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掺铒光纤放大器（EDFA）在HFC网络中的应用

河南省濮阳市广电信息网络中心高级工程师李军

河南省濮阳市广电信息网络中心工程师刘道甫

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

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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

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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。

结构方框图（二）

光耦合器的作用是将信号光和泵浦光合在一起，一般采用波分复

用器实现。光隔离器