基本工作原理：
摻鉺光纖放大器(EDFA)是以鉺離子為媒介，實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換。能量放大的工作波長窗口為1 550 nm，寬度為50 am，與光纖的低損耗窗口吻合，能量的注入窗口為980 nm和1 480 nm。一般制成摻鉺離子光纖作為EDFA放大核心，即有源介質(zhì)。放大系統(tǒng)是一個(gè)激光三能級(jí)系統(tǒng)，注入的980 nm的光能，被鉺離子吸收到高能級(jí)4“，，，通過弛豫振蕩躍遷到激光的躍遷能級(jí)4n，，，由于能級(jí)的壽命長，積累大量的激活粒子，儲(chǔ)備大量的能量，然后通過與信號(hào)光的受激輻射，得到倍增的同頻、同相位的信號(hào)光，使粒子回到基態(tài)4幾，，。放大過程中引人的噪聲是自發(fā)輻射(Amplified Spontaneous Emission，ASE)，它與泵浦的波長有關(guān)。一般情況下，使用980 nm的激光器泵浦的效率低、噪聲小；而使用1 480 nm的激光器泵浦的效率高、噪聲大。所以在設(shè)計(jì)過程中，一般前置光纖放大器EDFA使用980 nm泵浦；發(fā)射端的推動(dòng)放大器Booster EDFA使用980 nm和1 480 nm的混合泵浦方式，并根據(jù)DWDM對(duì)光學(xué)均衡濾波器的要求，專門設(shè)計(jì)介質(zhì)膜片平坦濾波器。
摻鉺光纖放大器(FDFA)的基本結(jié)構(gòu)：
一個(gè)典型的EDFA由摻鉺光纖、泵浦源、波分復(fù)用器、光隔離器和光濾波器等組成。其中摻鉺光纖提供放大，泵浦源提供足夠強(qiáng)的泵浦功率，波分復(fù)用器將信號(hào)光與泵浦光合在一起輸入摻鉺光纖中，光隔離器保證光單向傳輸，以防由于光反射形成光振蕩以及反饋光引起信號(hào)激光器工作狀態(tài)的紊亂。光濾波器的作用是濾除光放大器中的ASE噪聲，提高EDFA的信噪比。通常EDFA有3種泵浦形式：同向泵浦、反向泵浦和雙向泵浦。 為了保證EDFA的放大倍數(shù)恒定(即前置和線路的線性放大器)或輸出功率恒定(即發(fā)送端的飽和功率放大器)，需要設(shè)計(jì)輔助電路對(duì)EDFA的輸入和輸出功率進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以及對(duì)泵浦光源的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制。根據(jù)所監(jiān)測(cè)結(jié)果適當(dāng)調(diào)節(jié)泵浦光源的工作參數(shù)，使EDFA工作在最佳狀態(tài)。此外，輔助電路部分還包括自動(dòng)溫度控制和自動(dòng)功率控制等保護(hù)功能的電路。
摻鉺光纖放大器(EDFA)的基本性能 ：
EDFA的基本性能體現(xiàn)在增益、輸出功率和噪聲，以及帶寬與均衡等。
1．增益特性 增益特性表示了光放大器的輸出功率與輸入功率之比的放大能力，它與多種因素有關(guān)，一般使用dB表示，常用的放大系數(shù)為15～40 dB。 一般情況下，增益與泵浦功率有直接的關(guān)系，也與摻鉺光纖長度有關(guān)，通過實(shí)驗(yàn)可以找到它們的最佳值。
2．輸出功率特性 對(duì)于理想的線性光放大器，無論輸入光功率多大，光信號(hào)都能按同樣的增益被放大和輸出。為了保證這個(gè)條件，一般只有當(dāng)輸入小的光信號(hào)時(shí)，通過足夠的增益放大后的光信號(hào)輸出，不足以減弱泵浦功率注入激光上能級(jí)的粒子數(shù)。但是當(dāng)輸入光功率足夠大時(shí)，注入的功率不足以彌補(bǔ)放大后輸出功率的大小，從而使反轉(zhuǎn)的粒子數(shù)出現(xiàn)飽和而減少，于是輸出光功率下降，影響到放大倍數(shù)的下降，即增益飽和，使放大進(jìn)入非線性放大飽和區(qū)。EDFA的最大輸出功率常用3 dB飽和輸出功率表示，指當(dāng)飽和增益下降3 dB時(shí)所對(duì)應(yīng)的輸出功率，反映了EDFA的最大功率輸出能力。EDFA的飽和輸出特性與泵浦功率大小、摻鉺光纖長度和結(jié)構(gòu)有關(guān)。泵浦光功率越大，3 dB飽和輸出功率越大；摻鉺光纖長度越長，3 dB飽和輸出功率也越大。
3．噪聲特性 EDFA在放大過程中引入的光噪聲，主要是在激活的摻鉺光纖中的自發(fā)輻射光功率，然后又經(jīng)過摻鉺光纖的有源區(qū)放大，它是一種被放大的自發(fā)輻射光噪聲。噪聲來源主要有4種：信號(hào)光的散粒噪聲、被放大的自發(fā)輻射光ASE的散粒噪聲、白發(fā)輻射ASE光譜與信號(hào)光之間的差拍噪聲、自發(fā)輻射ASE光譜間的差拍噪聲。其中，后兩種影響最大，自發(fā)輻射ASE光譜與信號(hào)光之間的差拍噪聲是決定EDFA性能的主要因素。衡量EDFA的噪聲特性可用噪聲系數(shù)NF來表示，即EDFA的輸入信噪比與輸出信噪比的比值，用dB表示。它與同相傳輸?shù)淖园l(fā)輻射頻譜密度和放大器增益密切相關(guān)，與輸入信號(hào)功率、泵浦功率和泵浦方式等有關(guān)。 在小的光信號(hào)輸入下，光放大器的噪聲系數(shù)NF隨著輸人信號(hào)光功率的增大使受激輻射增大，而減弱了自發(fā)輻射的比率，從而使噪聲系數(shù)NF減小。 在大的光信號(hào)輸入下，光放大器的噪聲系數(shù)NF隨著輸入信號(hào)功率的增大使放大倍率下降，而參與自發(fā)輻射的光功率增大，從而使噪聲系數(shù)NF增大。 噪聲系數(shù)隨著泵浦功率的增加而減小。EDFA的噪聲功率由兩部分組成，一部分是每一小段光纖產(chǎn)生的白發(fā)輻射，而大部分是該段光纖對(duì)前面部分光纖所產(chǎn)生的自發(fā)輻射的放大，即放大的自發(fā)輻射。泵浦功率越大，前一部分所占的比重就越小，因?yàn)殡m然輸出噪聲功率隨泵浦功率的增大而增大，但是信號(hào)同樣也獲得增益，因而每一段光纖產(chǎn)生的自發(fā)輻射的比重較小，所以總的信噪比提高，即噪聲系數(shù)NF降低。
