光放大器

光放大器的原理基本上是基于激光的受激輻射，通過(guò)將泵浦光的能量轉(zhuǎn)變?yōu)樾盘?hào)光的能量實(shí)現(xiàn)放大作用。光放大器自從1990年代商業(yè)化以來(lái)已經(jīng)深刻改變了光纖通信工業(yè)的現(xiàn)狀。

分類

光放大器一般可以分為光纖放大器和半導(dǎo)體光放大器兩種。光纖放大器還可以分為摻鉺(Er)光纖放大器，摻鐠(Pr)光纖放大器以及拉曼放大器等幾種。其中摻鉺光纖放大器工作于1550nm波長(zhǎng)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于光纖通信工業(yè)領(lǐng)域。摻鐠的放大器可以工作于1310nm波長(zhǎng)，但是由于轉(zhuǎn)換效率不理想，現(xiàn)在仍然處于實(shí)驗(yàn)室研究階段。拉曼放大器是近幾年開始商用化的一種新型放大器，主要應(yīng)用于需要分布式放大的場(chǎng)合。半導(dǎo)體光放大器結(jié)構(gòu)小巧，方便集成，一直被很多人看好。但是由于偏振效應(yīng)不太理想，一直沒(méi)有大規(guī)模商用化。

原理

摻鉺光纖放大器（Erbium-doped Optical Fiber Amplifer，EDFA）的組成基本上包括了摻鉺光纖，泵浦激光器，光合路器幾個(gè)部分?；诓煌挠猛?，摻鉺光纖放大器已經(jīng)發(fā)展出多種不同的結(jié)構(gòu)。

EDFA的放大原理與雷射產(chǎn)生原理類似，光纖中參雜的稀土族元素Er(3+)其亞穩(wěn)態(tài)（meta-stable state）和基態(tài)（ground state）的能量差相當(dāng)于1550nm光子的能量、當(dāng)吸收適當(dāng)波長(zhǎng)的泵浦光能量（980nm或1480nm）后，電子會(huì)從基態(tài)（躍遷到能階較高的激發(fā)態(tài)（exciting state），接著釋放少量能量轉(zhuǎn)移到較穩(wěn)定的亞穩(wěn)態(tài)、在泵浦光源足夠時(shí)鉺離子的電子會(huì)發(fā)生居量反轉(zhuǎn)（population reverse），即高能階的亞穩(wěn)態(tài)比能階低的基態(tài)電子數(shù)量多、當(dāng)適當(dāng)?shù)墓庑盘?hào)通過(guò)時(shí)，亞穩(wěn)態(tài)電子會(huì)發(fā)生受激輻射效應(yīng)，放射出大量同波長(zhǎng)光子、但因?yàn)榇嬖谡駝?dòng)能階，所以波長(zhǎng)不是單一而是一個(gè)范圍，典型值為1530~1570nm、

歷史

最早研究摻鉺光纖放大器的是英國(guó)南安普敦大學(xué)。