基本工作原理：

掺铒光纤放大器(EDFA)是以铒离子为媒介，实现能量转换。能量放大的工作波长窗口为1550 nm，宽度为50am，与光纤的低损耗窗口吻合，能量的注入窗口为980nm和1480nm。一般制成掺铒离子光纤作为EDFA放大核心，即有源介质。放大系统是一个激光三能级系统，注入的980nm的光能，被铒离子吸收到高能级4“，，，通过弛豫振荡跃迁到激光的跃迁能级4n，，，由于能级的寿命长，积累大量的激活粒子，储备大量的能量，然后通过与信号光的受激辐射，得到倍增的同频、同相位的信号光，使粒子回到基态4几，，。放大过程中引人的噪声是自发辐射(Amplified Spontaneous Emission，ASE)，它与泵浦的波长有关。一般情况下，使用980nm的激光器泵浦的效率低、噪声小；而使用1480nm的激光器泵浦的效率高、噪声大。所以在设计过程中，一般前置光纤放大器EDFA使用980nm泵浦；发射端的推动放大器Booster EDFA使用980nm和1480nm的混合泵浦方式，并根据DWDM对光学均衡滤波器的要求，专门设计介质膜片平坦滤波器。

掺铒光纤放大器(FDFA)的基本结构：

一个典型的EDFA由掺铒光纤、泵浦源、波分复用器、光隔离器和光滤波器等组成。其中掺铒光纤提供放大，泵浦源提供足够强的泵浦功率，波分复用器将信号光与泵浦光合在一起输入掺铒光纤中，光隔离器保证光单向传输，以防由于光反射形成光振荡以及反馈光引起信号激光器工作状态的紊乱。光滤波器的作用是滤除光放大器中的ASE噪声，提高EDFA的信噪比。通常EDFA有3种泵浦形式：同向泵浦、反向泵浦和双向泵浦。为了保证EDFA的放大倍数恒定(即前置和线路的线性放大器)或输出功率恒定(即发送端的饱和功率放大器)，需要设计辅助电路对EDFA的输入和输出功率进行监测，以及对泵浦光源的工作状态进行监测和控制。根据所监测结果适当调节泵浦光源的工作参数，使EDFA工作在最佳状态。此外，辅助电路部分还包括自动温度控制和自动功率控制等保护功能的电路。

掺铒光纤放大器(EDFA)的基本性能 ：

EDFA的基本性能体现在增益、输出功率和噪声，以及带宽与均衡等。   

1，增益特性    增益特性表示了光放大器的输出功率与输入功率之比的放大能力，它与多种因素有关，一般使用dB表示，常用的放大系数为15～40dB。    一般情况下，增益与泵浦功率有直接的关系，也与掺铒光纤长度有关，通过实验可以找到它们的最佳值。 

2，输出功率特性  对于理想的线性光放大器，无论输入光功率多大，光信号都能按同样的增益被放大和输出。为了保证这个条件，一般只有当输入小的光信号时，通过足够的增益放大后的光信号输出，不足以减弱泵浦功率注入激光上能级的粒子数。但是当输入光功率足够大时，注入的功率不足以弥补放大后输出功率的大小，从而使反转的粒子数出现饱和而减少，于是输出光功率下降，影响到放大倍数的下降，即增益饱和，使放大进入非线性放大饱和区。EDFA的最大输出功率常用3dB饱和输出功率表示，指当饱和增益下降3 dB时所对应的输出功率，反映了EDFA的最大功率输出能力。EDFA的饱和输出特性与泵浦功率大小、掺铒光纤长度和结构有关。泵浦光功率越大，3dB饱和输出功率越大；掺铒光纤长度越长，3dB饱和输出功率也越大。

3，噪声特性    EDFA在放大过程中引入的光噪声，主要是在激活的掺铒光纤中的自发辐射光功率，然后又经过掺铒光纤的有源区放大，它是一种被放大的自发辐射光噪声。噪声来源主要有4种：信号光的散粒噪声、被放大的自发辐射光ASE的散粒噪声、白发辐射ASE光谱与信号光之间的差拍噪声、自发辐射ASE光谱间的差拍噪声。其中，后两种影响最大，自发辐射ASE光谱与信号光之间的差拍噪声是决定EDFA性能的主要因素。衡量EDFA的噪声特性可用噪声系数NF来表示，即EDFA的输入信噪比与输出信噪比的比值，用dB表示。它与同相传输的自发辐射频谱密度和放大器增益密切相关，与输入信号功率、泵浦功率和泵浦方式等有关。在小的光信号输入下，光放大器的噪声系数NF随着输人信号光功率的增大使受激辐射增大，而减弱了自发辐射的比率，从而使噪声系数NF减小。    在大的光信号输入下，光放大器的噪声系数NF随着输入信号功率的增大使放大倍率下降，而参与自发辐射的光功率增大，从而使噪声系数NF增大。    噪声系数随着泵浦功率的增加而减小。EDFA的噪声功率由两部分组成，一部分是每一小段光纤产生的白发辐射，而大部分是该段光纤对前面部分光纤所产生的自发辐射的放大，即放大的自发辐射。泵浦功率越大，前一部分所占的比重就越小，因为虽然输出噪声功率随泵浦功率的增大而增大，但是信号同样也获得增益，因而每一段光纤产生的自发辐射的比重较小，所以总的信噪比提高，即噪声系数NF降低。