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歐姆龍OMRON智能光纖放大器的主要分類

更新時間:2021-06-17      點擊次數(shù):1243

光纖放大器(Optical Fiber Amplifier,簡寫OFA)是指運用于光纖通信線路中,實現(xiàn)信號放大的一種新型全光放大器。屬于傳感器類元件。根據(jù)它在光纖線路中的位置和作用,一般分為中繼放大、前置放大和功率放大三種。同傳統(tǒng)的半導體激光放大器(SOA)相比較,OFA不需要經(jīng)過光電轉換、電光轉換和信號再生等復雜過程,可直接對信號進行全光放大,具有很好的“透明性”,特別適用于長途光通信的中繼放大。可以說,OFA為實現(xiàn)全光通信奠定了一項技術基礎。

主要分類:

分類

90年代初期,摻鉺光纖放大器(EDFA)的研制成功,打破了光纖通信傳輸距離受光纖損耗的限制,使全光通信距離延長至幾千公里,給光纖通信帶來了革命性的變化,被譽為光通信發(fā)展的一個“里程碑”。那么,究竟什么是光纖放大器呢? 根據(jù)放大機制不同,OFA可分為兩大類。

摻稀土OFA

制作光纖時,采用特殊工藝,在光纖芯層沉積中摻入極小濃度的稀土元素,如鉺、鐠或銣等離子,可制作出相應的摻鉺、摻鐠或摻銣光纖。光纖中摻雜離子在受到泵浦光激勵后躍遷到亞穩(wěn)定的高激發(fā)態(tài),在信號光誘導下,產生受激輻射,形成對信號光的相干放大。這種OFA實質上是一種特殊的激光器,它的工作腔是一段摻稀土粒子光纖,泵浦光源一般采用半導體激光器。

當前光纖通信系統(tǒng)工作在兩個低損耗窗口:1.55μm波段和1.31μm波段。選擇不同的摻雜元素,可使放大器工作在不同窗口。

(1)摻鉺光纖放大器(EDFA)

摻鉺光纖放大器由一段摻鉺光纖和泵浦光源組成,如圖1所示。摻鉺光纖是在石英光纖的纖芯中摻入適量濃度的鉺離子(Er3+),泵浦源的作用是給鉺離子提供能量,將它從低能級“抽運”到高能級,使其具有光學

圖1 摻雜光纖放大器的組成示意圖圖1 摻雜光纖放大器的組成示意圖

         增益功能。沒有泵浦光作用時,Er3+離子的能量狀態(tài)稱為基態(tài);吸收泵浦光能量后,Er3+便處于較高能量狀態(tài),即由基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)。由于處于該高能態(tài)的壽命很短,將迅速過渡到較低的激發(fā)態(tài),Er3+處于激發(fā)態(tài)的壽命長得多,被稱為亞穩(wěn)態(tài)。當Er3+從亞穩(wěn)激發(fā)態(tài)躍遷回到基態(tài)時,多出來的能量轉變?yōu)闊晒廨椛?,輻射光的波長由亞穩(wěn)態(tài)與基態(tài)的能級差決定。在1550nm波段上,在泵浦源不斷作用下,處于亞穩(wěn)激發(fā)態(tài)的Er3+不斷累積,其數(shù)量可超過仍處于基態(tài)的離子數(shù)。當高能態(tài)上的粒子數(shù)超過低能態(tài)上的粒子數(shù)時,達到了粒子數(shù)反轉狀態(tài)。只有在這種狀態(tài)下才可能有光放大作用。如入射光信號的光子能量相當于基態(tài)和亞穩(wěn)態(tài)之間的能量差,即其光波長與上述輻射光的波長相同,它將同時引發(fā)由基態(tài)→亞穩(wěn)態(tài)的吸收躍遷和由亞穩(wěn)態(tài)→基態(tài)的發(fā)射躍遷,吸收躍遷吸收光能,發(fā)射躍遷發(fā)射光能,吸收和發(fā)射光能的大小各與基態(tài)和亞穩(wěn)態(tài)的粒子密度成正比。由于粒子數(shù)反轉的緣故,總的效果是發(fā)射的光能超過吸收的光能,這就使入射光增強,而得到了光放大。

          摻雜光纖放大器的一個重要問題是選擇合適的泵浦源。摻Er3+石英光纖在550、650、810、980和1480nm等處存在吸收光譜帶,原則上都可選為泵浦光波長。但由于980nm和l 480mn光波長的光泵浦效率 zui高,故多采用。980nm泵浦源選用InGaAs/AlGaAs半導體激光器,1 480nm泵浦源選用GalnAsP/Inp半導體激光器,它們的光功率一般為數(shù)十至上百亳瓦。采用980nm的泵浦源還有噪聲低的優(yōu)點,而1 480mn泵浦源由于與信號光波長相近,耦合方便。

       光纖通信的另一重要的低損耗窗口是1 300nm波段。摻釹離子(Nd3+)的氯化物玻璃光纖可構成工作于這一波段的摻釹光纖放大器。

      光纖放大器要求增益高,工作頻帶寬、噪聲低。摻鉺光纖放大器已實用化,其典型值:小信號增益30dB,帶寬32nm,噪聲系數(shù)5dB。

      摻鉺光纖放大器是光纖通信技術的一項重大突破,它可免除常規(guī)光纖通信技術在中繼站進行光一電一光變換而延長中繼距離,使常規(guī)的光纖通信提高到一個新的水平。對推動密集波分復用、頻分復用、光孤子光纖通信、光纖本地網(wǎng)和光纖寬帶綜合業(yè)務數(shù)據(jù)網(wǎng)的發(fā)展起著舉足輕重的作用。

(2)摻鐠光纖放大器(PDFA)

       PDFA工作在1.31μm波段,已敷設的光纖90%都工作在這一窗口。PDFA對現(xiàn)有光通信線路的升級和擴容有重要的意義。目前已經(jīng)研制出低噪聲、高增益的PDFA,但是它的泵浦效率不高,工作性能不穩(wěn)定,增益對溫度敏感,離實用還有一段距離。

非線性OFA

           非線性OFA是利用光纖的非線性效應實現(xiàn)對信號光放大的一種激光放大器。當光纖中光功率密度達到一定閾值時,將產生受激拉曼散射(SRS)或受激布里淵散射(SBS),形成對信號光的相干放大。非線性OFA可相應分為拉曼光纖放大器(SRA)和布里淵光纖放大器(BRA)。目前研制出的SRA尚未商用化。

          OFA的研制始于80年代,并在90年代初取得重大突破。在現(xiàn)代光通信系統(tǒng)設計中,如何有效地提高光信號傳輸距離,減少中繼站數(shù)目,降低系統(tǒng)成本,一直是人們不斷探索的目標。OFA是解決這一問題的關鍵器件,它的研制和改進在范圍內仍方興未艾。

          隨著密集波分復用(DWDM)技術、光纖放大技術,包括摻鉺光纖放大器(EDFA)、分布喇曼光纖放大器(DRFA)、半導體放大器(SOA)和光時分復用(OTDM)技術的發(fā)展和廣泛應用,光纖通信技術不斷向著更高速率、更大容量的通信系統(tǒng)發(fā)展,而*光纖制造技術既能保持穩(wěn)定、可靠的傳輸以及足夠的富余度,又能滿足光通信對大寬帶的需求,并減少非線性損傷。

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