光纖放大器是什么？它具有哪些常用類型？

光纖放大器(Optical Fiber Amplifier，簡寫為OFA)是指運用于光纖通信線路中，實現(xiàn)信號放大的一種新型全光放大器。屬于傳感器類元件。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)換和信號再生等復(fù)雜過程，可直接對信號進(jìn)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?？梢哉f，OFA為實現(xiàn)全光通信奠定了一項技術(shù)基礎(chǔ)。光放大器可以在不進(jìn)行電和電光轉(zhuǎn)換的情況下，直接將光信號重新放大。最初，光放大器的主要應(yīng)用是將光纖通信中的信號進(jìn)行定期放大。隨著光放大器的不斷發(fā)展，市面上已有越來越多可滿足顧客不同需求的放大器類型，甚至還有一些高功率光纖放大器被用于激光加工技術(shù)。

目前主要有三種類型的光放大器: 摻鉺光纖放大器(EDFA)、摻鐿光纖放大器(EDWA)和半導(dǎo)體光放大器(SOA)。

摻介質(zhì)光纖放大器(如：EDFA)

最開始，人們使用的是摻介質(zhì)光纖放大器。放大器中增益介質(zhì)的受激發(fā)射使輸入的光信號得到放大。這類放大器中最常見的就是摻鉺光纖放大器(EDFA)。EDFA放大器常用于超遠(yuǎn)距離的光纖鏈路，如海底布線系統(tǒng)。它所使用的光纖內(nèi)部摻有鉺元素，是一種用于放大光信號的介質(zhì)。

泵浦激光器的工作波長小于要被放大的波長。摻介質(zhì)光纖由激光器泵浦進(jìn)行能量提升。當(dāng)光信號通過摻鉺光纖時，鉺原子將它們的能量傳遞給信號，從而增強(qiáng)了信號的能量值或強(qiáng)度。有了這一項技術(shù)，信號在離開EDFA時的能量值就是它進(jìn)入時的50倍或提高了17 DB。EDFA還可被串聯(lián)起來進(jìn)一步提高信號的增益。兩個串聯(lián)的EDFA放大器可將輸入信號的能量值提高34 DB。

半導(dǎo)體光放大器(SOA)

SOA放大器使用半導(dǎo)體作為增益介質(zhì)。這類放大器與法布里-珀羅激光二極管具有相類似的結(jié)構(gòu)，但它們在斷面還具有抗反射的設(shè)計元素。最新的設(shè)計包括抗反射涂層、斜波導(dǎo)和窗口區(qū)域，使斷面的反射率降低至0.001%以下。由于腔內(nèi)功率的損耗大于增益，這使得放大器不會成為一個激光器。

盡管，人們能夠想到的制作材料有II-VI等直接帶隙半導(dǎo)體，但SOA放大器通常由III-V族化合物半導(dǎo)體制成，如：GAAS/ALGAAS、INP/INGAAS、INP/INGAASP和INP/INALGAAS。這些放大器通常作為光纖尾端器件被用于通信系統(tǒng)，工作波長在0.85 ΜM到1.6 ΜM之間，增益可達(dá)到30 DB。

拉曼放大器(如：DRMA)

拉曼光纖放大器，通過帶光子的輸入光在增益介質(zhì)的晶格中發(fā)生散射，產(chǎn)生與輸入光子相同的光子。最常見的一個型號就是分布式多泵拉曼放大器(DMRA)。不過，不像EDFA放大器，這一技術(shù)并不使用摻介質(zhì)的光纖，而使用一個高功率的泵浦激光器。激光器的工作波長為60NM到100NM，比期望得到的信號波長要小。激光信號能量和傳輸信號的光子耦合在一起，增強(qiáng)了信號的強(qiáng)度。拉曼放大器最主要的優(yōu)勢在于它能夠在傳輸光纖中提供分布式的放大效果，加長了放大器與再生站點之間的距離。

光纖參量放大器(FOPA)

光纖參量放大器根據(jù)四波混頻效應(yīng)設(shè)計。從量子力學(xué)的角度來說，只要在參變作用階段凈能量和動量守恒，一個或多個光波的光子消失，新的光子在不同的頻率上產(chǎn)生，那么FWM就會發(fā)生。通過石英光纖和一到兩個只有幾瓦功率的泵浦，我們就能看到幾百納米的帶寬。通過改變光纖的零色散波長，就能得到任意的中心波長。獲得大幅增益很簡單(泵浦功率和光纖長度)。相位敏感型FOPA的噪音實際上能夠接近0 DB。波長轉(zhuǎn)換伴隨著頻譜轉(zhuǎn)換。這是一個非常重要的優(yōu)勢。光纖參量放大器得到兩個泵浦光子的增益，然后分別將這兩個泵浦光子轉(zhuǎn)變成一個信號光子和一個閑散光子。

光放大器廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域。在光通信領(lǐng)域, 光放大器被用來增強(qiáng)傳輸信號, 以克服纖芯損耗引起的信號衰減。同時, 光放大器還可以擴(kuò)大傳統(tǒng)的長距離地球到衛(wèi)星或基地之間的通信系統(tǒng)所能涵蓋的范圍和帶寬。

此外, 光放大器還在激光器和光纖傳感器領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。在激光器中, 光放大器可以幫助產(chǎn)生更高功率的激光信號。在光纖傳感器中, 光放大器可以用于對信號進(jìn)行升級處理。