EDFA（掺铒光纤放大器）

EDFA

掺铒光纤放大器

掺铒光纤放大器的诞生是光纤通信领域革命性的突破，它使长距离、大容量、高速率的光纤通信成为可能，是DWDM系统及未来高速系统、全光网络不可缺少的重要器件。其研发和应用，对光纤通信的发展有着重要的意义。

作用

光缆网络已经遍布世界各地，光纤通信成为“信息高速公路”的重要支柱。但是由于光纤本身具有传输损耗，使得光信号只能传输不太远的距离就会衰减到接收机无法辨别的程度。从前光中继采用“光-电-光”的方式进行光放大。光纤放大器是可以将信号进行放大的一种新型全光放大器，根据它在光纤线路中的位置以及作用，一般可以分为中继放大、前置放大和功率放大三种。

EDFA的问世引起的光通信技术的一场革命，在以光纤为传输媒体的邮电通信、有线电视以及计算机网络的系统发挥着重要的作用。

工艺

制作光纤时，采用特殊工艺，在光纤芯层沉积中掺入尽可能高浓度的铒离子，掺杂方法通常有两种：减小芯层直径、将铒元素集中掺杂到芯层的中心位置，制作出相应的掺铒光纤。光纤中掺杂离子在受到泵浦光激励后跃迁到亚稳定的高激发态，在信号光诱导下，产生受激辐射，形成对信号光的相干放大。

已商用的EDFA噪声低，增益曲线好，放大器带宽大，与波分复用（WDM）系统兼容，泵浦效率高，工作性能稳定，技术成熟，在现代长途高速光通信系统中备受青睐。目前，"掺铒光纤放大器（EDFA）+密集波分复用（DWDM）+非零色散光纤（NZDF）+光子集成（PIC）"正成为国际上长途高速光纤通信线路的主要技术方向。

发展史

掺铒光纤主要在1.55um波段的应用的有源光纤的研究基础上发展起来的。前期的工作是研究光纤激光器和研究掺稀土元素光纤，后来发现了在光纤中掺铒元素能够实现放大的作用，其工作波长对应于光纤的1.55um传输波长，人们用掺铒光纤制作成功掺铒光纤放大器。

功率放大器是在CATV系统的前端将发射机的输出光放大后再进行分配，以供各方向的光纤干线传输用。功率放大器与功率分配器也可考虑做成两段重复使用。从远离前端处将光纤干线分支时，可在分支前面接入掺铒光纤放大器，作为线路放大器，以补偿分支损耗。

在光纤传输网络管理中如何实现对掺铒光纤放大器的监控?光纤放大器作为整个系统的一个功能模块，纳入网管系统的方法一般有两种：其一是通过光纤放大器的232C接口电路将光纤放大器的性能参数和告警信息传输给网管系统，进行统一管理，显示和处置。其二是由光纤放大器的开关量信息接口向网管系统送开关量信息进行管理显示。

在工程实践中已采用过这两种成功的方法。采用在1550nm窗口附近的密集型WDM技术是扩大现有光纤通信能力的最有效的方法。增益平坦型光纤放大器是DWDM传输系统的关键部件，可以十分有效地解决由于光波分复用/解复用带来的插入损耗，使WDM系统的中继问题变得十分简单。

由于EDFA具有40nm的工作带宽，它可以同时放大多个波长不同的光信号，因此它可以十分方便地应用于DWDM系统中，补偿各种光衰耗。

产品

概述

EDFA是光纤放大器中具有代表性的一种。由于EDFA工作波长为1550nm，与光纤的低损耗波段一致且其技术已比较成熟，所以得到广泛应用。掺铒光纤是EDFA的核心原件，它以石英光纤作基质材料，并在其纤芯中掺入一定比例的稀土原素铒离子。

当一定的泵浦光注入到掺铒光纤中时，Er3+从低能级被激发到高能级，由于Er3+在高能级上寿命很短，很快以非辐射跃迁形式到较高能级上，并在该能级和低能级间形成粒子数反转分布。由于这两个能级之间的能量差正好等于1550nm光子的能量，所以只能发生1550nm光的受激辐射，也只能放大1550nm的光信号。

EDFA采用JDSU、Fujitsu、Nortel、Lucent、Fitel等世界著名半导体公司出品的波长为980nm或1480nm高线性、光隔离、分布反馈、热电制冷DFB激光器作为泵浦源。机器内设光功率输出稳定电路及激光器热电致冷器温度稳定控制电路，保证了整机的最佳性能和激光器的长寿命稳定工作。微处理器软件对激光器的工作状态进行监控，工作参数由数字面板显示。一旦激光器的工作参数偏离软件设定的允许范围，微处理将自动关断激光器电源，红灯闪烁提示告警，数字面板提示故障原因。

特点

模块是集成化的掺铒光纤放大器，分为光电一体EDFA模块和光增益模块两种，其具有体积小、功耗低、使用方便等特点，可以根据用户使用的情况十分方便地安装在各种各样的应用系统中，如SDH机架内、CATV机盒内、DWDM系统机架内。

优点

1.高品质：前级泵浦一般采用980nm，后级采用泵浦1480nm，功率通过软件合理的优化，最大限度地降低EDFA的NF，可与所谓的低功率光放相媲美。可使系统获得优异的CNR。

2.可靠性：采用19″1U标准机架，内置高性能的开关电源，可在85∽265Vac市网电压中工作，同时也可选DC48V供电；机箱散热可自动温度控制。

3.直观性：泵浦激光器是整机最贵重的器件，机器内设微处理器对泵浦激光器的工作状态进行监控，工作参数由面板LCD窗口显示。

功能

1.网管型：选件式状态监控应答器保证满足国标并与SCTE HMS标准兼容，可实现网管监控功能。

2.电源插拔式：采用铝型材结构插拔式开关电源，有利于散热和更换。并且双电源冷热备份。

3.输出光功率可调。

参考资料

1.光纤放大器原理·电子产品世界