光纖放大器的基本原理是什么？它的作用是什么？

光纖放大器(OpticalFiberAmplifier，簡(jiǎn)寫OFA)是指運(yùn)用于光纖通信線路中，實(shí)現(xiàn)信號(hào)放大的一種新型全光放大器。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(hào)再生等復(fù)雜過程，可直接對(duì)信號(hào)進(jìn)行全光放大，具有很好的“透明性”，特別適用于長(zhǎng)途光通信的中繼放大?？梢哉f，OFA為實(shí)現(xiàn)全光通信奠定了一項(xiàng)技術(shù)基礎(chǔ)。

光纖放大器技術(shù)是在光纖的核心中混合產(chǎn)生激光的稀土元素，通過激光提供的直流光激勵(lì)放大通過的光信號(hào)。傳統(tǒng)的光纖傳輸系統(tǒng)使用光-電-光再生中繼器，這種中繼裝置影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，為了消除這種轉(zhuǎn)換過程，直接在光路中放大信號(hào)，必須使用全光傳輸型中繼器，而不是這種再生中繼器。

向添加鉺的纖維注入足夠的泵浦光，可以將基底狀態(tài)下的大多數(shù)Er3離子輸送到這里的狀態(tài)，芯片采購(gòu)處于這里狀態(tài)的Er3離子可以快速無防護(hù)地轉(zhuǎn)移到亞穩(wěn)定性上。Er3離子在亞穩(wěn)態(tài)能量水平下壽命較長(zhǎng)，因此在亞穩(wěn)態(tài)和基態(tài)之間容易形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。信號(hào)光子通過摻鉺光纖時(shí)，與亞穩(wěn)定的Er3離子相互作用，產(chǎn)生很多與自己完全相同的光子。此時(shí)，通過添加鉺光纖傳輸?shù)男盘?hào)光子迅速增加，產(chǎn)生信號(hào)放大作用。當(dāng)Er3離子處于亞穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，除了刺激輻射和刺激吸收外，還會(huì)產(chǎn)生EDFA的噪音的自發(fā)輻射(ASE)。

光纖放大器不但可對(duì)光信號(hào)進(jìn)行直接放大，同時(shí)還具有實(shí)時(shí)、高增益、寬帶、在線、低噪聲、低損耗的全光放大功能，是新一代光纖通信系統(tǒng)中必不可少的關(guān)鍵器件;由于這項(xiàng)技術(shù)不僅解決了衰減對(duì)光網(wǎng)絡(luò)傳輸速率與距離的限制，更重要的是它開創(chuàng)了1550nm頻段的波分復(fù)用，從而將使超高速、超大容量、超長(zhǎng)距離的波分復(fù)用(WDM)、密集波分復(fù)用(DWDM)、全光傳輸、光孤子傳輸?shù)瘸蔀楝F(xiàn)實(shí)，是光纖通信發(fā)展史上的一個(gè)劃時(shí)代的里程碑。在目前實(shí)用化的光纖放大器中主要有摻鉺光纖放大器(EDFA)、半導(dǎo)體光放大器(SOA)和光纖拉曼放大器(FRA)等，其中摻鉺光纖放大器以其優(yōu)越的性能現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于長(zhǎng)距離、大容量、高速率的光纖通信系統(tǒng)、接入網(wǎng)、光纖CATV網(wǎng)、軍用系統(tǒng)(雷達(dá)多路數(shù)據(jù)復(fù)接、數(shù)據(jù)傳輸、制導(dǎo)等)等領(lǐng)域，作為功率放大器、中繼放大器和前置放大器。

光纖放大器一般都由增益介質(zhì)、泵浦光和輸入輸出耦合結(jié)構(gòu)組成。目前光纖放大器主要有摻鉺光纖放大器、半導(dǎo)體光放大器和光纖拉曼放大器三種，根據(jù)其在光纖網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用，光纖放大器主要有三種不同的用途：在發(fā)射機(jī)側(cè)用作功率放大器以提高發(fā)射機(jī)的功率;在接收機(jī)之前作光預(yù)放大器以極大地提高光接收機(jī)的靈敏度;在光纖傳輸線路中作中繼放大器以補(bǔ)償光纖傳輸損耗，延長(zhǎng)傳輸距離。

使用光纖放大器的方法如下：

1、選擇合適的光纖放大器類型：根據(jù)應(yīng)用需求選擇合適的光纖放大器類型，例如摻鉺光纖放大器、摻鐿光纖放大器等。

2、連接光纖放大器：將輸入光纖與光纖放大器的輸入端連接，將輸出光纖與光纖放大器的輸出端連接。

3、設(shè)置光纖放大器參數(shù)：根據(jù)應(yīng)用需求設(shè)置光纖放大器的增益、工作波長(zhǎng)等參數(shù)。

4、激活光纖放大器：打開光纖放大器電源，使其進(jìn)入工作狀態(tài)。

5、監(jiān)測(cè)輸出信號(hào)：使用光功率計(jì)等測(cè)試設(shè)備監(jiān)測(cè)光纖放大器的輸出功率和波長(zhǎng)，以確保輸出符合要求。

需要注意的是，光纖放大器的工作過程中需要保持穩(wěn)定的工作溫度，以避免溫度變化對(duì)放大器性能的影響。此外，在連接光纖放大器時(shí)需要注意光纖的連接方式和質(zhì)量，以避免連接引起的損耗和反射。