Конфигурация
Схема волоконного усилителя, легированного редкоземельными элементами, показана на рисунке 1. Входной сигнал комбинируется со светом накачки с помощью WDM Ответвитель и усиливается светом накачки за счет вынужденного излучения в волокне, легированном редкоземельными элементами. Оптические изоляторы размещены как на входе, так и на выходе, чтобы стабилизировать усиление сигнала за счет устранения нежелательного обратного отражения от выходного порта, а также для предотвращения работы усилителя в качестве волоконный лазер.
Длины волн излучения редкоземельных элементов
На рис. 2 показаны энергетические диаграммы различных редкоземельных элементов с указанием длин волн как накачки, так и излучения. Редкоземельный элемент поглощает свет накачки и поднимается до возбужденного уровня (показан стрелкой вверх) и в конечном итоге падает до более низкого уровня, излучая свет (показан стрелкой вниз).
Эрбий (Er) показывает сильную флуоресценцию в C-диапазон а также L-диапазон и поэтому эрбиевый волоконный усилитель (EDFA) является наиболее распространенным оптоволоконным усилителем в оптической связи. Другими распространенными редкоземельными элементами являются иттербий (Yb) и тулий (Tm). Иттербий и тулий демонстрируют сильную флуоресценцию около 1 микрона и 1,9 микрона, и эти два редкоземельных элемента обычно используются в мощных волоконных лазерах для нетелекоммуникационных приложений (лазерная маркировка, сварка и т. д.).
Обычно поглощение одного фотона приводит к испусканию одного фотона, однако это не всегда так. Один случай называется каскадным излучением, когда один поглощенный фотон производит два (или более) фотона; пример показан на энергетической диаграмме Tm. Другой случай называется излучением с преобразованием с повышением частоты, когда два (или более) поглощенных фотона производят один фотон; пример показан на энергетической диаграмме Er.