一. 光纖放大器的原理結(jié)構(gòu) k:4 Zc3  
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摻鉺光纖的放大原理 *#;8mM  
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EDFA的放大作用是通過1550nm波段的信號光在摻鉺光纖中傳輸與Er³⁺ 離子相互作用產(chǎn)生的。在光與物質(zhì)相互作用時，光可以被看作由光子組成的粒子束，每個光子的能量為： x9xb4ZW  
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E=hv "5 PP<A,F(  
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其中：E為光子的能量，v為光的頻率，h為普朗克常數(shù)。 %E?:9. :NJ  
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摻鉺光纖中的Er³⁺離子所出的能量狀態(tài)是不能連續(xù)取值的，它只能處在一系列分立的能量狀態(tài)成為能級上，這些能量狀態(tài)成為能級。當在摻鉺光纖中傳輸?shù)墓庾幽芰颗cEr³⁺離子的某兩個能級之間的能量差相等時，Er³⁺離子就會與光子發(fā)生相互作用，產(chǎn)生收激輻射和收激吸收效應(yīng)。受激輻射是指Er³⁺離子與光子相互作用從高能級躍遷到低能級，發(fā)射出一個與激發(fā)光子完全相同的光子（激光子的頻率、相位、傳播方向、偏振態(tài)相同）；受激吸收是指Er³⁺離子與光子相互作用從低能集躍遷到高能級，并且吸收激發(fā)光子。為了詳細說明EDFA放大原理，圖1給出了Er³⁺離子與光放大作用有關(guān)的能級結(jié)構(gòu)。 g_G?gO  
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如圖1所示，與Er³⁺離子產(chǎn)生光放大效應(yīng)的能級由三個：高能態(tài)、亞穩(wěn)態(tài)、基態(tài)。高能態(tài)與基態(tài)之間的能量差與泵浦光子能量相同，亞穩(wěn)態(tài)與基態(tài)之間的能量與1550nm的光子能量相同。 @^a6^*X>  
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在摻鉺光纖中注入足夠強的泵浦光，就可以將大部分處于基態(tài)的Er³⁺離子抽運到高能態(tài)上，處于高能態(tài)的Er³⁺離子又迅速無輻射地轉(zhuǎn)移到亞穩(wěn)態(tài)上。由于Er³⁺離子在亞穩(wěn)態(tài)上能級壽命較長，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)，即處于亞穩(wěn)態(tài)的Er³⁺粒子數(shù)比處于基態(tài)的Er³⁺粒子數(shù)多。當信號光子通過摻耳光弦，與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，這時通過摻耳光纖傳輸?shù)男盘柟庾友杆僭龆�，產(chǎn)生信號放大作用；只有少數(shù)處于基態(tài)的Er³⁺離子隊信號光子產(chǎn)生受激吸收效應(yīng)，吸收光子。Er³⁺離子的亞穩(wěn)態(tài)和基態(tài)具有一定的寬度，使EDFA的放大效應(yīng)具有一定波長范圍，其典型值維1530—1570nm。Er³⁺離子處于亞穩(wěn)態(tài)時，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，即Er³⁺離子在亞穩(wěn)態(tài)上暫短停留還沒有機會與光子相互作用，就會自發(fā)地從亞穩(wěn)態(tài)躍遷到基態(tài)并發(fā)射出1550nm波段的光子，這種光子與信號光不同，它構(gòu)成EDFA的噪聲。由于自發(fā)輻射光子在摻鉺光纖中傳輸時也會得到放大，因此在EDFA的輸入光功率較低時，會產(chǎn)生較大的噪聲。 ;@Ep?S@  
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1.2光纖放大器的基本結(jié)構(gòu) [q cT?h