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在回答如何把弱光信號進行放大這個問題前，我們可以來看一個這樣的光學(xué)結(jié)構(gòu)一個輸入1550nm光信號的輸入端口，然后通過WDM耦合器把980nm泵浦激光器輸出的980nm的泵浦光耦合到一起，再一起注入摻雜了餌這一稀土元素的光纖中。這個光學(xué)結(jié)構(gòu)內(nèi)部會產(chǎn)生什么效果呢？

在纖芯中摻入了餌這一稀土元素，而餌離子，有3個工作能級，分別是E1、E2和E3。其中，E1能級能量最低，粒子數(shù)最多，而E3能級能量最高，粒子數(shù)最少，中間藍色的線對應(yīng)的是E2能級。這三個能級中，因為E1能級能級最低，粒子數(shù)最多，最穩(wěn)定，我們也稱它為基態(tài)，即最穩(wěn)定的狀態(tài)；而E3能級中能量最高，這個能級的粒子最不穩(wěn)定，我們也稱它為激發(fā)態(tài)。中間的E2能級處在基態(tài)和激發(fā)態(tài)之間，我們稱它為亞穩(wěn)態(tài)。它比基態(tài)活躍些，也比激發(fā)態(tài)穩(wěn)定一些。亞穩(wěn)態(tài)上的粒子數(shù)相對來說比較穩(wěn)定，能在一段時間內(nèi)保持住一個穩(wěn)定狀態(tài)。我們外加一個泵浦光源的目的是給物質(zhì)輸入能量，使得低能級E1的粒子吸收泵浦光的能量后紛紛向上躍遷到E3能級（也就是激發(fā)態(tài)），我們稱這個過程為電子吸收泵浦光躍遷。

而E3能級上的粒子是處于激發(fā)態(tài)的，非常不穩(wěn)定，所以在沒有外界粒子激發(fā)的情況下，它就會紛紛地向下躍遷，躍遷到E2能級也就是亞穩(wěn)態(tài)，我們稱這個過程為無輻射躍遷（沒有外界粒子激發(fā)，高能級的粒子就自動地自發(fā)地向下躍遷到低能級）。

而E2能級因為是處于亞穩(wěn)態(tài)，可以在一段時間內(nèi)保持住該能級上的粒子，使得在E2和E1之間實現(xiàn)粒子數(shù)的反轉(zhuǎn)分布狀態(tài)。這時候，如果有一個外來光子的激發(fā)，而這個光正好是將要被放大的光信號，此時的光信號是弱光，里面所包含的光子數(shù)比較少，而這樣射入的光子，在E2和E1之間作為一個外來的激發(fā)光子，會在反轉(zhuǎn)分布狀態(tài)的E2和E1之間實現(xiàn)受激輻射的過程大于受激吸收的過程，產(chǎn)生新的全同光子，從而實現(xiàn)光的放大，那么從物質(zhì)中輸出來的光就是強光了。
然后通過隔離器把除了1550nm的光全部過濾掉，實現(xiàn)輸出更大光功率的1550nm的光，以達到光放大的效果。這也就是EDFA摻鉺光纖放大器的基本原理，我們通常把這一光學(xué)結(jié)構(gòu)封裝成一個單獨的模塊，應(yīng)用在光路中需要對弱光信號進行放大的場景。