使用了電氣雙層電容器的LED應用介紹

一、摻鉺光纖的放大原理

EDFA的放大作用是通過(guò)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(shí)，光可以被看作由光子組成的粒子束，每個(gè)光子的能量為：E=hv 其中E為光子的能量，v為光的頻率，h為普朗克常數。

摻鉺光纖中的Er3+離子所出的能量狀態(tài)是不能連續取值的，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的光子能量與Er3+離子的某兩個(gè)能級之間的能量差相等時(shí)，Er3+離子就會(huì )與光子發(fā)生相互作用，產(chǎn)生收激輻射和收激吸收效應。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(gè)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。

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(wú)輻射地轉移到亞穩態(tài)上。由于 Er3+離子在亞穩態(tài)上能級壽命較長(cháng)，因此，很容易在亞穩態(tài)與基態(tài)之間形成粒子數反轉，即處于亞穩態(tài)的Er3+粒子數比處于基態(tài)的Er3+粒子數多。當信號光子通過(guò)摻耳光弦，與Er3+離子相互作用發(fā)生受激輻射效應，產(chǎn)生大量與自身完全相同的光子，這時(shí)通過(guò)摻耳光纖傳輸的信號光子迅速增多，產(chǎn)生信號放大作用;只有少數處于基態(tài)的Er3+離子隊信號光子產(chǎn)生受激吸收效應，吸收光子。Er3+離子的亞穩態(tài)和基態(tài)具有一定的寬度，使EDFA的放大效應具有一定波長(cháng)范圍，其典型值維1530—1570nm。Er3+離子處于亞穩態(tài)時(shí)，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+離子在亞穩態(tài)上暫短停留還沒(méi)有機會(huì )與光子相互作用，就會(huì )自發(fā)地從亞穩態(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，它構成EDFA的噪聲。由于自發(fā)輻射光子在摻鉺光纖中傳輸時(shí)也會(huì )得到放大，因此在EDFA的輸入光功率較低時(shí)，會(huì )產(chǎn)生較大的噪聲。

二、光纖放大器的基本結構

光纖放大器與其他放大器比較，具有輸出功率大、增益高、工作帶寬寬、與偏振無(wú)關(guān)、噪聲指數低、放大特性與系統比特率、數據格式無(wú)關(guān)等特點(diǎn)，它已成為新一代光通信系統的關(guān)鍵器件之一。

摻鉺光纖放大器用在系統發(fā)射機輸出短，提高發(fā)送功率，延長(cháng)傳輸距離;用在光纖傳輸鏈路中，補償光能量的損失，可增加傳輸距離;用在光接收機前，對信號進(jìn)行預防大，可提高光接收機靈敏度。應用范圍包括干線(xiàn)高速光通信系統、海纜系統、本地網(wǎng)、用戶(hù)接入網(wǎng)、光纖CATV等工程。

2.1 功率放大器

摻鉺光纖放大器作為功率放大器有許多特殊功能是電子線(xiàn)路放大器所不能比擬的，分述如下：

2.1.1 摻鉺光纖放大器可用作數字、模擬以及相干光通信的功率放大器。即如果線(xiàn)路上已采用摻鉺光纖放大器做功率放大器，那么，不管它需要傳輸數字信號還是傳輸模擬信號，不必改變摻鉺光纖放大器線(xiàn)路設備。

2.1.2 摻鉺光纖放大器可傳輸不同的碼率。如果需要擴容，由低碼率改變?yōu)楦叽a率時(shí)，不必改變摻鉺光纖放大器線(xiàn)路設備。

2.1.3 摻鉺光纖放大器做功率放大器，可在不改變原有噪聲特性和誤碼率的前提下，直接放大數字、模擬活二者混合的數據格式，特別適合光纖傳輸網(wǎng)絡(luò )升級。實(shí)現語(yǔ)音、圖像、數據同網(wǎng)傳輸，不必改變摻鉺光纖放大器線(xiàn)路設備。

2.1.4 一個(gè)摻鉺光纖放大器可同時(shí)傳輸若干波長(cháng)的光信號，即用光波復用擴容時(shí)，不必改變摻鉺光纖放大器線(xiàn)路設備。

2.1.5 摻鉺光纖放大器做功率放大器，不必經(jīng)過(guò)光電轉換可以直接對光信號放大，結構簡(jiǎn)單，成本低，性能穩定可靠。

實(shí)踐證明，使用摻鉺光纖放大器的光纖干線(xiàn)傳輸，經(jīng)過(guò)近千公里的傳輸后的誤碼率人能達到 。如果采用飽和功率為18dBm的放大器，可是實(shí)現160—200km無(wú)中繼通信。如果有必要，還可將中繼距離延長(cháng)更遠。

2.2 前置放大器

把摻鉺光纖放大器置于光接收機關(guān)監測器前面。來(lái)自光纖的光信號經(jīng)摻鉺光纖放大器放大后再由光檢測器檢測。由于摻鉺光纖放大器的信噪比由于電子放大器，所以用摻鉺光纖放大器作預放大器的光接收機具有較高的靈敏度，其靈敏度甚至不亞于相干光接收機的。各類(lèi)接收機靈敏度示于圖3。

2.3 線(xiàn)路放大器

線(xiàn)路放大器的顯著(zhù)優(yōu)點(diǎn)是增益高，通常大于30dB。由于可以級聯(lián)使用，特別適合海底遠程通信和陸地超長(cháng)距離傳輸使用。

把摻鉺光纖放大器至于光纖傳輸線(xiàn)路中，將已被衰減了的小信號進(jìn)行放大，可以大大延長(cháng)傳輸距離，也成為中繼放大器。

使用線(xiàn)路放大器必須解決遠程監控問(wèn)題，國際標準化組織已制定出多種監控標準，可以按照標準進(jìn)行遠程監控。

2.4 用戶(hù)接入網(wǎng)中的光纖放大器

光纖放大器在用戶(hù)接入網(wǎng)中也占有重要地位。在光纖用戶(hù)網(wǎng)中，雖然用戶(hù)系統的距離較短，但是用戶(hù)網(wǎng)的分子太多，光線(xiàn)干線(xiàn)中的光信號功率要進(jìn)行眾多的分配，甚至是多級進(jìn)行分配。這樣一來(lái)被分配到每個(gè)分支獲得光信號就相當的弱，不能保證用戶(hù)的終端設備的接收質(zhì)量。為此，需要將光信號進(jìn)行放大，這就需要光纖放大器。

將光纖放大器置于光發(fā)射機后端，以提高入纖的光功率，使整個(gè)線(xiàn)路系統的光功率得到提高，以滿(mǎn)足各級需要，這就要用到光纖功率放大器。

在用戶(hù)網(wǎng)中，當用戶(hù)系統距離過(guò)長(cháng)時(shí)需要使用線(xiàn)路放大器;為了提高各支路的光功率分配數量，也要使用這類(lèi)放大器。

總之，光線(xiàn)放大器在用戶(hù)接入網(wǎng)中主要是提高光信號的功率，即可以補償光耦合器燈光器件所造成的光損耗，又可以大大提高用戶(hù)數量以及復用密度，對降低用戶(hù)網(wǎng)建設成本也會(huì )起到很大作用。

2.5 光纖CATV中的放大器

對于光纖/同軸混合結構的多種系統并存的CATV網(wǎng)絡(luò )，摻鉺光纖放大器日益抽到重視，尤其是前端集中的系統，點(diǎn)對多點(diǎn)的光波式結構和長(cháng)距離的干線(xiàn)傳輸系統更是如此。對于CATV設計者最常用的樹(shù)形分配網(wǎng)絡(luò )中，系統的效率是由每個(gè)用戶(hù)成本所決定的。因此，采用摻鉺光纖放大器提高光功率可以在原有發(fā)射設備基礎上，為更多的用戶(hù)服務(wù)，從而降低發(fā)射機單位毫瓦的造價(jià)。另外，在近幾年來(lái)，包含有摻鉺光纖放大器的1550nm光發(fā)射設備可以最廉價(jià)的實(shí)現光纖到路邊和光纖到大樓?？偠灾?，在CATV光纖干線(xiàn)傳輸和功率分配系統以及逐步實(shí)現語(yǔ)音、圖像、數據通路傳輸的“三網(wǎng)合一”，為最終實(shí)現寬帶的綜合服務(wù)數字網(wǎng)，摻鉺光纖放大器將發(fā)揮不可估量的作用。

如上所述，摻鉺光纖放大器在光纖CATV中的應用示于圖4。在這三種用途中，當前主要作為功率放大器和線(xiàn)路放大器，其目的是補償光纖傳輸損耗或用作補償光分路器的分支損耗。

功率放大器是在CATV系統的前段將發(fā)射機的輸出光放大后再進(jìn)行分配，以供各方向的光纖干線(xiàn)傳輸用。功率放大器于功率分配器也可考慮做成兩端重復使用。從原理前短處獎光纖干線(xiàn)分支時(shí)，可在分支前面接入摻鉺光纖放大器，作為線(xiàn)路放大器，以補償分支損耗。

2.6 在密集型波分復用(DWDM)系統中的應用

由于EDFA具有30nm的工作帶寬,它可以同時(shí)放大多個(gè)波長(cháng)不同的光信號，因此它可以十分方便的應用于DWDM系統中，補償各種光衰耗。

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