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摻鉺光纖放大器的出現(xiàn)導(dǎo)致了光通信技術(shù)革命，它絕境了衰減對(duì)光網(wǎng)絡(luò)傳輸距離的限制，又開創(chuàng)了1550nm波段的波分復(fù)用系，從而使超高速、超大容量、超長(zhǎng)距離的波分復(fù)用(WDM)、密集波分復(fù)用(DWDM)、全光網(wǎng)絡(luò)傳輸成為實(shí)現(xiàn)。

無線光通信是以激光作為信息載體，是一種不需要任何有線信道作為傳輸媒介的通信方式。與微波通信相比，無線光通信所使用的激光頻率高，方向性強(qiáng)(保密性好)，可用的頻譜寬，無需申請(qǐng)頻率使用許可;與光纖通信相比，無線光通信造價(jià)低，施工簡(jiǎn)便、迅速。它結(jié)合了光纖通信和微波通信的優(yōu)勢(shì)，已成為一種新興的寬帶無線接人方式，受到了人們的廣泛關(guān)注。但是，惡劣的天氣情況，會(huì)對(duì)無線光通信系統(tǒng)的傳播信號(hào)產(chǎn)生衰耗作用。

空氣中的散射粒子，會(huì)使光線在空間、時(shí)間和角度上產(chǎn)生不同程度的偏差。大氣中的粒子還可能吸收激光的能量，使信號(hào)的功率衰減，在無線光通信系統(tǒng)中光纖通信系統(tǒng)低損耗的傳播路徑已不復(fù)存在。大氣環(huán)境多變的客觀性無法改變，要獲得更好更快的傳輸效果，對(duì)在大氣信道傳輸?shù)墓庑盘?hào)就提出了更高的要求，一般地，采用大功率的光信號(hào)可以得到更好的傳輸效果。隨著光纖放大器(EDFA)的迅速發(fā)展，穩(wěn)定可靠的大功率光源將在各種應(yīng)用中滿足無線光通信的要求。

光纖放大器的原理及結(jié)構(gòu)

摻鉺光纖放大器(EDFA)具有增益高、噪聲低、頻帶寬、輸出功率高、連接損耗低和偏振不敏感等優(yōu)點(diǎn)，直接對(duì)光信號(hào)進(jìn)行放大，無需轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，能夠保證光信號(hào)在最小失真情況下得到穩(wěn)定的功率放大。

光纖放大器原理

在摻鉺光纖中注入足夠強(qiáng)的泵浦光，就可以將大部分處于基態(tài)的Er3+離子抽運(yùn)到激發(fā)態(tài)，處于激發(fā)態(tài)的Er3+離子又迅速無輻射地轉(zhuǎn)移到亞穩(wěn)態(tài)。由于Er3+離子在亞穩(wěn)態(tài)能級(jí)上壽命較長(zhǎng)，因此很容易在亞穩(wěn)態(tài)與基態(tài)之間形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。當(dāng)信號(hào)光子通過摻鉺光纖時(shí)，與處于亞穩(wěn)態(tài)的Er3+離子相互作用發(fā)生受激輻射效應(yīng)，產(chǎn)生大量與自身完全相同的光子，這時(shí)通過摻鉺光纖傳輸?shù)男盘?hào)光子迅速增多，產(chǎn)生信號(hào)放大作用。Er3+離子處于亞穩(wěn)態(tài)時(shí)，除了發(fā)生受激輻射和受激吸收以外，還要產(chǎn)生自發(fā)輻射(ASE)，它造成EDFA的噪聲。

光纖放大器的結(jié)構(gòu)

典型的EDFA結(jié)構(gòu)主要由摻鉺光纖(EDF)、泵浦光源、耦合器、隔離器等組成。摻鉺光纖是EDFA的核心部件。它以石英光纖作為基質(zhì)，在纖芯中摻人固體激光工作物質(zhì)鉺離子，在幾米至幾十米的摻鉺光纖內(nèi)，光與物質(zhì)相互作用而被放大、增強(qiáng)。光隔離器的作用是抑制光反射，以確保放大器工作穩(wěn)定，它必須是插入損耗低，與偏振無關(guān)，隔離度優(yōu)于40dB。

光纖放大器的特性及性能指標(biāo)

增益特性表示了放大器的放大能力，其定義為輸出功率與輸入功率之比：

式中：Pout，Pin分別表示放大器輸出端與輸入端的連續(xù)信號(hào)功率。增益系數(shù)是指從泵浦光源輸入1mW泵浦光功率通過光纖放大器所獲得的增益，其單位為dB/mW：

式中：g0是由泵浦強(qiáng)度定的小信號(hào)增益系數(shù)，由于增益飽和現(xiàn)象，隨著信號(hào)功率的增加，增益系數(shù)下降;Is，Ps分別為飽和光強(qiáng)和飽和光功率，是表明增益物質(zhì)特性的量，與摻雜系數(shù)、熒光時(shí)間和躍遷截面有關(guān)。

增益和增益系數(shù)的區(qū)別在于：增益主要是針對(duì)輸入信號(hào)而言的，而增益系數(shù)主要是針對(duì)輸入泵浦光而言的。另外，增益還與泵浦條件(包括泵浦功率和泵浦波長(zhǎng))有關(guān)，目前采用的主要泵浦波長(zhǎng)是980nm和1480nm。由于各處的增益系數(shù)是不同的，而增益須在整個(gè)光纖上積分得到，故此特性可用以通過選擇光纖長(zhǎng)度得到較為平坦的增益譜。

常規(guī)檢查方法

光放大器，面板顯示和實(shí)際輸出是同步的，如果面板顯示正常，則說明光放大器輸出正常，如果這種情況下測(cè)試光放大器時(shí)光功率下降或不夠，最大的可能性有以下幾種：

光功率計(jì)不準(zhǔn)，國產(chǎn)的光功率計(jì)只能測(cè)試光功率輸出較小的設(shè)備，不能測(cè)試大功率輸出的EDFA，測(cè)試光放大器的光功率計(jì)必須原裝進(jìn)口，不能把不準(zhǔn)確的儀器當(dāng)作標(biāo)準(zhǔn)來使用。

輸出口的法蘭損壞，這個(gè)可能性較小。

用戶使用不當(dāng)，在機(jī)器工作時(shí)插拔尾纖，燒傷光放大器輸出的尾纖頭，造成光放大器輸出功率下降，如發(fā)生這種情況，只要重新熔接光放大器的輸出接頭即可。

用戶使用的尾纖質(zhì)量太差，纖芯過長(zhǎng)，在插入尾纖后擦傷光放大器的輸出接頭，這個(gè)現(xiàn)象是第一次測(cè)試是好的，第二次插入再次測(cè)試時(shí)就光功率下降了，解決這個(gè)問題也只要重新熔接光放大器的輸出接頭就可。

光源的波長(zhǎng)不對(duì)，如果1550nm光發(fā)射機(jī)的波長(zhǎng)有偏差，會(huì)造成光放大器的輸出光功率不夠，也會(huì)造成面板顯示偏小。

輸入光放大器的光功率較小，如果低于標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)可能會(huì)造成光功率變小，同時(shí)面板顯示也會(huì)變小。