EDFA對光信號功率的放大，特別在無線光通信大功率(瓦級)應(yīng)用中，常常采用級聯(lián)的方式，比如兩級或者三級放大。之所以采用級聯(lián)的方式，是因?yàn)樵?EDFA的摻鉺光纖(EDF)中插入一個光隔離器，構(gòu)成帶光隔離器的兩段級聯(lián)EDFA，由于光隔離器有效地抑制了第二段：EDF的反向自發(fā)輻射 (ASE)，使其不能進(jìn)入第一段EDF，減少了泵浦功率在反向ASE上的消耗，使泵浦光子更有效地轉(zhuǎn)換成信號光能量，從而可以明顯改善EDFA的增益、噪聲系數(shù)和輸出功率等特性。本文采用麗級級聯(lián)放大，將1～2 mW的1 550 nm光信號，經(jīng)EDFA放大到1 W左右。

　　光信號由LD激光器產(chǎn)生，是已調(diào)制的信號，第一級放大采用單包層摻鉺光纖放大器，980 nm單模半導(dǎo)體激光器作為泵浦源，將光功率放大到50 mW附近。第一級采用單模半導(dǎo)體激光器泵浦，先將光信號穩(wěn)定可靠的放大到一定功率，保證了整個光信號的完整，又為下一級光放大提供了較高的光功率基礎(chǔ)。第二級采用雙包層光纖放大器，多模半導(dǎo)體激光器泵浦源將光功率放大到1 W左右。雙包層光纖信號放大器纖芯比單包層纖芯大，泵浦功率可以有效地耦臺到纖芯中，使第二級光信號的輸出功率可達(dá)到瓦級。

　　2.2 EDFA級聯(lián)應(yīng)用的增益

　　2.2.1 增益計算

　　對EDFA級聯(lián)的整體光功率增益：

　　其中：Pout表示EDFA兩級放大后的輸出光功率，Pin表示需要放大的輸入光功率。

　　在本文中，光放大采用了兩級級聯(lián)放大，第一級增益為G1：

　　其中第一級的輸出為第二級的輸入，P"out=P"in=P，所以：

　　即，整體增益等于兩級增益之和，本文的整體光功率增益為：

　　第一級增益為17 dB，第二級增益為13 dB，1 W的光功率經(jīng)過準(zhǔn)直聚焦，再有光學(xué)鏡頭發(fā)射到大氣信道，大大提高了光信號增強(qiáng)器的有效傳輸距離。

　　2.2.2 影響增益的因素

　　EDFA的增益與諸多因素有關(guān)，如摻鉺光纖的長度，隨著摻鉺光纖長度的增加，增益經(jīng)歷了從增加到減少的過程，這是因?yàn)殡S著光纖長度的增加，光纖中的泵浦功率將下降，使得粒子反轉(zhuǎn)數(shù)降低，最終在低能級上的鉺離子數(shù)多于高能級上的鉺離子數(shù)，粒子數(shù)恢復(fù)到正常的數(shù)值。

　　由于摻鉺光纖本身的損耗，造成信號光中被吸收掉的光子多于受激輻射產(chǎn)生的光子，引起增益下降。由上述討論可知，對于某個確定的入射泵浦功率，存在著一個摻鉺光纖的最佳長度，使得增益最大。

　　EDFA的增益還跟輸入光的程度、泵浦光功率及光纖中鉺離子Er3+的濃度都有關(guān)系，如小信號輸入時的增益系數(shù)大于大信號輸入時的增益系數(shù)。當(dāng)輸入光弱時，高能位電子的消耗減少并可從泵激得到充分的供應(yīng)，因而，受激輻射就能維持達(dá)到相當(dāng)?shù)某潭?。?dāng)輸入光變強(qiáng)時，由于高能位的電子供應(yīng)不充分，受激輻射光的增加變少，于是就出現(xiàn)飽和。泵浦光功率越大，摻鉺光纖越長，3 dB飽和輸出功率也就越大。其次與當(dāng)Er3+的濃度超過一定值時，增益反而會降低，因此要控制好摻鉺光纖的鉺離子濃度。

　　采用EDFA后，提高了注入光纖的功率，但當(dāng)大到一定數(shù)值時，將產(chǎn)生光纖非線性效應(yīng)和光泄漏效應(yīng)，這影響了系統(tǒng)的傳輸距離和傳輸質(zhì)量。另外色散問題變成了限制系統(tǒng)的突出問題，可以選用G653光纖(色散位移光纖DSF)或非零色散光纖(NZDF)來解決這一問題。

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