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光纖放大器（Optical Fiber Amplifier，簡寫OFA）是指運用于光纖通信線路中，實現信號放大的一種新型全光放大器。屬于傳感器類元件。根據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。可以說，OFA為實現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，被譽為光通信發展的一個“里程碑”。那么，究竟什么是光纖放大器呢？　根據放大機制不同，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定的高激發態，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+離子的能量狀態稱為基態；吸收泵浦光能量后，Er3+便處于較高能量狀態，即由基態躍遷到激發態。由于處于該高能態的壽命很短，將迅速過渡到較低的激發態，Er3+處于激發態的壽命長得多，被稱為亞穩態。當Er3+從亞穩激發態躍遷回到基態時，多出來的能量轉變為熒光輻射，輻射光的波長由亞穩態與基態的能級差決定。在1550nm波段上，在泵浦源不斷作用下，處于亞穩激發態的Er3+不斷累積，其數量可超過仍處于基態的離子數。當高能態上的粒子數超過低能態上的粒子數時，達到了粒子數反轉狀態。只有在這種狀態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和亞穩態之間的能量差，即其光波長與上述輻射光的波長相同，它將同時引發由基態→亞穩態的吸收躍遷和由亞穩態→基態的發射躍遷，吸收躍遷吸收光能，發射躍遷發射光能，吸收和發射光能的大小各與基態和亞穩態的粒子密度成正比。由于粒子數反轉的緣故，總的效果是發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十至上百亳瓦。采用980nm的泵浦源還有噪聲低的優點，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務數據網的發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。在現代光通信系統設計中，如何有效地提高光信號傳輸距離，減少中繼站數目，降低系統成本，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發展，而*光纖制造技術既能保持穩定、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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