光纖放大器作用都有哪些_光纖放大器原理及其應(yīng)用 - 全文

　　一、什么是光纖放大器

　　光纖放大器（OpticalFiberAmplifier，簡寫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。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。可以說，OFA為實現(xiàn)全光通信奠定了一項技術(shù)基礎(chǔ)。

　　二、光纖放大器分類

　　光纖放大器是可以將信號進行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以及作用，一般可以分為中繼放大、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。

　　三、光纖放大器原理

　　光纖放大器技術(shù)就是在光纖的纖芯中摻入能產(chǎn)生激光的稀土元素，通過激光器提供的直流光激勵，使通過的光信號得到放大。傳統(tǒng)的光纖傳輸系統(tǒng)是采用光—電—光再生中繼器，這種中繼設(shè)備影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，為去掉上述轉(zhuǎn)換過程，直接在光路上對信號進行放大傳輸，就要用一個全光傳輸型中繼器來代替這種再生中繼器。

　　四、摻鉺光纖放大器（EDFA）工作原理

　　1.EDFA基本模型如下圖所示，主要由摻鉺光纖、泵源、隔離器、合波器、耦合器、探測器及控制電路等部分組成。

　　其中，摻鉺光纖是放大器最基礎(chǔ)、關(guān)鍵的器件；泵源的作用是用來向摻鉺光纖提供能量，將基態(tài)的鉺離子（Er3+）激勵到高能態(tài)，致使粒子數(shù)發(fā)生反轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生受激輻射，實現(xiàn)對1550nm波段光信號的放大．現(xiàn)在用得最廣泛的泵源是980nm的LD;隔離器主要用來防止放大器產(chǎn)生自激振蕩：合波器的作用是將泵浦光耦合到摻鉺光纖中去：耦合器則是將信號光分出一部分提供給探測器，以便實現(xiàn)對放大器工作狀態(tài)的實時監(jiān)控。

　　2.EDFA的放大原理與雷射產(chǎn)生原理類似，光纖中摻雜的稀土族元素Er（3+）其亞穩(wěn)態(tài)和基態(tài)的能量差相當(dāng)于1550nm光子的能量、當(dāng)吸收適當(dāng)波長的泵浦光能量（980nm或1480nm）后，電子會從基態(tài)躍遷到能階較高的激發(fā)態(tài)，接著釋放少量能量轉(zhuǎn)移到較穩(wěn)定的亞穩(wěn)態(tài)，在泵浦光源足夠時鉺離子的電子會發(fā)生居量反轉(zhuǎn)，即高能階的亞穩(wěn)態(tài)比能階低的基態(tài)電子數(shù)量多。當(dāng)適當(dāng)?shù)墓庑盘柾ㄟ^時，亞穩(wěn)態(tài)電子會發(fā)生受激輻射效應(yīng)，放射出大量同波長光子，但因為存在振動能階，所以波長不是單一的而是一個范圍，典型值為1530nm~1570nm。

　　五、EDFA在CATV傳輸系統(tǒng)中應(yīng)用

　　在CATV1550nm系統(tǒng)中使用EDFA，信號可以被分配到大量的終端用戶和遠距離用戶。1550nm網(wǎng)絡(luò)的前端系統(tǒng)構(gòu)造如下圖所示。一般由一臺外調(diào)制發(fā)射機再推動一臺光放大器組成，EDFA輸出的光功率經(jīng)分路器分配后送往各鄉(xiāng)鎮(zhèn)機房，然后經(jīng)分路器分配送往各光放大器，再進行星形分配到各行政村，再經(jīng)分路器分配后送到各光接收機。在1550nm網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，通過EDFA之后，網(wǎng)絡(luò)只犧牲一定數(shù)量的載噪比CNR，而cso和CTB基本不受影響。通過技術(shù)處理之后，光纖的受激布里淵散射（SBS）和色散得到有效控制之后1，1550nm系統(tǒng)在長距離傳輸（《200km）上通過大功率輸出，CNR、cso、CTB指標(biāo)能達到四級圖像要求。

　　六、光纖放大器作用都有哪些

　　光纖放大器（OpticalFiberAmpler），能將光信號進行功率放大的一種光器件，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。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。

　　擴大通信線路容量，而又要使其成本降至最低，光纖放大是優(yōu)先選擇的方案之一。波分復(fù)用光信號在光纖中傳輸時，不可避免地存在著一定的損耗和色散，損耗導(dǎo)致光信號能量的降低，色散致使光脈沖展寬，因此每隔一段距離就需設(shè)置一個中繼器，以便對信號進行放大和再生后繼續(xù)傳輸。解決這一問題的常規(guī)方法是采用光/電/光中繼器，其工作原理是先將接收到的微弱光信號經(jīng)PIN或APD轉(zhuǎn)換成電信號，并對此電信號實現(xiàn)放大、均衡、判決、再生等技術(shù)，以便得到一個性能良好的電信號，最后再通過半導(dǎo)體激光器（LtD）完成電/光轉(zhuǎn)換，重新發(fā)送到下段光纖中去。這種光/電/光的變換和處理方式在一定程度上已滿足不了現(xiàn)代電信傳輸?shù)囊?。由于波分?fù)用是多波艮在一根纖芯上傳輸，要進行電再生中繼，必須每個波長逐一進行，這樣就使電中繼設(shè)備變得復(fù)雜，傳輸距離義受衰減限制，造價較高。采用光纖放大器，可以把該波段內(nèi)所有波長的信引司時放大，即用同一。個放大器對多個信道提供增益，并且增益不受信號偏振的影響。在高速率、多信道的傳輸系統(tǒng)中不會產(chǎn)生串?dāng)_，在高速傳輸系統(tǒng)中也不會產(chǎn)生脈沖失真。因此光纖放大器是波分復(fù)用系統(tǒng)的關(guān)鍵部件。迄今為止，幾乎所有的WDM系統(tǒng)不管是試驗系統(tǒng)，還是商用系統(tǒng)都使用丁光纖放大器。

　　在光纖接入網(wǎng)中出現(xiàn)了F1TH（光纖到家）、FTTO（光纖到辦公室）、FTTB（光纖到樓）、FTTC（光纖到路邊）等方式，其中應(yīng)用范圍最大的是FTTH，其難度是光纖終端分支太多，對于無源網(wǎng)絡(luò)而言，幾次分支后，用戶接收到的光功率就非常低（分支每增加一倍，光功率下降3dB），使得終端無法工作。采用光纖放大器后，發(fā)出的功率增大，經(jīng)過多分支后，用戶端仍能正常接收，這樣FTTH的實現(xiàn)將成為可能。因此光纖放大器的出現(xiàn)和發(fā)展克服了高速傳輸租距離傳輸?shù)淖畲笳系K——光功率預(yù)算的限制，是光通信發(fā)展史的重要里程碑。

　　七、光纖放大器的主要應(yīng)用和市場

　　密集波分復(fù)用系統(tǒng)在光纖傳輸系統(tǒng)中已成為技術(shù)主流，作為DWDM系統(tǒng)核心器件之一的光纖放大器在其應(yīng)用中將得到迅速發(fā)展，這主要是由于光纖放大器有足夠的增益帶寬，它與WDM技術(shù)相結(jié)合可迅速簡便地擴大現(xiàn)有光纜系統(tǒng)的通信容量，延長中繼距離。在光纖接入網(wǎng)中，盡管用戶系統(tǒng)的距離較短，但用戶網(wǎng)的分支太多，需要用光纖放大器來提高光信號的功率以補償光分配器造成的光損耗和提高用戶的數(shù)量，降低用戶網(wǎng)的建設(shè)成本。

　　在光纖CATV系統(tǒng)中，隨著其規(guī)模的不斷擴大，其鏈路的傳輸距離不斷增長，光路的傳輸損耗也不斷增加，將光纖放大器應(yīng)用在光纖CATV系統(tǒng)中不但可提高光功率，補償鏈路的損耗，增加光用戶終端，而且簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，降低了系統(tǒng)成本。

　　近年來，隨著信息和通信技術(shù)的飛速發(fā)展，光纖放大器（無線信號放大器）的研究和發(fā)展又進一步擴大了增益帶寬，將光纖通信系統(tǒng)推向了高速率、大容量、長距離方向發(fā)展。由于光纖放大器的獨特性能，光纖放大器在DWDM傳輸系統(tǒng)、光纖CATV和光纖接入網(wǎng)中的應(yīng)用將越來越廣泛。