Technisches Schema des L-Band-EDFA-Verstärkersystems

EDFA nutzt Erbiumionen-dotierte Fasern als Verstärkungsmedium, wodurch unter Pumplicht eine Besetzungsinversion entsteht. Es realisiert stimulierte Strahlungsverstärkung unter Einwirkung von Signallicht.
Erbiumionen besitzen drei Energieniveaus. Im unbestrahlten Zustand befinden sie sich auf dem niedrigsten Energieniveau E1. Wird die Faser kontinuierlich mit dem Pumplaser angeregt, gewinnen die Teilchen im Grundzustand Energie und wechseln auf ein höheres Energieniveau. Beispielsweise der Übergang von E1 nach E3. Da die Teilchen auf dem hohen Energieniveau E3 instabil sind, fallen sie in einem strahlungslosen Übergangsprozess schnell in den metastabilen Zustand E2 zurück. Auf diesem Energieniveau weisen die Teilchen eine relativ lange Lebensdauer auf. Durch die kontinuierliche Anregung mit dem Pumplaser steigt die Anzahl der Teilchen auf dem Energieniveau E2 und E1 stetig an. Dadurch wird in der erbiumdotierten Faser eine Besetzungsinversion erreicht, und die Voraussetzungen für die optische Verstärkung sind gegeben.
Wenn die Photonenenergie des Eingangssignals E = hf exakt der Energiedifferenz zwischen den Energieniveaus E₂ und E₁ (E₂ - E₁ = hf) entspricht, gehen die Teilchen im metastabilen Zustand in den Grundzustand E₁ über und emittieren dabei stimulierte Strahlung. Die Strahlung und die Photonen im Eingangssignal sind identisch mit den Photonen im Eingangssignal. Dadurch erhöht sich die Photonenzahl signifikant, und das optische Eingangssignal wird in der Erbium-dotierten Faser zu einem starken optischen Ausgangssignal. Dies ermöglicht die direkte Verstärkung des optischen Signals.

2. Systemdiagramm und grundlegende Geräteeinführung
2.1. Das schematische Diagramm des L-Band-Lichtwellenleiterverstärkersystems lautet wie folgt: