LV443B.XR/2光纖放大器基礎(chǔ)信息

商品編號： 50154360

傳感器空間特別狹窄或環(huán)境條件惡劣時，傳統(tǒng)立方體或圓柱形傳感器很快就會達到其極限。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（有各種長度可供選擇）和獨立放大器（有多種評估選項）。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，同時將光纖傳輸?shù)教綔y點。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 個亮/暗通可切換用和帶有高性能放大器的便捷版本，其對于范圍值，靈敏度和時間功能可進行多種設(shè)置。信號值和開關(guān)閾值在兩個易讀顯示器上同步顯示。三個不同示教功能明顯簡化了參數(shù)設(shè)置。也可以購買 IO-Link 的型號。

光纖放大器：原理、分類與應(yīng)用詳解

光纖放大器（Optical Fiber Amplifier, OFA）是一種無需將光信號轉(zhuǎn)換為電信號，直接在光纖鏈路中對光信號進行放大的關(guān)鍵光通信器件。它解決了傳統(tǒng)光通信系統(tǒng)中因光纖損耗導致的信號衰減問題，極大地延長了通信距離，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，核心是實現(xiàn) “粒子數(shù)反轉(zhuǎn)"，具體過程可拆解為 3 個步驟：

泵浦（Pumping）：通過外部 “泵浦光源"（通常為高功率半導體激光器，如 980nm 或 1480nm 波長）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（基態(tài)）躍遷到高能級（激發(fā)態(tài)），形成 “高能級粒子數(shù)> 低能級粒子數(shù)" 的非熱平衡狀態(tài)，即 “粒子數(shù)反轉(zhuǎn)"。

受激輻射與信號放大：當待放大的信號光（如 1550nm 通信波長）通過增益介質(zhì)時，會刺激高能級粒子躍遷回低能級，同時釋放出與信號光波長、相位、偏振方向一致的光子 —— 這些新光子與原信號光疊加，實現(xiàn)光信號的強度放大。

1. 核心前提：增益介質(zhì)與粒子能級

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、半導體光放大器中的半導體材料），其內(nèi)部的原子 / 離子存在不同能量狀態(tài)的 “能級"—— 可簡單理解為 “能量臺階"，主要包含兩類關(guān)鍵能級：

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

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

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

要實現(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 “泵浦" 完成：

泵浦注入：通過外部 “泵浦光源"（如鉺摻雜光纖放大器常用的 980nm/1480nm 半導體激光器），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：當泵浦光功率足夠強時，大量基態(tài)粒子被持續(xù)激發(fā)到激發(fā)態(tài)，最終實現(xiàn) “激發(fā)態(tài)粒子數(shù)遠超基態(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（無粒子數(shù)反轉(zhuǎn)則無法實現(xiàn)有效放大）。

3. 核心過程：受激輻射與信號放大

當 “粒子數(shù)反轉(zhuǎn)" 狀態(tài)建立后，待放大的信號光（如通信常用的 1550nm 波長光）通過增益介質(zhì)時，會觸發(fā) “受激輻射"，完成信號放大：

受激觸發(fā)：信號光的光子作為 “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 “同步" 向基態(tài)躍遷，同時釋放出一個與 “入射信號光光子"一致的新光子（波長、相位、偏振方向、傳播方向均相同）。

信號疊加增強：每一個信號光光子都會觸發(fā)一個新光子，大量激發(fā)態(tài)粒子持續(xù)通過受激輻射釋放新光子，這些新光子與原信號光光子疊加，使得信號光的強度（功率）呈指數(shù)級增強 —— 最終實現(xiàn)光信號的放大。