掺铒光纤放大器在HFC网络中的应用

　　一、概述

　　在有线电视系统传输距离不太长时，我们根据同轴电缆的特性，采用分支分配结构就能构成较为经济的电视电缆系统，而在有线电视传输距离较远、范围较大时，我们通常采用光缆、电缆组合搭建HFC网络，在HFC网络的光纤部分我们也可利用 分支器件来搭建成本较低的系统。实际应用中，我们通常采用光分支来实现同一光源带更多的光节点，同时为使光信号传输距离更远，必须对光信号进行放大，以补偿光分支损耗和光纤损耗。解决这一问题的传统方法是采用光电中继器，而这种光/电/光的变换和处理方式已满足不了现代通信传输的要求。掺铒光纤放大器直接对光信号进行放大，无需转换成电信号，并且具有输出功率大、增益高、工作频带宽、与偏振无关、噪声指数低、放大特性与系统比特率、数据格式无关等特点，因此它已成为现代光通信系统的关键器件之一，因而在有线电视HFC系统中格外受到青眯。

　　二、EDFA的工作原理

　　当供给激光媒体能量使其处于激励状态时，即会产生光的受激辐射现象，如果能满足使受激辐射持续进行的条件，并用输入光去感应，则能得到比其强的输出光，从而起到放大作用。

　　EDFA的放大作用是通过1550nm波长的信号光在掺铒光纤中传输与Er3+（铒离子）相互作用产生的。掺铒光纤中的Er3+所处的能量状态是不能连续取值的，它只能处在一系列分立的能量状态上，这些能量状态称为能级，当Er3+在未受激励的情况，处在最低能级即基态E1。

　　铒的能级图（一）

　　在掺铒光纤中注入足够强的泵浦光，就可以将大部分处于基态E1离子抽运到高能态E3上，处于E3的Er3+离子又迅速无辐射的转移到亚稳态E2上。Er3+离子在亚稳态上能级寿命较长，由于连续地泵浦，E2粒子数不断增加，从而实现E1与E2粒子数反转，即处于E2的粒子比E1的粒子数多。当信号光子通过掺铒光纤时，与Er3+离子相互作用发生受激辐射效应，E2的Er3+离子跃迁到E1，并产生和入射信号光中的光子完全相同的光子（即频率、相位，传播方向、偏振态相同）从而大大增加信号光子的数量，实现信号放大作用。Er3+离子的亚稳态和基态具有一定的宽度，使EDFA的放大效应具有一定波长范围，其典型值为1530~1570nm。Er3+离子处于E2时，除了发生受激辐射和受激吸收（基态Er3+离子吸收信号光子，跃迁到E2）以外，还要产生自发辐射，自发地从E2跃迁到E1，并发射出1550nm波长的光子，这种光子与信号光不同，它构成EDFA的噪声。如果EDFA的输入光功率较低时，自激辐射较强会产生较大的噪声。 　　三、EDFA的基本结构　　EDFA一般由五个基本部分组成，即掺铒光纤（EDF），泵浦光源（pump-LD）,光无源器件（包括耦合器、光波分复用器、光纤连接器、隔离器），控制单元、监控接口。