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光纖放大器簡介及分類

光纖放大器(Optical Fiber Ampler，簡寫OFA)是指運(yùn)用于光纖通訊線路中，實(shí)現(xiàn)信號源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)換和信號源再生等復(fù)雜過程，可直接對信號源進(jìn)行全光放大，具有很好的“透明性”，特別適用于長途光通訊的中繼放大。可以說，OFA為實(shí)現(xiàn)全光通訊奠定了一項(xiàng)工藝基礎(chǔ)。
　　光纖放大器
　　究竟什么是光纖放大器呢?　根據(jù)放大機(jī)制不同，OFA可分為兩大類。
　　1 摻稀土OFA
　　制作光纖時(shí)，采用特殊工藝，在光纖芯層沉積中摻進(jìn)極小濃度的稀土元素，如鉺、鐠或銣等離子，可制作出相應(yīng)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(lì)后躍遷到亞穩(wěn)定的高激發(fā)態(tài)，在信號源光誘導(dǎo)下，產(chǎn)生受激輻射，形成對信號源光的相干放大。這種OFA實(shí)質(zhì)上是一種特殊的激光器，它的運(yùn)作腔是一段摻稀土粒子光纖，泵浦光源一般采用半導(dǎo)體激光器。
　　當(dāng)前光纖通訊系統(tǒng)運(yùn)作在兩個(gè)低損耗窗口：1.55μm波段和1.31μm波段。選擇不同的摻雜元素，可使放大器運(yùn)作在不同窗口。
　　(1)摻鉺光纖放大器(EDFA)
　　EDFA運(yùn)作在1.55μm窗口，該窗口光纖損耗系數(shù)1.31μm窗低(僅0.2dB/km)。已商用的EDFA噪聲低，增益曲線好，放大器帶寬大，與波分復(fù)用(WDM)系統(tǒng)兼容，泵浦效率高，運(yùn)作性能穩(wěn)定，工藝成熟，在現(xiàn)代長途高速光通訊系統(tǒng)中備受青睞。目前，“摻鉺光纖放大器(EDFA)+密集波分復(fù)用(DWDM)+非零色散光纖(NZDF)+光子集成(PIC)”正成為國際上長途高速光纖通訊線路的主要工藝方向。
　　(2)摻鐠光纖放大器(PDFA)
　　PDFA運(yùn)作在1.31μm波段，已敷設(shè)的光纖90%都運(yùn)作在這一窗口。PDFA對現(xiàn)有光通訊線路的升級和擴(kuò)容有重要的意義。目前已經(jīng)研制出低噪聲、高增益的PDFA，但是它的泵浦效率不高，運(yùn)作性能不穩(wěn)定，增益對溫度敏感，離實(shí)用還有一段間隔。
　　2 非線性O(shè)FA
　　非線性O(shè)FA是利用光纖的非線性效應(yīng)實(shí)現(xiàn)對信號源光放大的一種激光放大器。當(dāng)光纖中光功率密度達(dá)到一定閾值時(shí)，將產(chǎn)生受激拉曼散射(SRS)或受激布里淵散射(SBS)，形成對信號源光的相干放大。非線性O(shè)FA可相應(yīng)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)代光通訊系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，如何有效地進(jìn)步光信號源傳輸間隔，減少中繼站數(shù)目，降低系統(tǒng)本錢，一直是人們不斷探索的目標(biāo)。OFA是解決這一題目的關(guān)鍵器件，它的研制和改進(jìn)在全球范圍內(nèi)仍方興未艾。
　　隨著密集波分復(fù)用(DWDM)工藝、光纖放大工藝，包括摻鉺光纖放大器(EDFA)、分布喇曼光纖放大器(DRFA)、半導(dǎo)體放大器(SOA)和光時(shí)分復(fù)用(OTDM)工藝的發(fā)展和廣泛應(yīng)用，光纖通訊工藝不斷向著更高速率、更大容量的通訊系統(tǒng)發(fā)展，而先進(jìn)的光纖制造工藝既能保持穩(wěn)定、可靠的傳輸以及足夠的富余度，又能滿足光通訊對大寬帶的需求，并減少非線性損傷。

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