摻鉺光纖放大器

石英光纖摻稀土元素(如Nd、Er、Pr、Tm等)后可構成多能級的激光系統，在泵浦光作用下使輸入信號光直接放大。提供合適的反饋后則構成光纖激光器。摻Nd光纖放大器的工作波長為1060nm及1330nm，由於偏離光纖通信最佳宿口及其他一些原因，其發展及應用受到限制。EDFA及PDFA的工作波長分別處於光纖通信的最低損耗(1550nm)及零色散波長(1300nm)窗口，TDFA工作在S波段，都非常適合於光纖通信系統應用。尤其是EDFA，發展最為迅速，已實用化。

在摻鉺光纖發展的基礎上，不斷出現許多新型光纖放大器，例如，以摻鉺光纖為基礎的雙帶光纖放大器(DBFA)，是一種寬頻的光放大器，寬頻幾乎可以覆蓋整個波分復用(WDM)帶寬。類似的產品還有超寬頻光放大器(UWOA)，它的覆蓋帶寬可對單根光纖中多達100路波長通道進行放大。

摻鉺光纖放大器的工作原理 摻鉺光纖放大器主要是由一段摻鉺光纖（長約10-30m）和泵浦光源組成。其工作原理是：摻鉺光纖在泵浦光源（波長980nm或1480nm）的作用下產生受激輻射，而且所輻射的光隨著輸入光信號的變化而變化，這就相當於對輸入光信號進行了放大。研究表明，摻鉺光纖放大器通常可得到15-40db的增益，中繼距離可以在原來的基礎上提高100km以上。那麼，人們不禁要問：科學家們為什麼會想到在光纖放大器中利用摻雜鉺元素來提高光波的強度呢？我們知道，鉺是稀土元素的一種，而稀土元素又有其特殊的結構特點。長期以來，人們就一直利用在我學器件中摻雜稀土元素的方法，來改善光學器件的性能，所以這並不是一個偶然的因素。另外，為什麼泵浦光源的波長選在980nm或1480nm呢？其實，泵浦光源的波長可以是520nm、650nm、980nm、和1480nm，但實踐證明波長980nm的泵浦光源激光效率最高，次之是波長1480nm的泵浦光源。

摻鉺光纖放大器基本結構。在輸入端和輸出端各有一個隔離器，目的是使光信號單向傳輸。泵浦激器波長為980nm或1480nm，用於提供能量。耦合器的作用是把輸入光信號和泵浦光耦合進摻鉺光纖中，通過摻鉺光纖作用把泵浦光的能量轉移到輸入光信號中，實現輸入光信號的能量放大。實際使用的摻鉺光纖放大器為了獲得較大的輸出光功率，同時又具有較低的雜訊指數等其他參數，採用兩個或多個泵浦源的結構，中間加上隔離器進行相互隔離。為了獲得較寬較平坦的增益曲線，還加入了增益平坦濾波器。

1.摻鉺光纖的放大區域恰好與單模光纖的最低損耗區域相重合。那麼，被摻鉺光纖放大器放大的光在光纖中的傳輸損耗小，能傳輸比較遠的距離。

2.對數字信號的格式及數據率“透明”。

單模光纖損耗譜和摻餌光纖放大器的增益譜

3.放大頻帶寬，能在同一根光纖中傳輸幾十甚至上百個通道。

4.雜訊指數低，接近量子極限，意味著可級聯多個放大器。

5.增益飽和的恢復時間長，各個通道間的串擾極小。

1.功率放大器（booster-Amplifier），處於合波器之後，用於對合波以後的多個波長信號進行功率提升，然後再進行傳輸，由於合波后的信號功率一般都比較大，所以，對一功率放大器的雜訊指數、增益要求並不是很高，但要求放大后，有比較大的輸出功率。

2.線路放大器（Line-Amplifier），處於功率放大器之後，用於周期性地補償線路傳輸損耗，一般要求比較小的雜訊指數，較大的輸出光功率。

3.前置放大器（Pre-Amplifier），處於分波器之前，線路放大器之後，用於信號放大，提高接收機的靈敏度（在光信噪比(OSNR)滿足要求情況下，較大的輸入功率可以壓制接收機本身的雜訊，提高接收靈敏度），要求雜訊指數很小，對輸出功率沒有太大的要求。

摻鉺光纖放大器在常規光纖數字通信系統中應用，可以省去大量的光中繼機，而且中繼距離也大為增加，這對於長途光纜幹線系統具有重要意義。其主要應用包括： 1、可作光距離放大器。傳統的電子光纖中繼器有許多局限性。如，數字信號和模擬信號相互轉換時，中繼器要作相應的改變；設備由低速率改變成高速率時，中繼器要隨之更換；只有傳輸同一波長的光信號，且結構複雜、價格昂貴，等等。摻鉺光纖放大器則克服了這些缺點，不僅不必隨信號方式的改變而改變，而且設備擴容或用於光波分復用時，也無需更換。 2、可作不發送機的後置放大器及光接收機的前置放大器。作光發送機的後置放大器時，可將激光器的發送功率從0db提高到+10db。作光接收機的前置放大器時，其靈敏度也可大大提高。因此，只需在線路上設1-2個摻鉺放大器，其信號傳輸距離即可提高100-200km。此外，摻鉺光纖放大器待解決的問題 摻鉺光纖放大器的獨特優越性已被世人所公認，並且得到越來越廣泛的應用。但是，摻鉺光纖放大器也存在著一定的局限性。比如，在長距離通信中不能上下話路、各站業務聯繫比較困難、不便於查找故障、泵浦光源壽命不長，隨著光纖通信技術的不斷進步，這些問題將會得到完滿的解決。

光電子網 http://www.cmwin.com/CBPResource/StageHtmlPage/A243/A24320083502010250.htm

豆豆網 http://tech.ddvip.com/2006-12/116542490513491.html

北極星電力技術網 http://www.bjx.com.cn/new/compweb/productshow.asp?id=17264