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光纖放大器簡介及分類


      光纖放大器(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。
  光纖放大器
  究竟什么是光纖放大器呢? 根据放大机制不同,OFA可分为两大类。
  1 掺稀土OFA
  制作光纖時,采用特殊工藝,在光纖芯層沈積中摻進極小濃度的稀土元素,如铒、镨或铷等離子,可制作出相應的摻铒、摻镨或摻铷光纖。光纖中摻雜離子在受到泵浦光激勵後躍遷到亞穩定的高激發態,在信號源光誘導下,産生受激輻射,形成對信號源光的相幹放大。這種OFA實質上是一種特殊的激光器,它的運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。
  當前光纖通訊系統運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,可使放大器運作在不同窗口。
  (1)掺铒光纖放大器(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,“掺铒光纖放大器(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)掺镨光纖放大器(PDFA)
  PDFA運作在1.31μm波段,已敷設的光纖90%都運作在這一窗口。PDFA對現有光通訊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,運作性能不穩定,增益對溫度敏感,離實用還有一段間隔。
  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可相应分为拉曼光纖放大器(SRA)和布里渊光纖放大器(BRA)。目前研制出的SRA尚未商用化。
  OFA的研制始于80年代,並在90年代初取得重大突破。在現代光通訊系統設計中,如何有效地進步光信號源傳輸間隔,減少中繼站數目,降低系統本錢,一直是人們不斷探索的目標。OFA是解決這一題目的關鍵器件,它的研制和改進在全球範圍內仍方興未艾。
  随着密集波分复用(DWDM)工艺、光纤放大工艺,包括掺铒光纖放大器(EDFA)、分布喇曼光纖放大器(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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