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光放大技术
光放大技术是波分复用技术中三大关键技术之一。光放大技术主要靠光放大器来实现，光放大器的作用是对复用后的光信号进行直接光放大，以解决WDM系统的超长距离传输问题。
一般来讲，合／分波器的插入损耗较大，大大减小了WDM系统的传输距离(仅为三四十公里左右)，满足不了实际需求。使用光放大器后，不仅可使WDM系统的传输距离达到常规要求，而且还可以实现超长距离传输，达到640km无电中继传输。因此，对光放大器的要求是：很高的增益、很宽的带宽和较低的噪声系数等。目前，在1550nm波长范围皆采用掺饵光纤放大器(EDFA)，但在1310nm波长范围尚无实用化的光放大器，所以WDM技术仍主要用于1550nm波长范围。最近，半导体光放大器(SOA)技术已经成熟，这种放大器具有高增益、低噪声等特点，并能够对1310nm窗口的光信号进行放大，有望在近期得到商用。
目前光放大器的分类有①掺稀土类光放大器②非线性效应光放大器③半导体光放大器（SOA），非线性光放大器中作为典型的是Roman光放大器而掺稀土类光放大器又可分类，如图所示

其中：
OA (optical AmPlifler)：光放大器；
OFA (0ptical Fiber Amplifier)：光纤放大器；
EDFA(Erbium Doped Amplifier)：掺饵光纤放大器：
EDSFA(Erbium Doped Smca Fiber Amplifier)：掺鉺硅基光纤放大器(就是通常的EDFA)
EDFFA(Erbium Doped Fluoride Fiber Amplifier)：掺饵氟基光纤放大器：
EDTFA(Erbium Doped Tellurite Fiber Ampumplifier)：掺饵碲基光纤放大器：
EYDFA(Erbium Ytterbium Doped Fiber Amplifier)：掺饵镱光纤放大器；
EYDSFA(Erbium Ytterbium Doped Silica Fiber Amplifier)：掺饵镱硅基光纤放大器；
PDFA(Praseodymium Doped Fiber Amplifier)：掺镨氟基光纤放大器：
PDFFA(Praseodymium Doped Fluoride Amplifier):掺镨氟基光纤放大器（就是普通的PDFA）
在此，我将主要介绍以下三种放大器：
1.半导体激光放大器
（1）半导体激光放大器的增益
由F—P腔理论，FFA的增益是：

式中，G为o单程增益；Rl、及R2分别为两端面的反射率；Vm为F—P腔的谐振频率；△vL为F—P腔的自由谱宽(纵模间隔)。
当入射的v＝Vm时，GFY(V)出现峰值，使4G(RlR2)1/2接近于1，可获得较大的增益。但典型的带宽小于10GHz，在光纤通信中用途不大，只适合于信号处理。
对TWLA，可令Rl＝R2＝0，得到：
式中，L为腔长，

而g0为峰值增益；w0为跃迁频率；T2为横向弛豫时间；Ps为饱和功率。
实际的两端面的反射率Rl＝R2＜10-4，4G(RlR2)1/2 ≈0．04可获得20dB以上的增益，带宽70nm。 ，
由于半导体激光放大器的附加凋瞅与lD的凋瞅正好相反可用于补偿LD的咽瞅，同时也进行了脉冲放大。
（2）半导体激光放大器工作原理

（3）半导体激光放大器的分类：①谐振式（SOA）②行波式
（4）半导体激光放大器的特点
①增益带宽大 ②动态变换波长
③体积小，成本低 ④就有增益饱和性
⑤噪声系数大，损耗大 ⑥适合短距离的传输
2. EDFA
（1）EDFA的结构和原理
EDFA的结构有单向泵浦方式结构，反向泵浦，双向泵浦方式结构。典型的EDFA结构主要由掺铒光纤(EDF)、泵浦光源、耦合器、隔离器等组成。
掺铒光纤是EDFA的核心部件。它以石英光纤作为基质，在纤芯中掺人固体激光工作物质铒离子，在几米至几十米的掺铒光纤内，光与物质相互作用而被放大、增强。光隔离器的作用是抑制光反射，以确保放大器工作稳定，它必须是插入损耗低，与偏振无关，隔离度优于40 dB。
如图为EDFA单向泵浦方式的结构

（2）EDFA的泵浦过程需要使用三能级系统：

在掺铒光纤中注入足够强的泵浦光，就可以将大部分处于基态的Er3+离子抽运到激发态，处于激发态的Er3+离子又迅速无辐射地转移到亚稳态。由于 Er3+离子在亚稳态能级上寿命较长，因此很容易在亚稳态与基态之间形成粒子数反转。当信号光子通过掺铒光纤时，与处于亚稳态的Er3+离子相互作用发生受激辐射效应，产生大量与自身完全相同的光子，这时通过掺铒光纤传输的信号光子迅速增多，产生信号放大作用。Er3+离子处于亚稳态时，除了发生受激辐射和受激吸收以外，还要产生自发辐射(ASE)，它造成EDFA的噪声。
（3）影响EDFA增益的因素
①掺铒光纤的长度，随着掺铒光纤长度的增加，增益经历了从增加到减少的过程
②掺铒光纤本身的损耗，造成信号光中被吸收掉的光子多于受激辐射产生的光子，引起增益下降
③　EDFA的增益还跟输入光的程度、泵浦光功率及光纤中铒离子Er3+的浓度都有关系
（4）EDFA的特点
①增益高，输出功率高
②噪声系数低
③通常工作在1.530—1.566微米波长的光线的损耗量最低
3.拉曼光纤放大器
（1）拉曼光纤放大器原理
光纤拉曼放大器的工作原理是基于石英光纤中的受激拉曼散射效应，在形式上表现为处于泵浦光的拉曼增益带宽内的弱信号与强泵浦光波同时在光纤中传输，从而使弱信号光即得到放大。其工作原理示意图如下：

RFA 中一个入射泵浦光子通过光纤非线性散射转移部分能量，产生低频斯托克斯光子，而剩余能量被介质以分子振动（光学声子） 的形式吸收，完成振动态之间的跃迁。斯托克斯频移Vr=Vp-Vs由分子振动能级决定，其值决定了SRS 的频率范围，其中Vp是泵浦光的频率，Vs是信号光的频率。对非晶态石英光纤来说，其分子振动能级融合在一起，形成了一条能带，因而可在较宽频差Vp-Vs范围（40THz）内通过SRS实现信号光的放大。
（2）拉曼光纤放大器的结构

（3）拉曼光纤放大器的分类：
①集中式FRA ②分布式FRA
（4）拉曼光纤放大器的特点
① 其增益波长由泵浦光决定，只要泵浦光的波长适当，理论上是可以得到任意波长的信号放大。
② EDFA的增益介质为传输光纤本身。
③ 噪声系数低。
④ 适合长距离和海底的传输。
随着科学技术的不断发展和更新，以及波分复用技术的不断成熟，光放大技术也不断趋于完善。目前，光放大技术的主要发展方向和瓶颈在于增益均衡技术和光纤技术，相信在这科学不断发展的纪元里，光放大技术必是有望踏出瓶颈的。

参考文献：
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2） 董天临，谈新权；《光纤通信原理》；1998-4 第一版；65-66页
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5） 龚倩，徐荣，叶晓华等；《高速超长距离传输技术》；2005-5第一版；
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