到放大,这种基于受激拉曼散射机制的光放大器即称为光纤拉曼放大器(FRA)。近年来光纤拉曼放大器倍受关注,已成为研制开发的热点,它具有许多优点:(1)增益介质为普通传输光纤,与光纤系统具有良好的兼容性;(2)增益波长由泵浦光波长决定,不受其它因素的限制,理论上只要泵浦源的波长适当,就可以放大任意波长的信号光;(3)增益高、串扰小、噪声指数低、频谱范围宽、温度稳定性好。

E2能级因为是处于亚稳态,可以在一段时间内保持住该能级上的粒子,使得在E2和E1之间实现粒子数的反转分布状态(关于粒子数的反转分布状态我们在前面的笔记已经介绍过,就是指物质的粒子分布一反常态,使得高能级粒子数反而多,而低能级粒子数反而少)。这时候,如果有一个外来光子的激发,而这个光正好是将要被放大的光信号,此时的光信号是弱光,里面所包含的光子数比较少,而这样射入的光子,在E2和E1之间作为一个外来的激发光子,会在反转分布状态的E2和E1之间实现受激辐射的过程大于受激吸收的过程,产生新的全同光子,从而实现光的放大,那么从物质中输出来的光就是强光了。这就是掺铒光纤放大器的工作原理。光放大器的开发成功及其产业化是光纤通信技术中的一个非常重要的成果。

掺铒光纤放大器实际上它是在石英光纤的纤芯中掺入了饵这一稀土元素,而饵离子,我们知道:有3个工作能级,分别是E1、E2和E3。其中,E1能级能量比较低,粒子数较多,而E3能级能量比较高,粒子数较少,中间蓝色的线对应的是E2能级。这三个能级中,因为E1能级能级比较低,粒子数较多,较稳定,我们也称它为基态,即较稳定的状态;而E3能级中能量比较高,这个能级的粒子较不稳定,我们也称它为激发态。中间的E2能级处在基态和激发态之间,我们称它为亚稳态。它比基态活跃些,也比激发态稳定一些。亚稳态上的粒子数相对来说比较稳定,能在一段时间内保持住一个稳定状态。EDFA也称为掺铒光纤放大器,是一种特殊的光纤。深圳低噪声光放大器应用

EDFA的优点:结构简单,与传输光纤易耦合。高可靠性光放大器应用

正因为光纤拉曼放大器有这么多的优点,它可以放大掺铒光纤放大器所不能放大的波段,并可在1292~1660nm光谱范围内进行光放大,获得比EDFA宽得多的增益带宽;再次增益介质为普通光纤,可制作分立式或分布式FRA,分布式光纤拉曼放大器可以对信号光进行在线放大,增加光放大的传输距离,应用于40Gbit/s的高速光网络中,也特别适用于海底光缆通信系统,而且因为放大是沿着光纤分布而不是集中作用,所以输入光纤的光功率大为减少,从而非线性效应尤其是四波混频效应很快减少,这对于大容量DWDM系统是十分适用的。FRA是EDFA的补充,而不是代替,两者结合起来可获得大于100nm增益平坦宽带,这就是采用分布式光纤拉曼放大器的好处。高可靠性光放大器应用