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光纤通信在进行长距离传输时，由于光纤中存在损耗和色散.使得光信号能量降低、光脉冲发生展宽。因此每隔一定距离就需设置一个中继器，以便对信号进行放大和再生，然后送入光纤继续传输。传统采用的方案是光一电一光的中继器，其工作原理是先将接收到的微弱光信号经光电检测器转换成电流信号，然后对此电信号进行放大、均衡、判决等使信号再生，最后再通过半导体激光器完成电光转换，重新发送到下一段光纤中去。在光纤通信系统传输速率不断提高的现代通信中，这种光一电一光的中继变换处理方式的成本迅速增加.已经不能满足现代通信传输的要求。
长时间以来，人们一直在寻找用光放大的方法来替代传统的中继方式，并延长中继距离。光放大器能直接放大光信号，无须转换成电信号，对信号的格式和速率具有高度的透明性.使得整个光纤通信传输系统更加简单和灵活。它的出现和实用化在光纤通信中引起一场革命。
目前研成功制出的光放大器有半导体光放大器和光纤放大器两大类。每一类又有不同的应用结构和形式。
1.半导体光放大器
半导体光放大器的结构如图9.32所示。半导体光放大器是一个具有或不具有端面反射的半导体激光器。其结构和工作原理与半导体激光器非常相似。当给器件加偏置电流时，电流可以使半导体增益物质产生粒子数反转，使电子从价带跃迁到导带，从而产生自发辐射•当外光场入射时会发生受激辐射。受激辐射产生信号增益。当然自发辐射本身也将被放大并产生随机起伏的放大器噪声，称为ASE（被放大的自发辐射）噪声。
图32 半导体guang光放大器结构
半导体光放大器的特点是：尺寸很�。辉鲆娼细撸话阍�15?30dB；频带宽，一般为50?70nm。存在的主要问题是与光纤的耦合损耗大，为5?8dB；由于增益与偏振态、温度等因素有关，因此稳定性差；在高速光信号的放大上，仍存在问题；输出功率�。肷凳洗�。
2.光纤放大器
光纤放大器分为稀土掺杂光纤放大器和利用非线性效应制作的常规光纤放大器。
稀土掺杂光纤放大器是利用光纤中稀土掺杂物质引起的增益机制实现光放大的。掺杂的稀土元素有餌（Er）、错（Pr）、饵億（Er：Yb）共掺杂等。其中掺餌光纤放大器（EDFA）的工作波长为1550nm波段；掺错光纤放大器（PDFA）的工作波长为1300nm波段。
EDFA的工作波长为1550nm,与光纤的低损耗窗口一致，是最具吸引力和最为成熟的光纤放大器。它的典型结构如图33所示。它包括光路结构和辅助电路部分。光路部分由掺餌光纤、泵浦光源、光耦合器、光隔离器和光滤波器组成。辅助电路主要有电源、自动控制部分和保护电路。
图33 EDFA的典型结构
掺钳光纤是EDFA的核心，它以石英光纤作基础材料.在光纤芯子中掺入一定比例的稀土元素一饵离子（Er3+）。这样形成了一种特殊的光纤，这种光纤在一定的泵浦光激励下，处于低能级的Er3+可以吸收泵浦光的能量，向高能级跃迁。Er3+的能级结构图如图9.34所示。由于Er3+在高能级上的寿命很短，很快以无辐射的形式跃迁到亚稳态（4昂〃能级），在该能级上，Er3+有较长的寿命，从而在亚稳态和和基态之间形成粒子数反转分布。当1550nm波段的光信号通过这段掺铜光纤时，亚稳态的Er3+以受激辐射的形式跃迁到基态，并产生出和入射光信号中的光子一模一样的光子，大大增加了信号光中的光子数量.实现了信号光在掺餌光纤中的放大。
EDFA中的泵浦光源为信号光的放大提供足够的能量，它使处于低能级的EF+被提升到高能级上，使掺供光纤达到粒子数反转分布。一般釆用的泵浦光源是半导体激光二极管,其泵浦波长有800nm、980nm和1480nm三种。其中应用最多的是980nm的泵浦光源,因为980nm的泵源具有噪声低、泵浦效率高、驱动电流小、增益平坦性好等优点。
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