光纤通信中的关键技术

2023-2-23 19:17

光纤放大器 (EDFA/FRA)

光光纤放大器（OpticalFiberAmplifier，简写OFA）是指运用于光纤通信线路中，实现信号放大的一种新型全光放大器。.纤放大技术使光信号无需在中继站转换成电能就可以被放大，以补偿光纤中的传输损耗。光纤放大器的主要类型是掺铒光纤放大器（(Erbium-doped fiber amplifier,EDFA)EDFA）和拉曼光纤放大器（(Fiber Raman amplifier,FRA)）。EDFA采用掺稀土元素铒（Er，原子序数68）的光纤芯作为增益介质，通过光激励放大1.55um波段的光信号。这种EDFA发明于20世纪90年代后期，能够实现WDM（波分复用）的批量放大，是海底光缆等长距离网络和接入网等大容量通信系统的重要组成部分。掺饵光纤放大器(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。

EDFA的工作原理：
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：有3个工作能级，分别是E1、E2和E3。其中，E1能级能量最低，粒子数最多，而E3能级能量最高，粒子数最少，中间蓝色的线对应的是E2能级。这三个能级中，因为E1能级能级最低，粒子数最多，最稳定，我们也称它为基态，即最稳定的状态；而E3能级中能量最高，这个能级的粒子最不稳定，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。光纤中所要传过来的光比较弱，通过EDFA这个放大器之后，输出来就是已经放大了的强光。

光光纤放大器最核心的部件：泵浦激光器（激光二极管）是光通信网络中光纤放大器的激励光源。

泵浦激光器的类型包括FP-LD（法布里-珀罗激光二极管）和FBG-LD，后者将光纤与FP-LD上形成的FBG（光纤布拉格光栅）连接起来，通过选择波长提供高波长稳定性和窄线宽。光谱示例如下所示。

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