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第6章 复习思考题 参考答案 6-1 EDFA的工作原理是什么？有哪些应用方式 答：现在我们具体说明泵浦光是如何将能量转移给信号的。若掺铒离子的能级图用三能级表示，如图6.3.2（a）所示，其中能级E1代表基态，能量最低，能级E2代表中间能级，能级E3代表激发态，能量最高。若泵浦光的光子能量等于能级E3与E1之差，掺杂离子吸收泵浦光后，从基态E1升至激活态E3。但是激活态是不稳定的，激发到激活态能级E3的铒离子很快返回到能级E2。若信号光的光子能量等于能级E2和E1之差，则当处于能级E2的铒离子返回基态E1时就产生信号光子，这就是受激发射，使信号光放大获得增益。图6.3.2（b）表示EDFA的吸收和增益光谱。为了提高放大器的增益，应尽可能使基态铒离子激发到能级E3。从以上分析可知，能级E2和E1之差必须是相当于需要放大信号光的光子能量，而泵浦光的光子能量也必须保证使铒离子从基态E1跃迁到激活态E3。 图6.3.2 掺铒光纤放大器的工作原理 EDFA可作为光发射机功率增强放大器、接收机前置放大器，或者取代光-电-光中继器作为在线光中继器使用。在光纤系统中可延长中继距离，特别适用于长途越洋通信。在公用电话网和CATV分配网中，使用EDFA补偿分配损耗，可做到信号无损耗的分配。 另外，EDFA可在多信道系统中应用，因为EDFA的带宽与半导体光放大器（SOA）的一样都很宽（1~5 THz），使用光放大器可同时放大多个信道，只要多信道复合信号带宽比放大器带宽小就行。 EDFA具有相当大的带宽（?? = 20~40 nm，或?f = 2.66~5.32 THz），这就意味着可用来放大短至皮秒级的光脉冲而无畸变。从光波系统的应用观点出发，EDFA的潜在应用在于它们可放大ps级的脉冲而不发生畸变的能力。 6-2 EDFA有几种泵浦方式？哪种方式转换效率高？哪种噪声系数小 答：使用0.98 ?m和1.48 ?m的半导体激光泵浦最有效。使用这两种波长的光泵浦EDFA时，只用几毫瓦的泵浦功率就可获得高达30~40 dB的放大器增益。采用1?480?nm的InGaAs多量子阱（MQW）激光泵浦源，其输出功率可达100?mW，该波长的泵浦增益系数较高。980 nm波长对EDFA泵浦，效率高，噪声低。 6-3 目前有几种光放大器？哪几种已商用化？请说出各自的优缺点。 答：目前有掺铒光纤放大器（EDFA）、分布光纤拉曼放大器（DRA）、半导体光放大器（SOA）、光纤布里渊放大器和掺镨光纤放大器，其中掺铒光纤放大器（EDFA）、分布光纤拉曼放大器（DRA）、半导体光放大器（SOA）、技术已经成熟，众多公司已有商品出售。 6-4 什么是掺铒光纤放大器 答：使用铒离子作为增益介质的光纤放大器称为掺铒光纤放大器（EDFA）。铒离子在光纤制作过程中被掺入光纤芯中，使用泵浦光直接对光信号放大，提供光增益。 6-5 画出EDFA的结构示意图，并简述各部分的作用 答：图6.3.1（a）为一个实用光纤放大器的构成方框图。光纤放大器的关键部件是掺铒光纤和高功率泵浦源，作为信号和泵浦光复用的波分复用器（WDM），以及为了防止光反馈和减小系统噪声在输入和输出端使用的光隔离器。 图6.3.1 EDFA组成图 6-6 EDFA有几种泵浦方式？ 答：EDFA有980 nm光源泵浦和1 480 nm光源泵浦两种方式，980 nm光源泵浦时增益效率为10 dB/mW，用1 480 nm光源泵浦时为5.1 dB/mW。 6-7 简述EDFA的工作原理 答：若掺铒离子的能级图用三能级表示，如图6.3.2（a）所示，其中能级E1代表基态，能量最低，能级E2代表中间能级，能级E3代表激发态，能量最高。若泵浦光的光子能量等于能级E3与E1之差，掺杂离子吸收泵浦光后，从基态E1升至激活态E3。但是激活态是不稳定的，激发到激活态能级E3的铒离子很快返回到能级E2。若信号光的光子能量等于能级E2和E1之差，则当处于能级E2的铒离子返回基态E1时就产生信号光子，这就是受激发射，使信号光放大获得增益。图6.3.2（b）表示EDFA的吸收和增益光谱。为了提高放大器的增益，应尽可能使基态铒离子激发到能级E3。从以上分析可知，能级E2和E1之差必须是相当于需要放大信号光的光子能量，而泵浦光的光子能量也必须保证使铒离子从基态E1跃迁到激活态E3。 图6.3.2 掺铒光纤放大器的工作原理 6-8 EDFA的主要特性指标是什么？说明其含义 答：EDFA的主要特性指标有泵浦特性、增益频谱、小信号增益、增益饱和（或压缩）特性和放大器噪声。 使用0.98 ?m和1.48 ?m的半导体激光泵浦EDFA，只用几毫瓦的泵浦功率就可获得高达30~40 dB的放大器增益。 EDFA的增益频谱曲线形状取决