掺铒光纤光源

『壹』 掺铒光纤放大器的EDFA的原理

EDFA的基本结构，它主要由有源媒质（几十米左右长的掺饵石英光纤，芯径3-5微米，掺杂浓度（25-1000)x10-6）、泵浦光源（990或1480nm LD）、光耦合器及光隔离器等组成。信号光与泵浦光在铒光纤内可以在同一方向（同向泵浦）、相反方向（反向泵浦）或两个方向（双向泵浦）传播。当信号光与泵光同时注入到铒光纤中时，铒离子在泵光作用下激发到高能级上，三能级系统），并很快衰变到亚稳态能级上，在入射信号光作用下回到基态时发射对应于信号光的光子，使信号得到放大。其放大的自发发射（ASE）谱，带宽很大（达20-40nm），且有两个峰值，分别对应于1530nm和1550nm。
EDFA的主要优点是增益高、带宽大、输出功率高、泵浦效率高、插入损耗低、对偏振态不敏感等。
掺铒光纤放大器的工作原理 掺铒光纤放大器主要是由一段掺铒光纤（长约10-30m）和泵浦光源组成。其工作原理是：掺铒光纤在泵浦光源（波长980nm或1480nm）的作用下产生受激辐射，而且所辐射的光随着输入光信号的变化而变化，这就相当于对输入光信号进行了放大。研究表明，掺铒光纤放大器通常可得到15-40db的增益，中继距离可以在原来的基础上提高100km以上。那么，人们不禁要问：科学家们为什么会想到在光纤放大器中利用掺杂铒元素来提高光波的强度呢？我们知道，铒是稀土元素的一种，而稀土元素又有其特殊的结构特点。长期以来，人们就一直利用在光学器件中掺杂稀土元素的方法，来改善光学器件的性能，所以这并不是一个偶然的因素。另外，为什么泵浦光源的波长选在980nm或1480nm呢？其实，泵浦光源的波长可以是520nm、650nm、980nm、和1480nm，但实践证明波长1480nm的泵浦光源激光效率最高，次之是波长980nm的泵浦光源。

『贰』 掺铒光纤放大器的物理结构

掺铒光纤放大器基本结构。在输入端和输出端各有一个隔离器，目的是使光信号单向传输。泵浦激器波长为980nm或1480nm，用于提供能量。耦合器的作用是把输入光信号和泵浦光耦合进掺铒光纤中，通过掺铒光纤作用把泵浦光的能量转移到输入光信号中，实现输入光信号的能量放大。实际使用的掺铒光纤放大器为了获得较大的输出光功率，同时又具有较低的噪声指数等其他参数，采用两个或多个泵浦源的结构，中间加上隔离器进行相互隔离。为了获得较宽较平坦的增益曲线，还加入了增益平坦滤波器。
EDFA主要由5个部分组成：掺铒光纤（EDF）、光耦合器（WDM）、光隔离器（ISO）、光滤波器（Optical Filter）、泵浦源（Pumping Supply）。如下图所示。
图
常用的泵浦源包括980nm和1480nm，这两种泵浦源的泵浦效率较高，从而使用也较多。
980nm的泵浦光源噪声系数较低；1480nm的泵浦光源泵浦效率更高，可以获得较大的输出功率（与980nm泵浦光源高3dB左右）。

『叁』 通讯技术中掺铒光纤放大器主要构成和工作原理

掺铒光纤放大器主要由一段掺铒光纤、泵浦光源、光耦合器及光隔离器等构成。采用掺铒单模光纤作为增益物质，在泵浦光激发下产生粒子数反转，在信号光诱导下实现受激辐射放大。其中光隔离器作用是只允许光单向传输，用于隔离反馈光信号，提高稳定性。

『肆』 掺铒光纤放大器的原理是什么掺铒光纤放大器有那些应用

掺铒光纤放大器
光纤放大器是光纤通信系统对光信号直接进行放大的光放大器件。在使用光纤的通信系统中，不需将光信号转换为电信号，直接对光信号进行放大的一种技术。

掺铒光纤放大器(EDFA即在信号通过的纤芯中掺入了铒离子Er3 + 的光信号放大器。)是1985年英国南安普顿大学首先研制成功的光放大器，它是光纤通信中最伟大的发明之一。

掺铒光纤是在石英光纤中掺入了少量的稀土元素铒(Er)离子的光纤，它是掺铒光纤放大器的核心。从20世纪80年代后期开始，掺铒光纤放大器的研究工作不断取得重大的突破。WDM技术、极大地增加了光纤通信的容量。成为当前光纤通信中应用最广的光放大器件。

词名：掺铒光纤放大器

常用别名：Erbium Doped Fiber Application Amplifier；Erbium Doped Fiber Amplifier

缩写：EDFA

来历：Er-Doped Fiber Amplifier

相关术语：Optical Amplifier

石英光纤掺稀土元素(如Nd、Er、Pr、Tm等)后可构成多能级的激光系统，在泵浦光作用下使输入信号光直接放大。提供合适的反馈后则构成光纤激光器。掺Nd光纤放大器的工作波长为1060nm及1330nm，由于偏离光纤通信最佳宿口及其他一些原因，其发展及应用受到限制。EDFA及PDFA的工作波长分别处于光纤通信的最低损耗(1550nm)及零色散波长(1300nm)窗口，TDFA工作在S波段，都非常适合于光纤通信系统应用。尤其是EDFA，发展最为迅速，已实用化。

在掺铒光纤发展的基础上，不断出现许多新型光纤放大器，例如，以掺铒光纤为基础的双带光纤放大器(DBFA)，是一种宽带的光放大器，宽带几乎可以覆盖整个波分复用(WDM)带宽。类似的产品还有超宽带光放大器(UWOA)，它的覆盖带宽可对单根光纤中多达100路波长信道进行放大。

EDFA的原理

EDFA的基本结构如图1(a)所示，它主要由有源媒质(几十米左右长的掺饵石英光纤，芯径3-5微米，掺杂浓度(25-1000)x10-6)、泵浦光源(990或1480nm LD)、光耦合器及光隔离器等组成。信号光与泵浦光在铒光纤内可以在同一方向(同向泵浦)、相反方向(反向泵浦)或两个方向(双向泵浦)传播。当信号光与泵光同时注入到铒光纤中时，铒离子在泵光作用下激发到高能级上(图1 (b)，三能级系统)，并很快衰变到亚稳态能级上，在入射信号光作用下回到基态时发射对应于信号光的光子，使信号得到放大。图1 (c)为其放大的自发发射(ASE)谱，带宽很大(达20-40nm)，且有两个峰值，分别对应于1530nm和1550nm。

EDFA的主要优点是增益高、带宽大、输出功率高、泵浦效率高、插入损耗低、对偏振态不敏感等。

掺铒光纤放大器在CATV应用见：“1550nm有线电视信号光纤放大器（EDFA）”
http://wanrun.b2b.hc360.com/proct/2582763.html

参考文献：网络 > 浏览词条http://ke..com/view/265508.htm

『伍』 掺铒光纤放大器的实际应用

掺铒光纤放大器在常规光纤数字通信系统中应用，可以省去大量的光中继机，而且中继距离也大为增加，这对于长途光缆干线系统具有重要意义。其主要应用包括：
1、可作光距离放大器。传统的电子光纤中继器有许多局限性。如，数字信号和模拟信号相互转换时，中继器要作相应的改变；设备由低速率改变成高速率时，中继器要随之更换；只有传输同一波长的光信号，且结构复杂、价格昂贵，等等。掺铒光纤放大器则克服了这些缺点，不仅不必随信号方式的改变而改变，而且设备扩容或用于光波分复用时，也无需更换。
2、可作光发送机的后置放大器及光接收机的前置放大器。作光发送机的后置放大器时，可将激光器的发送功率从0db提高到+10db。作光接收机的前置放大器时，其灵敏度也可大大提高。因此，只需在线路上设1-2个掺铒放大器，其信号传输距离即可提高100-200km。
此外，掺铒光纤放大器待解决的问题
掺铒光纤放大器的独特优越性已被世人所公认，并且得到越来越广泛的应用。但是，掺铒光纤放大器也存在着一定的局限性。比如，在长距离通信中不能上下话路、各站业务联系比较困难、不便于查找故障、泵浦光源寿命不长，随着光纤通信技术的不断进步，这些问题将会得到完满的解决。

『陆』 掺稀土元素光纤定义是什么

在众多光纤传感器和光纤探测器中 ,一般都需要时间相干性低的宽带光源〔1〕。目前商用的宽带光源多为超发光二极管 (ＳＬＤ) ,但ＳＬＤ的寿命较短、波长稳定性差、输出功率低 ,并且由于空间相干性差 ,与单模光纤的耦合也受到了限制〔2〕。掺稀土元素光纤技术的日益成熟 ,以及泵浦机制的快速发展 ,为人们提供了一种方便可靠的宽带光纤光源。与ＳＬＤ相比 ,掺稀土元素光纤中的放大的自发辐射 (ＡＳＥ)具有温度稳定性强、荧光谱线宽、输出功率高 ,使用寿命长等特点 ,在光纤传感系统 (如光纤陀螺仪 )和某些信号处理、光学层析和医用光学等领域有哦。从理论和实验上分析了掺稀土元素光纤激光器的偏振和模式特性,指出其偏振特性对该光纤的传感应用很有用。从理论上分析其偏振模式。从实验上测出了其输出频谱。介绍了这种光纤激光器的主要应用,例如可以作为压敏传感元件。 简介：1794年芬兰化学家加多林（J.Gadolin）发现第一个稀土元素钇之后，吸引了许多化学家对“钇土”进行研究，经过了近50年的漫长时间，瑞典化学家莫桑德(K. G.Mosander,曾经发现铈的伯采利乌斯的学生)经过坚持不懈地努力，终于在1843年破解了“钇土”的秘密，他发现原来当初人类找到的第一个稀土“钇”并非是单纯的一种稀土，而从中分离出了三种稀土元素：钇（Y）、铽（Tb）和铒（Er）。为了纪念钇矿石发现地——斯德哥尔摩附近那个名叫伊特比（Yteerby）的小村，莫桑德截取了字母Y（已用于给钇命名）之后的两组字母分别把铽命名为Terbium，把铒命名为Erbium。 铒在地壳中的丰度为3.8ppm，仅相当于钕的1/10，本着“物以稀为贵”的原则，也应算作稀土中的“贵族”。但在重稀土中他的丰度仅次于钇和镝，甚至超过轻稀土中的铕（2.1ppm），也算是重稀土中比较富存的元素。铒除了具有稀土元素共有的化学活泼性外，它的光学特性非常突出，为其在光电子材料和器件中的应用提供了十分有利的条件。 目前铒最突出的用途是制造掺铒光纤放大器（Erbium Dopant Fiber Amplifier，简称EDFA）。掺饵光纤放大器（EDFA）是1985年英国南安普顿大学首先研制成功的，它是光纤通信中最伟大的发明之一,甚至可以说是当今长距离信息高速公路的“加油站”。掺饵光纤是在石英光纤中掺入少量稀土元素铒离子（Er3+），它是放大器的核心。掺铒光纤放大光信号的原理是：当Er3+受到波长980nm或1480nm的光激发吸收泵浦光的能量后，由基态跃迁到高能级的泵浦态。由于粒子在泵浦态的寿命很短，很快以非辐射的方式由泵浦态驰豫到亚稳态，粒子在该能带有较长的寿命，逐渐积累。当有1550nm信号光通过时，亚稳态的Er3+离子以受激辐射的方式跃迁到基态，也正好发射出1550nm波长的光。这种从高能态跃迂至基态时发射的光补充了衰减损失的信号光，从而实现了信号光在光纤传播过程中随着衰减又不间断地被放大。将铒掺入普通石英光纤，再配以980纳米或1480纳米两种波长的半导体激光器，就基本构成了直接放大1550nm光信号的放大器。石英光纤可传送各种不同波长的光，但光衰率不一样，1550nm频带的光在石英光纤中传输时光衰减率最低（仅为0.15分贝/公里），衰减率几乎是下限极限。因此，光纤通信以1550nm波长的光作信号光时，光的损失最小。所以，光纤中只要掺杂几十至几百ppm的铒，就能够起到补偿通讯系统中光损耗的作用。掺铒光纤放大器就如同一个光的“泵站”，使光信号一站一站毫不减弱地传递下去，从而顺畅地开通了现代长距离大容量高速光纤通讯的技术通道。从20世纪80年代后期开始，掺铒光纤放大器的研究工作不断取得重大突破。使光纤传输的距离越来越长，并且开创了波分复用（WDM）技术。波分复用是指在一根光纤上使用不同的波长同时传送多路光波信号的一种技术。这极大地增加了光纤通信的容量，已成为当前光纤通信中应用最广的光放大器件。由于掺铒光纤放大器具有增益高、频带宽、噪声低、效率高，连接损耗低，偏振不灵敏等特点，近年来得到了飞速发展，成为光放大器研究发展的主要方向,极大地推动了光纤通信技术的发展。 掺铒光纤放大器问世后短短几年就迅速走向实用化，并在越洋长途光通信系统中得到了应用。在1990年到1992年不到两年的时间里光纤系统的容量增加了整整一个数量级，而在此之前为达到相同的增长却花费了整整8年时间。这充分显示出EDFA的巨大作用，为光纤通信展现了无限广阔的发展前景。掺铒光纤放大器的出现和应用改变了光纤通信发展的格局，目前它已成为光纤通信、有线电视（CATV）光信息网络系统中的关键器件之一。还研制出一种含有铒离子Er+3和镨离子Pr+3两中稀土离子的光纤放大器用玻璃光纤，该光纤可在1300 nm和1550 nm波长下使用。与仅含其中一种稀土离子的光纤放大器相比较，可以提高光纤放大器的光放大效率。目前还研制出高增益、低损耗、高度透明的Er3+全氟稀土聚合物材料，它是将硅玻璃氟化，其损耗小于5dB/km，可用于通讯网络系统中光纤和波导放大器。这些高度氟化的玻璃具有比I型和II型硅玻璃有更宽的Er3+发射宽度，从而提高了多信道放大器性能。我国研制的掺铒光纤和铒镱共掺光纤在各项性能指标和产品可靠性方面已达到国内外同类产品的先进水平。 掺铒光纤放大器属于激光相关产品，出口到北美、欧洲等国需要通过FDA（美国食品和药物管理局）的辐射安全试验认证。我国武汉光迅公司作为我国生产掺铒光纤放大器的主要开发商，已成功取得FDA的激光辐射安全认证，有了产品出口的“安全通行证”。 铒的另一个应用热点是激光，尤其是用作医用激光材料。铒激光是一种固体脉冲激光，波长为2940nm，能被人体组织中的水分子强烈吸收，从而用较小的能量获得较大的效果，可以非常精确地切割、磨削和切除软组织。铒激光治疗仪特别适用于激光美容，由于皮肤组织中的水分对波长2940 nm的铒激光的吸收比对波长1060 nm CO2激光的吸收大十多倍，对周围组织的损伤更小。铒激光“磨皮换肤术”作为当今高科技美容术，比用其他种类激光效果好，更比果酸脱皮好得多，它不影响皮肤正常的外观颜色和厚度，可以准确控制磨皮的多少和深浅。激光产生的热能还可以封闭血管，伤口不易感染，痊愈快。铒激光现已成为祛斑除皱，磨去疤痕，嫩肤美容医学的热门，尤其适合于脸部、颈部、手部的皱纹去除。同时也适用于轻度增生性疤痕、扁平疣、痤疮等，对老年斑等皮肤色素性疾病和毛发移植亦有理想的疗效。他可以使术后色素沉着被控制在最小程度，尤其适合于东方和肤色较黑人种。在把铒激光用于治疗打鼾，美白牙齿等方面也取得了不错的效果。铒激光的最大好处是不会留下疤痕，一般手术仅需要几分钟，手术安全可靠，副作用少、又不需要特殊护理。铒YAG激光还被用做白内障摘除。因为白内障晶体的主要成分是水，铒激光能量低，易被水吸收，将是一种很有发展前景的摘除白内障的手术方法。铒激光治疗仪正为激光外科开辟出越来越广阔的应用领域。 掺铒激光晶体能输出1730nm激光和1550nm激光，对人的眼睛安全，大气传输性能也较好，对战场的硝烟穿透能力较强，保密性好，不易被敌人探测，照射军事目标的对比度较大，可以制成军事上使用的对人眼安全的便携式激光测距仪。铒还被用作红外光变可见光的激光显示材料：如NaYF4:Yb3+,Er3+和 BaYF5:Yb3+,Er3+，可以把钕激光器发射的人眼看不见的1060mm的激光转换为可见光，因而可作为红外激光的显示，调试和准直。这类上转换材料已成功地用于夜视仪。此外，还开发出氟钇锂掺铒（LiYF4:Er）绿光等上转换激光材料。 Er3+加入到玻璃中可制成激光玻璃，它是目前输出脉冲能量最大，输出功率最高的固体激光材料。铒激光玻璃产生1540mm的铒激光处于人眼安全波段。可以应用于通讯和测距仪等方面。我国已利用自己制备的Er3+,Yb3+共掺磷酸盐玻璃实现了稳定的连续激光输出。 Er3+还可用作稀土上转换激光材料的激活离子。铒激光上转换材料又分为单晶(氟化物、含氧盐)和玻璃(光纤)两类，如掺铒的铝酸钇（YAP：Er3+）晶体和掺杂Er3+的ZBLAN氟化物（ZrF4-BaF2-LaF3-AlF3-NaF）玻璃光纤等，现在均已经实用化。BaYF5:Yb3+，Er3+可将红外线转成可见光，这种多光子上转换发光材料已成功地用于夜视仪。 氧化铒为玫瑰红色，可应用于眼镜片玻璃、结晶玻璃的脱色和着色，也可作为陶瓷着色剂。它能使玻璃和陶瓷呈现晶莹鲜亮的桃红色，用于美术工艺品，显示出独特的光彩和色调。 附录：稀土元素家族系列档案——铒 铒元素符号Er 英文名称Erbium 原子序数68 相对原子质量(12C = 12.0000) 167.26 发现年代 1842年 发现人 C.G. Mosander（瑞典）原 子 结 构 原子半径: 2.45 离子半径: 0.881 共价半径: 1.57 氧化态: 3 原子体积/cm3/mol: 18.4 电子构型: 1s2 2s2p6 3s2p6d10 4s2p6d10f12 5s2p6 6s2 物理性质状态：银灰色金属。 熔点(℃)：1522 沸点(℃): 2863 比 热（J/gK）：0.17 密度 (g/cc，300K)：9.07 熔化热（KJ/mol）：19.9 蒸发热（KJ/mol）：261 导电率（106/cm ）: 0.0117 导热系数（W/cm K ）：0.143 地质 数据地壳丰度（ppm）：3.8 太平洋（ppm） 大西洋（ppm）表面: 5.9 × 10-7深处: : 8.6 × 10-7主要产地 离子型稀土矿 中国江西、广东、福建、湖南、广西等 磷钇矿 马来西亚、中国广西、广东独居石（Monazite ） （CeLaTh）PO4 澳大利亚海岸海滨、印度海滨 中国广东和台湾海滨 铈铌钙钛矿俄罗斯托姆托尔碳酸岩风化壳稀土矿 稀土配分 Er% 中国离子型稀土矿 国外稀土矿 江西龙南 江西信丰 江西寻乌 马来西亚 磷钇矿澳大利亚 独居石 俄罗斯铈铌钙钛矿 4.26 2.48 0.88 6.52 0.21 0.80 应用领域:金属、合金钕铁硼永磁合金添加剂、超磁致伸缩材料料添加剂等 单一氧化物及化合物光纤通讯放大器，激光晶体，激光玻璃、长余辉荧光粉激活剂，介电陶瓷电容器，玻璃陶瓷着色等

『柒』 为什么掺铒光纤放大器1531nm增益最大

光纤中掺杂的稀土族元素Er(3+)其亚稳态和基态的能量差相当于1550nm光子的能量、当吸收适当波长的泵浦光能量(980nm或1480nm)后，电子会从基态跃迁到能阶较高的激发态，接着释放少量能量转移到较稳定的亚稳态，在泵浦光源足够时铒离子的电子会发生居量反转，即高能阶的亚稳态比能阶低的基态电子数量多。当适当的光信号通过时，亚稳态电子会发生受激辐射效应，放射出大量同波长光子，但因为存在振动能阶，所以波长不是单一的而是一个范围，典型值为1530nm~1570nm

『捌』 掺饵光纤放大器的结构是怎样的

掺铒光纤放大器基本结构：

在输入端和输出端各有一个隔离器，目专的是使光信号单属向传输。泵浦激器波长为980nm或1480nm，用于提供能量。耦合器的作用是把输入光信号和泵浦光耦合进掺铒光纤中，通过掺铒光纤作用把泵浦光的能量转移到输入光信号中，实现输入光信号的能量放大。实际使用的掺铒光纤放大器为了获得较大的输出光功率，同时又具有较低的噪声指数等其他参数，采用两个或多个泵浦源的结构，中间加上隔离器进行相互隔离。为了获得较宽较平坦的增益曲线，还加入了增益平坦滤波器。

EDFA主要由5个部分组成：掺铒光纤（EDF）、光耦合器（WDM）、光隔离器（ISO）、光滤波器（Optical Filter）、泵浦源（Pumping Supply）。如下图所示。

常用的泵浦源包括980nm和1480nm，这两种泵浦源的泵浦效率较高，从而使用也较多。

980nm的泵浦光源噪声系数较低；1480nm的泵浦光源泵浦效率更高，可以获得较大的输出功率（与980nm泵浦光源高3dB左右）。

『玖』 光纤掺铒放大器，是不是能量不守恒了，光信号永远被放大而不会消失，那不是凭空产生了能量吗

能量不是凭空产生的。
光纤掺铒放大器实际上也是一种能量转换装置罢了。内
假设你要放大容的是1550nm频带的信号光，需要向放大器发射泵浦光源，一般有980nm或1480nm的光，携带大量的能量，使放大器中的铒离子跃迁到比较高的能级（这个能级是不稳定的）。当1550nm信号光经过光纤掺铒放大器时，引起了铒离子向比较低的稳定的能级跃迁，向外释放出1550nm的光子能量，加强到信号光中去了，于是信号光就得到了放大。
实际上还是一个能量的转换。980nm或1480nm泵浦光携带的能量转换成了1550nm信号光的能量。
至于光纤掺铒放大器详细的工作原理，请参考专业书籍，一两句话说不清楚。

『拾』 怎么知道铒镱共掺光纤的增益系数

铒镱共掺光纤（Cladding Absorption 3.10 ± 0.50 dB/m at 915 nm，Core Absorption 70.0 ± 15.0 dB/m near 1530nm，Operating Wavelength 1530 – 1625 nm）

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2016-03-25 16:26 后藤熊薯 | 四级
掺铒光纤放大器基本结构： 在输入端和输出端各有一个隔离器，目的是使光信号单向传输。泵浦激器波长为980nm或1480nm，用于提供能量。耦合器的作用是把输入光信号和泵浦光耦合进掺铒光纤中，通过掺铒光纤作用把泵浦光的能量转移到输入光信号中，实现输入光信号的能量放大。实际使用的掺铒光纤放大器为了获得较大的输出光功率，同时又具有较低的噪声指数等其他参数，采用两个或多个泵浦源的结构，中间加上隔离器进行相互隔离。为了获得较宽较平坦的增益曲线，还加入了增益平坦滤波器。 EDFA主要由5个部分组成：掺铒光纤（EDF）、光耦合器（WDM）、光隔离器（ISO）、光滤波器（Optical Filter）、泵浦源（Pumping Supply）。如下图所示。 向左转|向右转 常用的泵浦源包括980nm和1480nm，这两种泵浦源的泵... 展开评论 | 0 0
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举报| 2016-03-25 16:17 唯墨m青瓷 | 一级 最快回答
基于速率方程和光传输方程,对双包层铒镱共掺光纤放大器进行了研 究,数值模拟分析了Er3+浓度和Yb3+浓度的变化对光纤放大器增益和噪声系数的影响.结果表明,Er3+浓度较低时,有较好的噪声特性;同时,较低的 Yb3+浓度有助于提高增益,并且存在一个增益最大的最佳Er3+浓度值.