第六章光纖放大器及其在光纖通訊系統中的應用
光放大器分為光纖放大器和半導體光放大器兩類。光纖放大器(ofa：optical fiber amplifier) 的放大媒質為光纖或摻稀土元素的光纖；而半導體光放大器(soa：
semiconductor optical amplifier)的放大媒質為半導體晶體材料構成的正向偏壓的p-n結。ofa又根據放大機制不同分為摻鉺光纖放大器（edfa：erbium doped fiber amplifier）和喇曼光纖放大器（***：
raman fiber amplifier）兩大類。
光纖放大器（opticalfiberampler，簡寫ofa）是指運用於光纖通訊線路中，實現訊號放大的一種新型全光放大器。同傳統的半導體雷射放大器（soa）相比較，ofa不需要經過光電轉換、電光轉換和訊號再生等複雜過程，可直接對訊號進行全光放大，具有很好的「透明性」，特別適用於長途光通訊的中繼放大。可以說，ofa為實現全光通訊奠定了一項技術基礎。
光纖放大器中主要是摻鉺光纖放大器（edfa）和光纖拉曼放大器（fra）等。
摻鉺光纖放大器
edfa的結構
乙個典型的摻鉺光纖放大器主要由以下幾部分組成:
edfa的工作光路結構
edfa有同（前）向幫浦浦、反（後）向幫浦浦和雙向幫浦浦3種幫浦浦方式，其區別在於訊號光與幫浦浦光的注入方向不同。
edfa的工作光路結構
三種不同結構對訊號輸出功率和雜訊特性有不同的影響。在相同的幫浦浦條件下,採用同向幫浦浦，可獲得較好的雜訊效能；採用反向幫浦浦，可獲得較高的輸出功率；採用雙向幫浦浦,使edfa的增益和雜訊效能都優於單向幫浦浦，適合在長距離傳輸中作功率放大器用,而且放大器效能與輸入訊號方向無關,但耦合損耗較大,並增加了乙個幫浦浦源,使edfa的成本也增加很多。
edfa的放大原理
edfa的放大作用是通過1550nm波段的訊號光在摻鉺光纖中傳輸與er3+離子相互作用產生的。在摻鉺光纖中注入足夠強的幫浦浦光，就可以將大部分處於基態的er3+離子抽運到激發態上，處於激發態的er3+離子又迅速無輻射地轉移到亞穩態上。由於er3+離子在亞穩態上能級壽命較長，因此，很容易在亞穩態與基態之間形成粒子數反轉，即處於亞穩態的er3+粒子數比處於基態的er3+粒子數多。
當訊號光子通過摻鉺光纖，與er3+離子相互作用發生受激輻射效應，產生大量與自身完全相同的光子，這時通過摻鉺光纖傳輸的訊號光子迅速增多，產生訊號放大作用；只有少數處於基態的er3+離子對訊號光子產生受激吸收效應，吸收光子 。
er3+ 能級圖
edfa的基本效能
edfa的基本效能包括增益、輸出功率和雜訊特性這三方面的特性。
(1)增益特性：增益特性表示了光放大器的放大能力，定義為輸出功率和輸入功率之比。edfa的增益大小與多種因素有關，增益一般為15db~40db。
(2)輸出功率特性：edfa的最大輸出功率常3db飽和輸出功率來表示。3db飽和輸出功率是指當飽和增益下降3db時所對應的輸出功率，該引數反映了edfa的最大功率輸出能力，edfa的飽和輸出特性與幫浦浦功率大小、摻鉺光纖長短有關。
幫浦浦光功率越大，3db飽和輸出功率越大；摻鉺光纖長度越長，3db飽和輸出功率也越大。
(3)雜訊特性：edfa的輸出光中，除了有訊號光外，還有被放大的雜訊。edfa的雜訊主要有4種：
訊號光的散粒雜訊；被放大的自發輻射光asede散粒雜訊；自發輻射ase光譜與訊號光之間的差拍雜訊；自發輻射ase光譜間的差拍雜訊。
edfa在wdm系統中的應用
edfa的基本應用形式有三種：線路放大；功率放大；前置放大。下圖為edfa的基本應用形式示意圖。
edfa的基本應用形式
密集波分復用系統在幹線傳輸系統中逐漸成為技術主流。作為dwdm 系統的核心器件之一,edfa 在其中的應用將迅速發展。由於edfa 有足夠的增益頻寬,用在dwdm 系統中可以使光中繼變得十分簡單。
乙個典型的wdm 系統框圖，如下圖所示。
edfa在dwdm系統中的應用
喇曼放大器
1、喇曼工作原理
***的放大原理示意圖
2、 喇曼放大器的特點
3、***的應用
獨立喇曼寬頻放大器：
三波長幫浦浦獨立喇曼放大器結構
***+edfa的混合放大器 ：
edfa+***混合式光放大器結構
儀表放大器
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15放大器失真
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