光纖放大器簡介

　　纖放大器技術(shù)就是在光纖的纖芯中摻入能產(chǎn)生激光的稀土元素，通過激光器提供的直流光激勵(lì)，使通過的光信號(hào)得到放大。傳統(tǒng)的光纖傳輸系統(tǒng)是采用光—電—光再生中繼器，這種中繼設(shè)備影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，為去掉上述轉(zhuǎn)換過程，直接在光路上對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大傳輸，就要用一個(gè)全光傳輸型中繼器來代替這種再生中繼器。適用的設(shè)備有摻鉺光纖放大器(EDFA)、摻鐠光纖放大器(PDFA)、摻鈮光纖放大器(NDFA)。目前光放大技術(shù)主要是采用EDFA。

　　光纖放大器分類

　　摻稀土OFA

　　制作光纖時(shí)，采用特殊工藝，在光纖芯層沉積中摻入極小濃度的稀土元素，如鉺、鐠或銣等離子，可制作出相應(yīng)的摻鉺、摻鐠或摻銣光纖。光纖中摻雜離子在受到泵浦光激勵(lì)后躍遷到亞穩(wěn)定的高激發(fā)態(tài)，在信號(hào)光誘導(dǎo)下，產(chǎn)生受激輻射，形成對(duì)信號(hào)光的相干放大。這種OFA實(shí)質(zhì)上是一種特殊的激光器，它的工作腔是一段摻稀土粒子光纖，泵浦光源一般采用半導(dǎo)體激光器。

　　當(dāng)前光纖通信系統(tǒng)工作在兩個(gè)低損耗窗口：1.55μm波段和1.31μm波段。選擇不同的摻雜元素，可使放大器工作在不同窗口。

　　(1)摻鉺光纖放大器(EDFA)

　　摻鉺光纖放大器由一段摻鉺光纖和泵浦光源組成，如圖1所示。摻鉺光纖是在石英光纖的纖芯中摻入適量濃度的鉺離子(Er3+)，泵浦源的作用是給鉺離子提供能量，將它從低能級(jí)“抽運(yùn)”到高能級(jí)，使其具有光學(xué)增益功能。沒有泵浦光作用時(shí)，Er3+離子的能量狀態(tài)稱為基態(tài);吸收泵浦光能量后，Er3+便處于較高能量狀態(tài)，即由基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)。由于處于該高能態(tài)的壽命很短，將迅速過渡到較低的激發(fā)態(tài)，Er3+處于激發(fā)態(tài)的壽命長得多，被稱為亞穩(wěn)態(tài)。當(dāng)Er3+從亞穩(wěn)激發(fā)態(tài)躍遷回到基態(tài)時(shí)，多出來的能量轉(zhuǎn)變?yōu)闊晒廨椛?，輻射光的波長由亞穩(wěn)態(tài)與基態(tài)的能級(jí)差決定。在1550nm波段上，在泵浦源不斷作用下，處于亞穩(wěn)激發(fā)態(tài)的Er3+不斷累積，其數(shù)量可超過仍處于基態(tài)的離子數(shù)。當(dāng)高能態(tài)上的粒子數(shù)超過低能態(tài)上的粒子數(shù)時(shí)，達(dá)到了粒子數(shù)反轉(zhuǎn)狀態(tài)。只有在這種狀態(tài)下才可能有光放大作用。如入射光信號(hào)的光子能量相當(dāng)于基態(tài)和亞穩(wěn)態(tài)之間的能量差，即其光波長與上述輻射光的波長相同，它將同時(shí)引發(fā)由基態(tài)→亞穩(wěn)態(tài)的吸收躍遷和由亞穩(wěn)態(tài)→基態(tài)的發(fā)射躍遷，吸收躍遷吸收光能，發(fā)射躍遷發(fā)射光能，吸收和發(fā)射光能的大小各與基態(tài)和亞穩(wěn)態(tài)的粒子密度成正比。由于粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的緣故，總的效果是發(fā)射的光能超過吸收的光能，這就使入射光增強(qiáng)，而得到了光放大。

　　摻雜光纖放大器的一個(gè)重要問題是選擇合適的泵浦源。摻Er3+石英光纖在550、650、810、980和1480nm等處存在吸收光譜帶，原則上都可選為泵浦光波長。但由于980nm和l480mn光波長的光泵浦效率最高，故多采用。980nm泵浦源選用InGaAs/AlGaAs半導(dǎo)體激光器，1480nm泵浦源選用GalnAsP/Inp半導(dǎo)體激光器，它們的光功率一般為數(shù)十至上百亳瓦。采用980nm的泵浦源還有噪聲低的優(yōu)點(diǎn)，而1480mn泵浦源由于與信號(hào)光波長相近，耦合方便。

　　光纖通信的另一重要的低損耗窗口是1300nm波段。摻釹離子(Nd3+)的氯化物玻璃光纖可構(gòu)成工作于這一波段的摻釹光纖放大器。

　　光纖放大器要求增益高，工作頻帶寬、噪聲低。摻鉺光纖放大器已實(shí)用化，其典型值：小信號(hào)增益30dB，帶寬32nm，噪聲系數(shù)5dB。

　　摻鉺光纖放大器是光纖通信技術(shù)的一項(xiàng)重大突破，它可免除常規(guī)光纖通信技術(shù)在中繼站進(jìn)行光一電一光變換而延長中繼距離，使常規(guī)的光纖通信提高到一個(gè)新的水平。對(duì)推動(dòng)密集波分復(fù)用、頻分復(fù)用、光孤子光纖通信、光纖本地網(wǎng)和光纖寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)網(wǎng)的發(fā)展起著舉足輕重的作用。

　　(2)摻鐠光纖放大器(PDFA)PDFA工作在1.31μm波段，已敷設(shè)的光纖90%都工作在這一窗口。PDFA對(duì)現(xiàn)有光通信線路的升級(jí)和擴(kuò)容有重要的意義。目前已經(jīng)研制出低噪聲、高增益的PDFA，但是它的泵浦效率不高，工作性能不穩(wěn)定，增益對(duì)溫度敏感，離實(shí)用還有一段距離。

　　非線性O(shè)FA

　　非線性O(shè)FA是利用光纖的非線性效應(yīng)實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)光放大的一種激光放大器。當(dāng)光纖中光功率密度達(dá)到一定閾值時(shí)，將產(chǎn)生受激拉曼散射(SRS)或受激布里淵散射(SBS)，形成對(duì)信號(hào)光的相干放大。非線性O(shè)FA可相應(yīng)分為拉曼光纖放大器(SRA)和布里淵光纖放大器(BRA)。目前研制出的SRA尚未商用化。

　　OFA的研制始于80年代，并在90年代初取得重大突破。在現(xiàn)代光通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，如何有效地提高光信號(hào)傳輸距離，減少中繼站數(shù)目，降低系統(tǒng)成本，一直是人們不斷探索的目標(biāo)。OFA是解決這一問題的關(guān)鍵器件，它的研制和改進(jìn)在全球范圍內(nèi)仍方興未艾。

　　隨著密集波分復(fù)用(DWDM)技術(shù)、光纖放大技術(shù)，包括摻鉺光纖放大器(EDFA)、分布喇曼光纖放大器(DRFA)、半導(dǎo)體放大器(SOA)和光時(shí)分復(fù)用(OTDM)技術(shù)的發(fā)展和廣泛應(yīng)用，光纖通信技術(shù)不斷向著更高速率、更大容量的通信系統(tǒng)發(fā)展，而先進(jìn)的光纖制造技術(shù)既能保持穩(wěn)定、可靠的傳輸以及足夠的富余度，又能滿足光通信對(duì)大寬帶的需求，并減少非線性損傷。

　　光纖放大器使用提示

　　故障解決

　　光纖放大器，面板顯示和實(shí)際輸出是同步的，如果面板顯示正常，則說明光放大器輸出正常，如果這種情況下測試光放大器時(shí)光功率下降或不夠，最大的可能性有以下幾種：

　　1.光功率計(jì)不準(zhǔn)，國產(chǎn)的光功率計(jì)只能測試光功率輸出較小的設(shè)備，不能測試大功率輸出的EDFA，測試光放大器的光功率計(jì)必須原裝進(jìn)口，不能把不準(zhǔn)確的儀器當(dāng)作標(biāo)準(zhǔn)來使用。

　　2.輸出口的法蘭損壞，這個(gè)可能性較小。

　　3.用戶使用不當(dāng)，在機(jī)器工作時(shí)插拔，燒傷光放大器輸出的尾纖頭，造成光放大器輸出功率下降，如發(fā)生這種情況，只要重新熔接光放大器的輸出接頭即可。

　　4.用戶使用的尾纖質(zhì)量太差，纖芯過長，在插入尾纖后擦傷光放大器的輸出接頭，這個(gè)現(xiàn)象是第一次測試是好的，第二次插入再次測試時(shí)就光功率下降了，解決這個(gè)問題也只要重新熔接光放大器的輸出接頭就可，

　　5.光源的波長不對(duì)，如果1550nm光發(fā)射機(jī)的波長有偏差，會(huì)造成光放大器的輸出光功率不夠，也會(huì)造成面板顯示偏小。

　　6.輸入光放大器的光功率較小，如果低于標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)可能會(huì)造成光功率變小，同時(shí)面板顯示也會(huì)變小。

　　注意事項(xiàng)

　　1.切勿將光纖輸出口指向人體，尤其是眼睛，以免造成損傷。

　　2.切勿在通電狀態(tài)下進(jìn)行路由的連接，以免因操作不當(dāng)造成輸出尾纖端面燒傷。

　　3.由于產(chǎn)品的輸出功率較大，使用時(shí)請(qǐng)關(guān)注本機(jī)的工作室溫，保持通風(fēng)良好。

　　歐姆龍光纖放大器調(diào)試方法