[科普中国]-光纤增幅器

光纤增幅器采用Er3+掺杂光纤的增幅(EDFA)，pr3+掺杂光纤增幅(PDFA)。这使已衰减的激光，不是通过光—电—光的增幅，而是光—光直接增幅。已实用的是EDFA。这些工作是1985年由英国小圣桑普敦大学的Poole等人完成的，在光纤中掺杂稀土元素，从而激励激光进行增幅，将光传输进激光光纤中得到了惊人的增幅率。

发展前景现在因特网技术的发展令人瞩目，全世界超过10亿台计算机相互连接交换各种各样的数据及图像。今后要传输优质的动态图像就需数十兆比特每秒以上的通信容量，这要求干线传输网达到1012比特(bit)级的大容量光通信传输，进一步研发WDM(WavelengthDivisionMultiplexing波分路复用)技术。 由于采用EDFA(Erbium-DopedFiber Amplifier铒掺杂光纤增幅器)可以使WDM信号总的增幅而使中继器的成本可以大大降低，从而成为WDM系统的关键服务器。要使WDM传输大容量化，随着每个波的通信速度提高，必须增加信号的波长数，由此光增幅器的宽带化是不可缺的。此外从1．3/xm带到1．65kim带的光纤低损耗区域接近50THz，如果这些都可以利用起来时通信容量可以达到更宽的范围。1

应用及原理光增幅用稀土离子掺杂玻璃至今光通信中所采用的增幅方法可分类为(a)稀土类离子掺杂光纤增幅；(b)喇曼散射增幅；(c)半导体增幅三种，这些从20世纪80年代起即开始了研究。EDFA增幅器，是使数百微克每克的Er3+均一分散至通信用石英光纤中，实现了C波段(波长)范围内的增幅。最近利用光纤长度调节进行激励的方法在1．56～1．60/zm(L波段)也实现了增幅。作为L波段其他的增幅器，则用以折射率高的氧化物玻璃制成的光纤或波导路实现。NTT大石的研究组采用Er3+掺杂的碲化物玻璃光纤构成增幅器，在1．53～1．6l肛m范围内使增益达到20dB。旭硝子杉本采用铋(Bi)系玻璃光纤制备EDFA，仅采用22cm长光纤实现25dB增益(1．54～1．56p．m)，在1．535/_￡m处增益为16dB。

表2-8为各种增幅器的相关特性。

图2—30为稀土离子掺杂玻璃光纤增幅器的增幅带域。

表2-9为EDFA研发的进程，由此表可以看出增幅带域不断加宽，而且关键技术也越为精细。

L波段EDFA由于EDFA为三能级水平的增幅器，由其转换的状态，亦即依据Er3十掺杂光纤的长度及激励功率的变化其
增幅带域可以控制。低转换状态在L波段增益系数可以取正值。总之通过选择光纤长度与激励能量在这个波长段内可以实现对波长依存性小的增幅。但是由于增益系数小，与C波段增幅相比，使用光纤长度大才能得到增幅的增益。图2-31为碲化物光纤增幅器的L波段的增幅特性，由于采用碲化物玻璃Er3+掺杂光纤使L波段增幅带域得以扩大，石英光纤Er3十掺杂光纤增幅器得到1570～1600nm的30nm增幅，而碲化物玻璃Er3+掺杂光纤则可实现1560～1610nm的50nm的增幅带域。通过调整碲化物光纤长度可使其工作带域扩展至1616nm。由图2-31可知在波长
1 581～1 61 6nm带域的平均增益为(28士1)dB，噪声指数在6dB以下。
利用碲化物玻璃的Er3+掺杂光纤增幅器还可以实现覆盖c波段和L波段的1530～1610nm波长区域的总增幅。

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张尉 - 副教授 - 西南大学