基本介紹
- 中文名：光放大
- 外文名：optical amplifier
- 專業：通信技術
背景與簡介,種類,光纖放大器,半導體光放大器,
背景與簡介
光纖通信在進行長距離傳輸時，由於光線中存在損耗和色散，使得光信號能量降低、光脈衝發生展寬。因此每隔一定距離就需設定一個中繼器，以便對信號進行放大和再生，然後送入光纖繼續傳輸。傳統採用的方案是光——電——光的中繼器，其工作原理是先將接收到的微弱光信號經光電檢測器轉換成電流信號，然後對此電信號進行放大、均衡、判決等信號再生，最後再通過半導體雷射器完成電光轉換們重新傳送到下一段光纖中去。在光纖通信系統傳輸速率不斷提高的現代通信中，這種光——電——光的中繼變換處理方式的成本迅速增加，已經不能滿足現代通信傳輸的要求。
光放大器因此應運而生，光放大技術/光放大器能直接放大光信號，無需轉換成電信號，對信號的格式和速率具有高度的透明性，使得整個光纖通信傳輸系統更加簡單和靈活。它的出現和實用化在光纖通信中引起了一場革命。
光放大器的開發成功及其產業化是光纖通信技術中的一個非常重要的成果，它大大地促進了光復用技術、光孤子通信以及全光網路的發展。顧名思義，光放大器就是放大光信號。在此之前，傳送信號的放大都是要實現光電變換及電光變換，即O/E/O變換。有了光放大器後就可直接實現光信號放大。光放大器主要有3種: 光纖放大器、拉曼放大器以及半導體光放大器。光纖放大器就是在光纖中摻雜稀土離子(如鉺、鐠、銩等)作為雷射活性物質。每一種摻雜劑的增益頻寬是不同的(如圖4所示)。摻鉺光纖放大器的增益帶較寬，覆蓋S、C、L頻帶; 摻銩光纖放大器的增益帶是S波段; 摻鐠光纖放大器的增益帶在1310nm附近。而喇曼光放大器則是利用喇曼散射效應製作成的光放大器，即大功率的雷射注入光纖後，會發生非線性效應喇曼散射。在不斷發生散射的過程中， 把能量轉交給信號光，從而使信號光得到放大。由此不難理解，喇曼放大是一個分散式的放大過程，即沿整個線路逐漸放大的。其工作頻寬可以說是很寬的，幾乎不受限制。這種光放大器已開始商品化了，不過相當昂貴。半導體光放大器(S0A)一般是指行波光放大器，工作原理與半導體雷射器相類似。其工作頻寬是很寬的但增益幅度稍小一些，製造難度較大。這種光放大器雖然已實用了，但產量很小。
種類
光放大器主要有2種，半導體放大器及光纖放大器。半導體放大器分為諧振式和行波式；光纖放大器分為摻稀土元素光纖放大器和非線性光學放大器。非線性光學放大器分為拉曼（SRA）和布里淵（SBA）光纖放大器。
光纖放大器
光纖放大器分為稀土摻雜光纖放大器和利用非線性效應製作的常規光纖放大器。
（1）稀土摻雜光纖放大器
稀土摻雜光纖放大器就是在光纖中摻雜稀土離子(如鉺、鐠、銩等)作為雷射活性物質。每一種摻雜劑的增益頻寬是不同的。摻鉺光纖放大器的增益帶較寬，覆蓋S、C、L頻帶；摻銩光纖放大器的增益帶是S波段；摻鐠光纖放大器的增益帶在1310nm附近。
（2）利用非線性效應製作的常規光纖放大器
常規光纖放大器就是利用傳輸光纖製作的光放大器，它是利用光纖的三階非線性光學效應產生的增益機制對光信號進行放大。其特點是傳輸線路和放大線路同為光纖，是一種分布參數式的光放大器。其主要的缺點是由於單位長度的增益係數較低，需要很高的泵浦光功率。這類器件中光纖拉曼放大器（FRA）是其中的佼佼者，它具有在1270~1670nm全波段實現光放大和利用傳輸光纖作線上放大的優點。
拉曼光放大器
則是利用拉曼散射效應製作成的光放大器，即大功率的雷射注入光纖後，會發生非線性效應拉曼散射。在不斷發生散射的過程中，把能量轉交給信號光，從而使信號光得到放大。由此不難理解，拉曼放大是一個
分散式的放大過程，即沿整個線路逐漸放大的。其工作頻寬可以說是很寬的，幾乎不受限制。這種光放大器已開始商品化了，不過相當昂貴。
半導體光放大器
一般是指行波光放大器，工作原理與半導體雷射器相類似。其工作頻寬是很寬的。但增益幅度稍小一些，製造難度較大。這種光放大器雖然已實用了，但產量很小。 在其傳輸路徑內採用光放大器的一種WDM光傳輸系統中，用於監視並控制放大器運行並從數據傳輸中作光譜分離的一個監控信號信道，可以與數據復用。披露了一种放大器的結構，它能隨傳輸系統為增加數據處理能力的升級而升級，例如增加波段內和/或沿反方向的數據傳輸，但不必斷開通過該放大器的準備升級的數據傳輸路徑。
