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光纤放大器简介及分类


      光纤放大器(Optical Fiber Ampler,简写OFA)是指运用于光纤通讯线路中,实现信号源放大的一种新型全光放大器。根据它在光纤线路中的位置和作用,一般分为中继放大、前置放大和功率放大三种。同传统的半导体激光放大器(SOA)相比较,OFA不需要经过光电转换、电光转换和信号源再生等复杂过程,可直接对信号源进行全光放大,具有很好的“透明性”,特别适用于长途光通讯的中继放大。可以说,OFA为实现全光通讯奠定了一项工艺基础。
  光纤放大器
  究竟什么是光纤放大器呢? 根据放大机制不同,OFA可分为两大类。
  1 掺稀土OFA
  制作光纤时,采用特殊工艺,在光纤芯层沉积中掺进极小浓度的稀土元素,如铒、镨或铷等离子,可制作出相应的掺铒、掺镨或掺铷光纤。光纤中掺杂离子在受到泵浦光激励后跃迁到亚稳定的高激发态,在信号源光诱导下,产生受激辐射,形成对信号源光的相干放大。这种OFA实质上是一种特殊的激光器,它的运作腔是一段掺稀土粒子光纤,泵浦光源一般采用半导体激光器。
  当前光纤通讯系统运作在两个低损耗窗口:1.55μm波段和1.31μm波段。选择不同的掺杂元素,可使放大器运作在不同窗口。
  (1)掺铒光纤放大器(EDFA)
  EDFA运作在1.55μm窗口,该窗口光纤损耗系数1.31μm窗低(仅0.2dB/km)。已商用的EDFA噪声低,增益曲线好,放大器带宽大,与波分复用(WDM)系统兼容,泵浦效率高,运作性能稳定,工艺成熟,在现代长途高速光通讯系统中备受青睐。目前,“掺铒光纤放大器(EDFA)+密集波分复用(DWDM)+非零色散光纤(NZDF)+光子集成(PIC)”正成为国际上长途高速光纤通讯线路的主要工艺方向。
  (2)掺镨光纤放大器(PDFA)
  PDFA运作在1.31μm波段,已敷设的光纤90%都运作在这一窗口。PDFA对现有光通讯线路的升级和扩容有重要的意义。目前已经研制出低噪声、高增益的PDFA,但是它的泵浦效率不高,运作性能不稳定,增益对温度敏感,离实用还有一段间隔。
  2 非线性OFA
  非线性OFA是利用光纤的非线性效应实现对信号源光放大的一种激光放大器。当光纤中光功率密度达到一定阈值时,将产生受激拉曼散射(SRS)或受激布里渊散射(SBS),形成对信号源光的相干放大。非线性OFA可相应分为拉曼光纤放大器(SRA)和布里渊光纤放大器(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。在现代光通讯系统设计中,如何有效地进步光信号源传输间隔,减少中继站数目,降低系统本钱,一直是人们不断探索的目标。OFA是解决这一题目的关键器件,它的研制和改进在全球范围内仍方兴未艾。
  随着密集波分复用(DWDM)工艺、光纤放大工艺,包括掺铒光纤放大器(EDFA)、分布喇曼光纤放大器(DRFA)、半导体放大器(SOA)和光时分复用(OTDM)工艺的发展和广泛应用,光纤通讯工艺不断向着更高速率、更大容量的通讯系统发展,而先进的光纤制造工艺既能保持稳定、可靠的传输以及足够的富余度,又能满足光通讯对大宽带的需求,并减少非线性损伤。 

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