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      科學(xué)是永無止境的，它是一個(gè)永恒之謎。     —愛因斯坦（A.Einstein）

摻鉺光纖結(jié)構(gòu)和EDFA的構(gòu)成

       圖8.1.1a為一個(gè)實(shí)用光纖放大器的構(gòu)成方框圖。光纖放大器的關(guān)鍵部件是摻鉺光纖和高功率泵浦源、作為信號(hào)和泵浦光復(fù)用的波分復(fù)用器（WDM）、為了防止光反饋和減小系統(tǒng)噪聲在輸入和輸出端使用的光隔離器。

 

圖8.1.1 摻鉺光纖放大器

a）EDFA組成圖 b）980nm大功率輸出泵浦激光器

       具有增益放大特性的摻鉺光纖是光纖放大器的重要組成部分。EDFA的增益與許多參數(shù)有關(guān)，如鉺離子濃度、放大器長度、芯徑以及泵浦光功率等。

       對(duì)泵浦源的基本要求是高功率和長壽命?？梢栽趲讉€(gè)波長上對(duì)摻鉺光纖進(jìn)行有效的激勵(lì)。采用1480nm的InGaAs多量子阱（MQW）激光泵浦時(shí)，EDFA的輸出功率可達(dá)100mW，該波長的泵浦增益系數(shù)較高，而且EDFA的帶寬與現(xiàn)已實(shí)用化的銦鎵砷（InGaAs）激光器相匹配。也可以使用980nm波長光對(duì)EDFA泵浦，這種泵浦效率高，噪聲低，現(xiàn)已廣泛使用。

       波分復(fù)用器把泵浦光與信號(hào)光復(fù)合。

       光隔離器被插入輸入端和輸出端，其目的是為了抑制光路中的反射，從而使系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠、降低噪聲。對(duì)隔離器的基本要求是插入損耗低、反向隔離度大。

EDFA噪聲

       由于自發(fā)輻射噪聲在信號(hào)被放大期間疊加到了信號(hào)上，所以對(duì)于所有的放大器，信號(hào)被放大后的信噪比（SNR）均有所下降。與電子放大器類似，用放大器噪聲指數(shù)Fn來衡量SNR下降的程度，并定義為

式中，SNR指的是由光探測(cè)器將光信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)的信噪比，（SNR）in表示光放大前的光電流信噪比，（SNR）out表示光放大后的光電流信噪比。通常，F(xiàn)n與探測(cè)器的參數(shù)，如散粒噪聲和熱噪聲有關(guān)， 對(duì)于性能僅受限于散粒噪聲的理想探測(cè)器，同時(shí)考慮到放大器增益G＞＞1，就可以得到Fn的簡單表達(dá)式

式中，nsp為自發(fā)輻射系數(shù)或粒子數(shù)反轉(zhuǎn)系數(shù)。

       該式表明，即使對(duì)于理想的放大器（nsp=1)，放大后信號(hào)的SNR也要比輸入信號(hào)的SNR低3dB；對(duì)于大多數(shù)實(shí)際的放大器，F(xiàn)n超過3dB， 可能降低到5~8dB。在光通信系統(tǒng)中，光放大器應(yīng)該具有盡可能低的Fn。