光纤放大器原理及调节方法

大器纤芯比单包层纤芯大，泵浦功率可以有效地耦台到纤芯中，使第二级光信号的输出功率可达到瓦级。

2.2、edfa级联应用的增益

2.2.1、增益计算

对edfa级联的整体光功率增益：

其中：pout表示edfa两级放大后的输出光功率，pin表示需要放大的输入光功率。

在本文中，光放大采用了两级级联放大，第一级增益为g1：

其中第一级的输出为第二级的输入，p‘out=p’in=p，所以：

即，整体增益等于两级增益之和，本文的整体光功率增益为：

第一级增益为17db，第二级增益为13db，1w的光功率经过准直聚焦，再有光学镜头发射到大气信道，大大提高了光信号的有效传输距离。

2.2.2、影响增益的因素

edfa的增益与诸多因素有关，如掺铒光纤的长度，随着掺铒光纤长度的增加，增益经历了从增加到减少的过程，这是因为随着光纤长度的增加，光纤中的泵浦功率将下降，使得粒子反转数降低，最终在低能级上的铒离子数多于高能级上的铒离子数，粒子数恢复到正常的数值。

由于掺铒光纤本身的损耗，造成信号光中被吸收掉的光子多于受激辐射产生的光子，引起增益下降。由上述讨论可知，对于某个确定的入射泵浦功率，存在着一个掺铒光纤的最佳长度，使得增益最大。

edfa的增益还跟输入光的程度、泵浦光功率及光纤中铒离子er3+的浓度都有关系，如小信号输入时的增益系数大于大信号输入时的增益系数。当输入光弱时，高能位电子的消耗减少并可从泵激得到充分的供应，因而，受激辐射就能维持达到相当的程度。当输入光变强时，由于高能位的电子供应不充分，受激辐射光的增加变少，于是就出现饱和。泵浦光功率越大，掺铒光纤越长，3db饱和输出功率也就越大。其次与当er3+的浓度超过一定值时，增益反而会降低，因此要控制好掺铒光纤的铒离子浓度。

采用edfa后，提高了注入光纤的功率，但当大到一定数值时，将产生光纤非线性效应和光泄漏效应，这影响了系统的传输距离和传输质量。另外色散问题变成了限制系统的突出问题，可以选用g653光纤(色散位移光纤dsf)或非零色散光纤(nzdf)来解决这一问题。

2.3、edfa级联的改进

之所以采用edfa级联的方式，一是插入两级间的光隔离器有效地抑制了第二段edf的反向自发辐射(ase)，使其不能进入第一段edf，减少了泵浦功率在反向ase上的消耗，使泵浦光子更有效地转换成信号光能量；二是分为两级后，各自的增益可以任意分配，可以根据不同的增益要求和应用环境改变相应的增益。但是，要在保证信号无失真的情况下得到最佳的光功率增益，还需要解决一些问题：

(1)由于增益分为两级，如何分配两级问的增益才能在现有的edf、泵浦源功率等条件下使得光放大的实现更容易，这与edf的放大能力，泵浦远功率大小、稳定性，泵浦光波长及其模式等均有密切相关。

(2)在每一级各自一定的泵浦功率下，找到掺铒光纤的最佳长度。当edf过短时，由于对泵浦吸收的不充分而导致增益降低；而当edf过长时，由于泵浦光在edf内被铒离子吸收，泵浦功率逐渐下降，当功率降至泵浦阈值以下时，就不能形成粒子数反转，此时，这部分edf不仅对信号光无放大作用，反而吸收了已放大的部分信号，造成增益的下降，同时也会引起噪声系数的增大。

(3)如果需要更高的光功率输出，几十瓦甚至上百瓦，可考虑更高级联的方法，因为随着增益的增大，泵浦源由于转换效率的问题，功率需求会很高，所需的单级edf长度也会大大增长，这样的工作条件往往不易达到，且稳定性不强，采用更高级联可以将增益划分到多级，易于实现和控制，光模块的整体增益特性也有较大提高。

3、常规检查方法

光放大器，面板显示和实际输出是同步的，如果面板显示正常，则说明光放大器输出正常，如果这种情况下测试光放大器时光功率下降或不够，最大的可能性有以下几种：

3.1、光功率计不准，国产的光功率计只能测试光功率输出较小的设备，不能测试大功率输出的edfa，测试光放大器的光功率计必须原装进口，不能把不准确的仪器当作标准来使用。

3.2、输出口的法兰损坏，这个可能性较小。

3.3、用户使用不当，在机器工作时插拔尾纤，烧伤光放大器输出的尾纤头，造成光放大器输出功率下降，如发生这种情况，只要重新熔接光放大器的输出接头即可。

3.4、用户使用的尾纤质量太差，纤芯过长，在插入尾纤后擦伤光放大器的输出接头，这个现象是第一次测试是好的，第二次插入再次测试时就光功率下降了，解决这个问题也只要重新熔接光放大器的输出接头就可。

3.5、光源的波长不对，如果1550nm光发射机的波长有偏差，会造成光放大器的输出光功率不够，也会造成面板显示偏小。

3.6、输入光放