北京
图1. RDFA的基本结构
宽波段范围内种子光的无展宽/低噪声放大
光放大技术/光放大器指在泵浦能量(电或光)的作用下，实现粒子数反转(非线性光纤放大器除外)，然后通过受激辐射实现对入射光的放大。光学放大是非线性光学的一个典型应用场景。光放大器有(包括但不限于)：
•稀土掺杂光纤放大器;
•拉曼光放大器;
•基于体块晶体的光参量放大器;
•半导体光放大器;
等等。此处，我们主要讨论稀土掺杂光纤放大器。
光纤放大器是一种对光纤传输系统中的光信号进行直接在线光放大的器件。它结构简单，与系统连接方便，耦合效率和能力转换效率高，有很大的带宽潜力。目前，光纤放大器主要有4种：倏逝波耦合光纤放大器、晶体光纤放大器、受激散射光纤放大器、稀土掺杂光纤放大器(Rare earth Doped fiber amplifier， RDFA)。RDFA是在光纤的纤芯种掺入能产生光子的稀土元素，通过稀土元素的作用，将激光二极管LD泵浦发出的光能量转化到信号光上，可以实现对信号光的直接放大，具有实时、宽带、在线、低损耗的全光放大功能。
由于RDFA 具有掺杂浓度高，互作用区大，能量转换率高，制作较容易等显著的优点，得到了迅猛发展。同时，RDFA 的成熟与商用化也极大地促进了长距离光纤通信系统、波分复用(WDM)系统等重要技术的发展。
RDFA有3中基本机构：前向泵浦、后向泵浦和双向泵浦，如图1所示。
在前向泵浦结构中，泵浦光与信号光以相同方向通过增益光纤，后向泵浦结构中，两者以相反方向通过增益光纤，双向泵浦结构中，泵浦光在2个方向上同时通过增益光纤。
由图1可以看出，不管是哪种泵浦方式，其基本结构件都包括增益光纤、泵浦光、波分复用器/光耦合器等。增益光纤是在石英光纤的纤芯中，掺入了稀土金属元素，如Er(铒)、Pr(镨)、Tm(铥)等，是RDFA的核心部分。泵浦光向稀土元素提供能量，是稀土元素实现粒子数反转，这是产生光放大的必要条件之一。波分复用器是将泵浦光与信号光进行复合;一般还在输入和输出端加入隔离器降低器件和焊点的反射，提高稳定性;通常会在输出端加入光滤波器来提高系统的信噪比。实用的光纤放大器中‚还包括带自动调整功能的泵浦源驱动电路、自动温控和自动功率控制等保护功能的辅助电路。
RDFA 是利用光纤中稀土掺杂物质引起的增益机制实现光放大。实现光放大的条件是有源光纤中的稀土离子的粒子数反转。在热平衡状态时，稀土离子各能级的粒子数服从玻耳兹曼统计分布，即在热平衡条件下，高能级的粒子数恒小于低能级的粒子数。当频率v=△E/h(△E为两个能级间的能量差，h为普朗克常数)的光通过该掺稀土光纤时，受激吸收光子数恒大于受激辐射的光子数，因此处于热平衡状态下的光纤只能吸收光子。只有当外界向掺稀土光纤供给能量( 称为激励或泵浦过程) 使光纤中的稀土离子处于非热平衡状态时，才能实现粒子数反转。因此泵浦过程是光放大的必要条件。
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