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掺铒光纤放大器的放大原理

2020-07-29 14:54:57 山东万硕光电设备有限公司 阅读

掺铒光纤放大器的放大原理

       EDFA的放大作用是通过1550nm波段的信号光在掺铒光纤中传输与Er3+ 离子相互作用产生的。在光与物质相互作用时,光可以被看作由光子组成的粒子束,每个光子的能量为:E=hv 其中E为光子的能量,v为光的频率,h为普朗克常数。

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       掺铒光纤中的Er3+离子所出的能量状态是不能连续取值的,它只能处在一系列分立的能量状态成为能级上,这些能量状态成为能级。当在掺铒光纤中传输的光子能量与Er3+离子的某两个能级之间的能量差相等时,Er3+离子就会与光子发生相互作用,产生收激辐射和收激吸收效应。受激辐射是指Er3+离子与光子相互作用从高能级跃迁到低能级,发射出一个与激发光子完全相同的光子(激光子的频率、相位、传播方向、偏振态相同);受激吸收是指Er3+离子与光子相互作用从低能集跃迁到高能级,并且吸收激发光子。

      在掺铒光纤中注入足够强的泵浦光,就可以将大部分处于基态的Er3+离子抽运到高能态上,处于高能态的Er3+离子又迅速无辐射地转移到亚稳态上。由于 Er3+离子在亚稳态上能级寿命较长,因此,很容易在亚稳态与基态之间形成粒子数反转,即处于亚稳态的Er3+粒子数比处于基态的Er3+粒子数多。当信号光子通过掺耳光弦,与Er3+离子相互作用发生受激辐射效应,产生大量与自身完全相同的光子,这时通过掺耳光纤传输的信号光子迅速增多,产生信号放大作用;只有少数处于基态的Er3+离子队信号光子产生受激吸收效应,吸收光子。Er3+离子的亚稳态和基态具有一定的宽度,使EDFA的放大效应具有一定波长范围,其典型值维1530—1570nm。Er3+离子处于亚稳态时,除了发生受激辐射和受激吸收以外,还要产生自发辐射,即Er3+离子在亚稳态上暂短停留还没有机会与光子相互作用,就会自发地从亚稳态跃迁到基态并发射出1550nm波段的光子,这种光子与信号光不同,它构成EDFA的噪声。由于自发辐射光子在掺铒光纤中传输时也会得到放大,因此在EDFA的输入光功率较低时,会产生较大的噪声。


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