光纖放大器不但可對光信號進行直接放大，同時還具有實時、高增益、寬帶、在線、低噪聲、低損耗的全光放大功能，是新一代光纖通信係統中必不可少的關(guan) 鍵器件。光纖放大器一般都由增益介質、泵浦光和輸入輸出耦合結構組成。目前光纖放大器主要有摻鉺光纖放大器、半導體(ti) 光放大器和光纖拉曼放大器三種，根據光纖放大器在光纖線路中的位置和作用，一般分為(wei) 中繼放大、前置放大和功率放大三種。

光纖放大器(Optical Fiber Ampler，簡寫(xie) OFA)是指運用於(yu) 光纖通信線路中，實現信號放大的一種新型全光放大器。在目前實用化的光纖放大器中主要有摻鉺光纖放大器(EDFA)、半導體(ti) 光放大器(SOA)和光纖拉曼放大器(FRA)等，其中摻鉺光纖放大器以其優(you) 越的性能現已廣泛應用於(yu) 長距離、大容量、高速率的光纖通信係統、接入網、光纖CATV網、軍(jun) 用係統(雷達多路數據複接、數據傳(chuan) 輸、製導等)等領域，作為(wei) 功率放大器、中繼放大器和前置放大器。

摻鉺光纖放大器工作原理

摻鉺光纖放大器是利用摻鉺光纖這一活性介質，當泵浦光輸入到EDF中時，就可以將大部分處於(yu) 基態的Er3+抽運到激發態上，處於(yu) 激發態的Er3+又迅速無輻射地轉移到亞(ya) 穩態上，由於(yu) Er3+在亞(ya) 穩態上的平均停留時間為(wei) 10ms，因此很容易在亞(ya) 穩態與(yu) 基態之間形成粒子數反轉，此時，信號光子通過摻鉺光纖，在受激輻射效應作用下產(chan) 生大量與(yu) 自身完全相同的光子，使信號光子迅速增多，這樣在輸出端就可以得到被不斷放大的光信號。

摻鉺光纖放大器應用

自80年代末至90年代初研製成摻鉺光纖放大器(EDFA)，並開始應用於(yu) 1.55mm頻段的光纖通信係統以來，推動了光纖通信向全光傳(chuan) 輸方向發展，且目前EDFA的技術開發和商品化最成熟;應用廣泛的C波段EDFA通常工作在1530~1565nm光纖損耗最低的窗口，具有輸出功率大、增益高、與(yu) 偏振無關(guan) 、噪聲指數低、放大特性與(yu) 係統比特率和數據格式無關(guan) ，且同時放大多路波長信號等一係列的特性，在長途光通信係統中得到了廣泛的應用。

摻鉺光纖放大器的不足是C-Band EDFA的增益帶寬隻有35nm，僅(jin) 覆蓋石英單模光纖低損耗窗口的一部分，製約了光纖固有能夠容納的波長信道數;然而隨著因特網技術的迅速發展，要求光纖傳(chuan) 輸係統的傳(chuan) 輸容量要不斷地擴大，麵對傳(chuan) 輸容量的擴大，目前主要有三種解決(jue) 途徑：(1)增加每個(ge) 波長的傳(chuan) 輸速率;(2)減少波長間距;(3)增加總的傳(chuan) 輸帶寬。

對於(yu) 第一種辦法，如果速率提高到10Gbit/s將帶來新的色散補償(chang) 問題，況且現在的電子係統還存在著所謂"電子瓶頸"效應問題。

第二種辦法如果將信號間距從(cong) 100GHz降低到50GHz或25GHz將給係統帶來四波混頻(FWM)等非線性效應，且要求係統采用波長穩定技術。

新的光纖放大器如L波段的EDFA是增加總的傳(chuan) 輸帶寬的一種，它將EDFA工作波長由C波段1530~1560nm擴展到L波段1570~1605nm，使EDFA的放大增益譜擴展了一倍。盡管L波段EDFA的波長覆蓋了EDF增益譜的尾部，但仍可與(yu) 性能先進的C波段EDFA產(chan) 品相媲美：例如兩(liang) 者的基本結構相類似，大多數C波段EDFA的設計和製造技術仍可應用於(yu) L波段EDFA研製;L波段EDFA有較小的輻射和吸收以及較低的平均反轉因子，增益波動係數遠小於(yu) C波段EDFA，所存在的是L波段EDFA的EDF較長帶來無源光纖損耗較大，放大噪聲稍大等不足。

非線性光纖放大器(OFA)

非線性OFA是利用光纖的非線性效應實現對信號光放大的一種激光放大器。當光纖中光功率密度達到一定閾值時，將產(chan) 生受激拉曼散射(SRS)或受激布裏淵散射(SBS)，形成對信號光的相幹放大。非線性OFA可相應分為(wei) 拉曼光纖放大器(SRA)和布裏淵光纖放大器(BRA)。目前研製出的SRA尚未商用化。

OFA的研製始於(yu) 80年代，並在90年代初取得重大突破。在現代光通信係統設計中，如何有效地提高光信號傳(chuan) 輸距離，減少中繼站數目，降低係統成本，一直是人們(men) 不斷探索的目標。OFA是解決(jue) 這一問題的關(guan) 鍵器件，它的研製和改進在全球範圍內(nei) 仍方興(xing) 未艾。

隨著密集波分複用(DWDM)技術、光纖放大技術，包括摻鉺光纖放大器(EDFA)、分布喇曼光纖放大器(DRFA)、半導體(ti) 放大器(SOA)和光時分複用(OTDM)技術的發展和廣泛應用，光纖通信技術不斷向著更高速率、更大容量的通信係統發展，而先進的光纖製造技術既能保持穩定、可靠的傳(chuan) 輸以及足夠的富餘(yu) 度，又能滿足光通信對大寬帶的需求，並減少非線性損傷(shang) 。

光纖放大器的主要應用和市場

密集波分複用係統在光纖傳(chuan) 輸係統中已成為(wei) 技術主流，作為(wei) DWDM係統核心器件之一的光纖放大器在其應用中將得到迅速發展，這主要是由於(yu) 光纖放大器有足夠的增益帶寬，它與(yu) WDM技術相結合可迅速簡便地擴大現有光纜係統的通信容量，延長中繼距離。在光纖接入網中，盡管用戶係統的距離較短，但用戶網的分支太多，需要用光纖放大器來提高光信號的功率以補償(chang) 光分配器造成的光損耗和提高用戶的數量，降低用戶網的建設成本。

在光纖CATV係統中，隨著其規模的不斷擴大，其鏈路的傳(chuan) 輸距離不斷增長，光路的傳(chuan) 輸損耗也不斷增加，將光纖放大器應用在光纖CATV係統中不但可提高光功率，補償(chang) 鏈路的損耗，增加光用戶終端，而且簡化了係統結構，降低了係統成本。

近年來，隨著信息和通信技術的飛速發展，光纖放大器（無線信號放大器）的研究和發展又進一步擴大了增益帶寬，將光纖通信係統推向了高速率、大容量、長距離方向發展。由於(yu) 光纖放大器的獨特性能，光纖放大器在DWDM傳(chuan) 輸係統、光纖CATV和光纖接入網中的應用將越來越廣泛