光纖放大器是指運(yùn)用于光纖通信線路中，實(shí)現(xiàn)信號(hào)放大的一種新型全光放大器。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(dǎo)體激光放大器(SOA)相比較，OFA不需要經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換、電光轉(zhuǎn)換和信號(hào)再生等復(fù)雜過程，可直接對(duì)信號(hào)進(jìn)行全光放大，具有很好的“透明性”，特別適用于長(zhǎng)途光通信的中繼放大。可以說，OFA為實(shí)現(xiàn)全光通信奠定了一項(xiàng)技術(shù)基礎(chǔ)。

　　光纖放大器技術(shù)就是在光纖的纖芯中摻入能產(chǎn)生激光的稀土元素，通過激光器提供的直流光激勵(lì)，使通過的光信號(hào)得到放大。傳統(tǒng)的光纖傳輸系統(tǒng)是采用光—電—光再生中繼器，這種中繼設(shè)備影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，為去掉上述轉(zhuǎn)換過程，直接在光路上對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大傳輸，就要用一個(gè)全光傳輸型中繼器來代替這種再生中繼器。

　　1.EDFA基本模型如下圖所示，主要由摻鉺光纖、泵源、隔離器、合波器、耦合器、探測(cè)器及控制電路等部分組成。

　　其中，摻鉺光纖是放大器最基礎(chǔ)、關(guān)鍵的器件;泵源的作用是用來向摻鉺光纖提供能量，將基態(tài)的鉺離子(Er3+)激勵(lì)到高能態(tài)，致使粒子數(shù)發(fā)生反轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生受激輻射，實(shí)現(xiàn)對(duì)1550nm波段光信號(hào)的放大.現(xiàn)在用得最廣泛的泵源是980nm的LD;隔離器主要用來防止放大器產(chǎn)生自激振蕩：合波器的作用是將泵浦光耦合到摻鉺光纖中去：耦合器則是將信號(hào)光分出一部分提供給探測(cè)器，以便實(shí)現(xiàn)對(duì)放大器工作狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

　　2.EDFA的放大原理與雷射產(chǎn)生原理類似，光纖中摻雜的稀土族元素Er(3+)其亞穩(wěn)態(tài)和基態(tài)的能量差相當(dāng)于1550nm光子的能量、當(dāng)吸收適當(dāng)波長(zhǎng)的泵浦光能量(980nm或1480nm)后，電子會(huì)從基態(tài)躍遷到能階較高的激發(fā)態(tài)，接著釋放少量能量轉(zhuǎn)移到較穩(wěn)定的亞穩(wěn)態(tài)，在泵浦光源足夠時(shí)鉺離子的電子會(huì)發(fā)生居量反轉(zhuǎn)，即高能階的亞穩(wěn)態(tài)比能階低的基態(tài)電子數(shù)量多。當(dāng)適當(dāng)?shù)墓庑盘?hào)通過時(shí)，亞穩(wěn)態(tài)電子會(huì)發(fā)生受激輻射效應(yīng)，放射出大量同波長(zhǎng)光子，但因?yàn)榇嬖谡駝?dòng)能階，所以波長(zhǎng)不是單一的而是一個(gè)范圍，典型值為1530nm~1570nm。

　　在CATV1550nm系統(tǒng)中使用EDFA，信號(hào)可以被分配到大量的終端用戶和遠(yuǎn)距離用戶。1550nm網(wǎng)絡(luò)的前端系統(tǒng)構(gòu)造如下圖所示。一般由一臺(tái)外調(diào)制發(fā)射機(jī)再推動(dòng)一臺(tái)光放大器組成，EDFA輸出的光功率經(jīng)分路器分配后送往各鄉(xiāng)鎮(zhèn)機(jī)房，然后經(jīng)分路器分配送往各光放大器，再進(jìn)行星形分配到各行政村，再經(jīng)分路器分配后送到各光接收機(jī)。在1550nm網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，通過EDFA之后，網(wǎng)絡(luò)只犧牲一定數(shù)量的載噪比CNR，而cso和CTB基本不受影響。通過技術(shù)處理之后，光纖的受激布里淵散射(SBS)和色散得到有效控制之后1，1550nm系統(tǒng)在長(zhǎng)距離傳輸上通過大功率輸出，CNR、cso、CTB指標(biāo)能達(dá)到四級(jí)圖像要求。

　　擴(kuò)大通信線路容量，而又要使其成本降至最低，光纖放大是優(yōu)先選擇的方案之一。波分復(fù)用光信號(hào)在光纖中傳輸時(shí)，不可避免地存在著一定的損耗和色散，損耗導(dǎo)致光信號(hào)能量的降低，色散致使光脈沖展寬，因此每隔一段距離就需設(shè)置一個(gè)中繼器，以便對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大和再生后繼續(xù)傳輸。解決這一問題的常規(guī)方法是采用光/電/光中繼器，其工作原理是先將接收到的微弱光信號(hào)經(jīng)PIN或APD轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，并對(duì)此電信號(hào)實(shí)現(xiàn)放大、均衡、判決、再生等技術(shù)，以便得到一個(gè)性能良好的電信號(hào)，最后再通過半導(dǎo)體激光器(LtD)完成電/光轉(zhuǎn)換，重新發(fā)送到下段光纖中去。這種光/電/光的變換和處理方式在一定程度上已滿足不了現(xiàn)代電信傳輸?shù)囊?。由于波分?fù)用是多波艮在一根纖芯上傳輸，要進(jìn)行電再生中繼，必須每個(gè)波長(zhǎng)逐一進(jìn)行，這樣就使電中繼設(shè)備變得復(fù)雜，傳輸距離義受衰減限制，造價(jià)較高。采用光纖放大器，可以把該波段內(nèi)所有波長(zhǎng)的信引司時(shí)放大，即用同一。個(gè)放大器對(duì)多個(gè)信道提供增益，并且增益不受信號(hào)偏振的影響。在高速率、多信道的傳輸系統(tǒng)中不會(huì)產(chǎn)生串?dāng)_，在高速傳輸系統(tǒng)中也不會(huì)產(chǎn)生脈沖失真。因此光纖放大器是波分復(fù)用系統(tǒng)的關(guān)鍵部件。迄今為止，幾乎所有的WDM系統(tǒng)不管是試驗(yàn)系統(tǒng)，還是商用系統(tǒng)都使用丁光纖放大器。

　　在光纖接入網(wǎng)中出現(xiàn)了F1TH(光纖到家)、FTTO(光纖到辦公室)、FTTB(光纖到樓)、FTTC(光纖到路邊)等方式，其中應(yīng)用范圍最大的是FTTH，其難度是光纖終端分支太多，對(duì)于無源網(wǎng)絡(luò)而言，幾次分支后，用戶接收到的光功率就非常低(分支每增加一倍，光功率下降3dB)，使得終端無法工作。采用光纖放大器后，發(fā)出的功率增大，經(jīng)過多分支后，用戶端仍能正常接收，這樣FTTH的實(shí)現(xiàn)將成為可能。因此光纖放大器的出現(xiàn)和發(fā)展克服了高速傳輸租距離傳輸?shù)淖畲笳系K——光功率預(yù)算的限制，是光通信發(fā)展史的重要里程碑。

　　密集波分復(fù)用系統(tǒng)在光纖傳輸系統(tǒng)中已成為技術(shù)主流，作為DWDM系統(tǒng)核心器件之一的光纖放大器在其應(yīng)用中將得到迅速發(fā)展，這主要是由于光纖放大器有足夠的增益帶寬，它與WDM技術(shù)相結(jié)合可迅速簡(jiǎn)便地?cái)U(kuò)大現(xiàn)有光纜系統(tǒng)的通信容量，延長(zhǎng)中繼距離。在光纖接入網(wǎng)中，盡管用戶系統(tǒng)的距離較短，但用戶網(wǎng)的分支太多，需要用光纖放大器來提高光信號(hào)的功率以補(bǔ)償光分配器造成的光損耗和提高用戶的數(shù)量，降低用戶網(wǎng)的建設(shè)成本。

　　在光纖CATV系統(tǒng)中，隨著其規(guī)模的不斷擴(kuò)大，其鏈路的傳輸距離不斷增長(zhǎng)，光路的傳輸損耗也不斷增加，將光纖放大器應(yīng)用在光纖CATV系統(tǒng)中不但可提高光功率，補(bǔ)償鏈路的損耗，增加光用戶終端，而且簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，降低了系統(tǒng)成本。

　　近年來，隨著信息和通信技術(shù)的飛速發(fā)展，光纖放大器(無線信號(hào)放大器)的研究和發(fā)展又進(jìn)一步擴(kuò)大了增益帶寬，將光纖通信系統(tǒng)推向了高速率、大容量、長(zhǎng)距離方向發(fā)展。由于光纖放大器的獨(dú)特性能，光纖放大器在DWDM傳輸系統(tǒng)、光纖CATV和光纖接入網(wǎng)中的應(yīng)用將越來越廣泛。

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