光纖放大器（Optical Fiber Amplifier,，簡寫OFA）是指運用于光纖通信線路中，實現(xiàn)信號放大的一種新型全光放大器,。屬于傳感器類元件,。根據(jù)它在光纖線路中的位置和作用，一般分為中繼放大,、前置放大和功率放大三種,。同傳統(tǒng)的半導體激光放大器（SOA）相比較，OFA不需要經過光電轉換,、電光轉換和信號再生等復雜過程,，可直接對信號進行全光放大，具有很好的“透明性”,，特別適用于長途光通信的中繼放大,?？梢哉f，OFA為實現(xiàn)全光通信奠定了一項技術基礎,。

主要分類：

分類

90年代初期,，摻鉺光纖放大器（EDFA）的研制成功,，打破了光纖通信傳輸距離受光纖損耗的限制,，使全光通信距離延長至幾千公里，給光纖通信帶來了革命性的變化,，被譽為光通信發(fā)展的一個“里程碑”,。那么，究竟什么是光纖放大器呢,？　根據(jù)放大機制不同,，OFA可分為兩大類。

摻稀土OFA

制作光纖時,，采用特殊工藝,，在光纖芯層沉積中摻入極小濃度的稀土元素，如鉺,、鐠或銣等離子,，可制作出相應的摻鉺、摻鐠或摻銣光纖,。光纖中摻雜離子在受到泵浦光激勵后躍遷到亞穩(wěn)定的高激發(fā)態(tài),，在信號光誘導下，產生受激輻射,，形成對信號光的相干放大,。這種OFA實質上是一種特殊的激光器，它的工作腔是一段摻稀土粒子光纖,，泵浦光源一般采用半導體激光器,。

當前光纖通信系統(tǒng)工作在兩個低損耗窗口：1.55μm波段和1.31μm波段。選擇不同的摻雜元素,，可使放大器工作在不同窗口,。

（1）摻鉺光纖放大器（EDFA）

摻鉺光纖放大器由一段摻鉺光纖和泵浦光源組成，如圖1所示,。摻鉺光纖是在石英光纖的纖芯中摻入適量濃度的鉺離子（Er3+）,，泵浦源的作用是給鉺離子提供能量，將它從低能級“抽運”到高能級,，使其具有光學

圖1 摻雜光纖放大器的組成示意圖

         增益功能,。沒有泵浦光作用時，Er3+離子的能量狀態(tài)稱為基態(tài),；吸收泵浦光能量后,，Er3+便處于較高能量狀態(tài),，即由基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)。由于處于該高能態(tài)的壽命很短,，將迅速過渡到較低的激發(fā)態(tài),，Er3+處于激發(fā)態(tài)的壽命長得多，被稱為亞穩(wěn)態(tài),。當Er3+從亞穩(wěn)激發(fā)態(tài)躍遷回到基態(tài)時,，多出來的能量轉變?yōu)闊晒廨椛洌椛涔獾牟ㄩL由亞穩(wěn)態(tài)與基態(tài)的能級差決定,。在1550nm波段上,，在泵浦源不斷作用下，處于亞穩(wěn)激發(fā)態(tài)的Er3+不斷累積,，其數(shù)量可超過仍處于基態(tài)的離子數(shù),。當高能態(tài)上的粒子數(shù)超過低能態(tài)上的粒子數(shù)時，達到了粒子數(shù)反轉狀態(tài),。只有在這種狀態(tài)下才可能有光放大作用,。如入射光信號的光子能量相當于基態(tài)和亞穩(wěn)態(tài)之間的能量差，即其光波長與上述輻射光的波長相同,，它將同時引發(fā)由基態(tài)→亞穩(wěn)態(tài)的吸收躍遷和由亞穩(wěn)態(tài)→基態(tài)的發(fā)射躍遷,，吸收躍遷吸收光能，發(fā)射躍遷發(fā)射光能,，吸收和發(fā)射光能的大小各與基態(tài)和亞穩(wěn)態(tài)的粒子密度成正比,。由于粒子數(shù)反轉的緣故，總的效果是發(fā)射的光能超過吸收的光能,，這就使入射光增強,，而得到了光放大。

          摻雜光纖放大器的一個重要問題是選擇合適的泵浦源,。摻Er3+石英光纖在550,、650、810,、980和1480nm等處存在吸收光譜帶,，原則上都可選為泵浦光波長。但由于980nm和l 480mn光波長的光泵浦效率 zui高,，故多采用,。980nm泵浦源選用InGaAs/AlGaAs半導體激光器，1 480nm泵浦源選用GalnAsP/Inp半導體激光器,，它們的光功率一般為數(shù)十至上百亳瓦,。采用980nm的泵浦源還有噪聲低的優(yōu)點，而1 480mn泵浦源由于與信號光波長相近,，耦合方便,。

       光纖通信的另一重要的低損耗窗口是1 300nm波段,。摻釹離子（Nd3+）的氯化物玻璃光纖可構成工作于這一波段的摻釹光纖放大器。

      光纖放大器要求增益高,，工作頻帶寬,、噪聲低。摻鉺光纖放大器已實用化,，其典型值：小信號增益30dB,，帶寬32nm，噪聲系數(shù)5dB,。

      摻鉺光纖放大器是光纖通信技術的一項重大突破,，它可免除常規(guī)光纖通信技術在中繼站進行光一電一光變換而延長中繼距離，使常規(guī)的光纖通信提高到一個新的水平,。對推動密集波分復用、頻分復用,、光孤子光纖通信,、光纖本地網和光纖寬帶綜合業(yè)務數(shù)據(jù)網的發(fā)展起著舉足輕重的作用。

（2）摻鐠光纖放大器（PDFA）

       PDFA工作在1.31μm波段,，已敷設的光纖90%都工作在這一窗口,。PDFA對現(xiàn)有光通信線路的升級和擴容有重要的意義。目前已經研制出低噪聲,、高增益的PDFA,，但是它的泵浦效率不高，工作性能不穩(wěn)定,，增益對溫度敏感,，離實用還有一段距離。

非線性OFA

           非線性OFA是利用光纖的非線性效應實現(xiàn)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,，將產生受激拉曼散射（SRS）或受激布里淵散射（SBS），形成對信號光的相干放大,。非線性OFA可相應分為拉曼光纖放大器（SRA）和布里淵光纖放大器（BRA）,。目前研制出的SRA尚未商用化。

          OFA的研制始于80年代,，并在90年代初取得重大突破,。在現(xiàn)代光通信系統(tǒng)設計中，如何有效地提高光信號傳輸距離,，減少中繼站數(shù)目,，降低系統(tǒng)成本，一直是人們不斷探索的目標,。OFA是解決這一問題的關鍵器件,，它的研制和改進在范圍內仍方興未艾,。

          隨著密集波分復用（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）、半導體放大器（SOA）和光時分復用（OTDM）技術的發(fā)展和廣泛應用,，光纖通信技術不斷向著更高速率,、更大容量的通信系統(tǒng)發(fā)展，而*的光纖制造技術既能保持穩(wěn)定,、可靠的傳輸以及足夠的富余度,，又能滿足光通信對大寬帶的需求，并減少非線性損傷,。

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