LV443B.XR/2光纖放大器基礎(chǔ)信息

商品編號(hào)： 50154360

傳感器空間特別狹窄或環(huán)境條件惡劣時(shí)，傳統(tǒng)立方體或圓柱形傳感器很快就會(huì)達(dá)到其極限。這正是光纖傳感器提供的解決方案的優(yōu)質(zhì)所在。其由兩部分結(jié)構(gòu)組成：柔性塑料或玻璃光纖（有各種長(zhǎng)度可供選擇）和獨(dú)立放大器（有多種評(píng)估選項(xiàng)）。這種結(jié)構(gòu)可將放大器置于臨界環(huán)境外，并安裝在合適的位置，同時(shí)將光纖傳輸?shù)教綔y(cè)點(diǎn)。這樣，即使苛刻條件下也能可靠駕馭。

光纖插入放大器。光纖范圍和可用功能隨型號(hào)而變。本系列滿足所有基本要求：高分辨率靈敏度調(diào)整用 20 圈調(diào)節(jié)旋鈕、2 個(gè)亮/暗通可切換用和帶有高性能放大器的便捷版本，其對(duì)于范圍值，靈敏度和時(shí)間功能可進(jìn)行多種設(shè)置。信號(hào)值和開關(guān)閾值在兩個(gè)易讀顯示器上同步顯示。三個(gè)不同示教功能明顯簡(jiǎn)化了參數(shù)設(shè)置。也可以購(gòu)買 IO-Link 的型號(hào)。

光纖放大器：原理、分類與應(yīng)用詳解

光纖放大器（Optical Fiber Amplifier, OFA）是一種無(wú)需將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，直接在光纖鏈路中對(duì)光信號(hào)進(jìn)行放大的關(guān)鍵光通信器件。它解決了傳統(tǒng)光通信系統(tǒng)中因光纖損耗導(dǎo)致的信號(hào)衰減問(wèn)題，極大地延長(zhǎng)了通信距離，是現(xiàn)代大容量、高速率光纖通信網(wǎng)絡(luò)（如骨干網(wǎng)、城域網(wǎng)）的核心組成部分。

一、核心工作原理：受激輻射與粒子數(shù)反轉(zhuǎn)

光纖放大器的工作本質(zhì)基于激光的受激輻射原理，核心是實(shí)現(xiàn) “粒子數(shù)反轉(zhuǎn)"，具體過(guò)程可拆解為 3 個(gè)步驟：

泵浦（Pumping）：通過(guò)外部 “泵浦光源"（通常為高功率半導(dǎo)體激光器，如 980nm 或 1480nm 波長(zhǎng)）向放大器的 “增益介質(zhì)"（摻雜特殊元素的光纖，如鉺離子）注入能量。

粒子數(shù)反轉(zhuǎn)：增益介質(zhì)中的原子（或離子）吸收泵浦光能量后，從低能級(jí)（基態(tài)）躍遷到高能級(jí)（激發(fā)態(tài)），形成 “高能級(jí)粒子數(shù)> 低能級(jí)粒子數(shù)" 的非熱平衡狀態(tài)，即 “粒子數(shù)反轉(zhuǎn)"。

受激輻射與信號(hào)放大：當(dāng)待放大的信號(hào)光（如 1550nm 通信波長(zhǎng)）通過(guò)增益介質(zhì)時(shí)，會(huì)刺激高能級(jí)粒子躍遷回低能級(jí)，同時(shí)釋放出與信號(hào)光波長(zhǎng)、相位、偏振方向一致的光子 —— 這些新光子與原信號(hào)光疊加，實(shí)現(xiàn)光信號(hào)的強(qiáng)度放大。

1. 核心前提：增益介質(zhì)與粒子能級(jí)

光纖放大器的 “放大載體" 是增益介質(zhì)（如鉺摻雜光纖中的鉺離子、半導(dǎo)體光放大器中的半導(dǎo)體材料），其內(nèi)部的原子 / 離子存在不同能量狀態(tài)的 “能級(jí)"—— 可簡(jiǎn)單理解為 “能量臺(tái)階"，主要包含兩類關(guān)鍵能級(jí)：

基態(tài)（低能級(jí)）：原子 / 離子的穩(wěn)定狀態(tài)，此時(shí)粒子能量，大部分粒子默認(rèn)處于該能級(jí)。

激發(fā)態(tài)（高能級(jí)）：原子 / 離子吸收外部能量后躍遷到的不穩(wěn)定狀態(tài)，粒子在該能級(jí)停留時(shí)間極短（通常納秒級(jí)），會(huì)自發(fā)向低能級(jí)躍遷并釋放能量。

2. 關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)：泵浦與粒子數(shù)反轉(zhuǎn)

要實(shí)現(xiàn)光放大，必須打破 “基態(tài)粒子數(shù)> 激發(fā)態(tài)粒子數(shù)" 的熱平衡狀態(tài)，建立 **“粒子數(shù)反轉(zhuǎn)"**（即激發(fā)態(tài)粒子數(shù) > 基態(tài)粒子數(shù)），這一步需通過(guò) “泵浦" 完成：

泵浦注入：通過(guò)外部 “泵浦光源"（如鉺摻雜光纖放大器常用的 980nm/1480nm 半導(dǎo)體激光器），向增益介質(zhì)注入高能量的泵浦光。

粒子躍遷：增益介質(zhì)中的原子 / 離子吸收泵浦光的能量后，從能量較低的 “基態(tài)" 被 “激發(fā)" 到能量較高的 “激發(fā)態(tài)"。

粒子數(shù)反轉(zhuǎn)形成：當(dāng)泵浦光功率足夠強(qiáng)時(shí)，大量基態(tài)粒子被持續(xù)激發(fā)到激發(fā)態(tài)，最終實(shí)現(xiàn) “激發(fā)態(tài)粒子數(shù)遠(yuǎn)超基態(tài)粒子數(shù)" 的非平衡狀態(tài) —— 即 “粒子數(shù)反轉(zhuǎn)"，這是光放大的核心前提（無(wú)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)則無(wú)法實(shí)現(xiàn)有效放大）。

3. 核心過(guò)程：受激輻射與信號(hào)放大

當(dāng) “粒子數(shù)反轉(zhuǎn)" 狀態(tài)建立后，待放大的信號(hào)光（如通信常用的 1550nm 波長(zhǎng)光）通過(guò)增益介質(zhì)時(shí)，會(huì)觸發(fā) “受激輻射"，完成信號(hào)放大：

受激觸發(fā)：信號(hào)光的光子作為 “觸發(fā)源"，與增益介質(zhì)中處于激發(fā)態(tài)的粒子發(fā)生相互作用。

同步輻射：被觸發(fā)的激發(fā)態(tài)粒子會(huì) “同步" 向基態(tài)躍遷，同時(shí)釋放出一個(gè)與 “入射信號(hào)光光子"一致的新光子（波長(zhǎng)、相位、偏振方向、傳播方向均相同）。

信號(hào)疊加增強(qiáng)：每一個(gè)信號(hào)光光子都會(huì)觸發(fā)一個(gè)新光子，大量激發(fā)態(tài)粒子持續(xù)通過(guò)受激輻射釋放新光子，這些新光子與原信號(hào)光光子疊加，使得信號(hào)光的強(qiáng)度（功率）呈指數(shù)級(jí)增強(qiáng) —— 最終實(shí)現(xiàn)光信號(hào)的放大。