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康冠光电自主研发的KG-EDFA

康冠光电自主研发的KG-EDFA系列产品是专门针对实验室及工厂测试环境使用的光纤功率放大设备，内部集成了性能较高的泵浦激光器，高增益掺铒光纤，以及独特的控制保护电路，实现了低噪声、高稳定性输出，AGC、ACC、APC三种工作模式可选，广泛应用于光纤传感及光纤通信领域。为什么光纤放大器被广泛应用恶劣的天气情况，会对无线光通讯系统的传播信号产生衰耗作用。

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光纤放大器的工作原理

掺铒光纤放大器的工作原理

Er3 能级图及放大过程：掺铒光纤放大器之所以能放大光信号的基本原理在于Er3＋吸收泵浦光的能量，由基态4I15/2跃迁至处于高能级的泵浦态，对于不同的泵浦波长电子跃迁到不同的能级，当用980nm波长的光泵浦时，如图15-1所示，Er＋3从基态跃迁至泵浦态4I11/2。由于泵浦态上的载流子的寿命只有1μs，电子迅速以非辐射方式由泵浦态豫驰至亚稳态，在亚稳态上载流子有较长的寿命，在源源不断的泵浦下，亚稳态上的粒子不断累积，从而实现粒子数反转分布。当有1550nm的信号光通过已被激发的铒光纤时，在信号光的感应下，亚稳态上的粒子以收集受激辐射的方式跃迁到基态，同时释放出一个与感应光子全同的光子，从而实现了信号光在掺铒光纤的传播过程中不断放大。在掺铒光纤中注进足够强的泵浦光，就可以将大部分处于基态的Er3 离子抽运到激发态，处于激发态的Er3 离子又迅速无辐射地转移到亚稳态。在放大过程中，亚稳态上的粒子也会以自发辐射的方式跃迁到基态，自发辐射产生的光子也会被放大，这种放大的自发辐射（ASE: Amplified Spontaneous Emission）会消耗泵浦光并引入噪声。

光纤放大器

EDFA的原理

EDFA的泵浦过程需要使用三能级系统，如图1所示。在掺铒光纤中注进足够强的泵浦光，就可以将大部分处于基态的Er3 离子抽运到激发态，处于激发态的Er3 离子又迅速无辐射地转移到亚稳态。由于 Er3 离子在亚稳态能级上寿命较长，因此很轻易在亚稳态与基态之间形成粒子数反转。当信号光子通过掺铒光纤时，与处于亚稳态的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，这时通过掺铒光纤传输的信号光子迅速增多，产生信号放大作用。所有光纤均不可过于弯曲，除特殊测试外其曲率半径应大于30mm。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(ASE)，它造成EDFA的噪声。

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　光纤放大器类型介绍

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典型的EDFA结构主要由掺铒光纤(EDF)、泵浦光源、耦合器、隔离器等组成。

掺铒光纤是EDFA的核心部件。它以石英光纤作为基质，在纤芯中掺人固体激光工作物质铒离子，在几米至几十米的掺铒光纤内，光与物质相互作用而被放大、增强。光隔离器的作用是***光反射，以确保放大器工作稳定，它必须是插进损耗低，与偏振无关，隔离度优于40 dB。当泵浦光功率足够大，而信号光与ASE很弱时，上下能级的粒子数反转程度很高，并可认为沿EDFA长度方向上的上能级粒子数保持不变，放大器的增益将达到很高的值，而且随输入信号光功率的增加，增益仍维持恒定不变，这种增益称为小信号增益。