光放大器

增加光信号功率的有源设备

光放大器是光纤通信系统中能对光信号进行放大的一种子系统产品。光放大器的原理基本上是基于激光的受激辐射，通过将泵浦光的能量转变为信号光的能量实现放大作用。光放大器自从1990年代商业化以来已经深刻改变了光纤通信工业的现状。

简介

光放大器就是放大光信号。在此之前，传送信号的放大都是要实现光电变换及电光变换，即O/E/O变换。有了光放大器后就可直接实现光信号放大。光放大器的开发成功及其产业化是光纤通信技术中的一个非常重要的成果，它大大地促进了光复用技术、光孤子通信以及全光网络的发展。

种类

光放大器主要有2种，半导体放大器及光纤放大器。半导体放大器分为谐振式和行波式；光纤放大器分为掺稀土元素光纤放大器和非线性光学放大器。非线性光学放大器分为拉曼（SRA）和布里渊（SBA）光纤放大器。

光纤放大器

就是在光纤中掺杂稀土离子(如铒、镨、铥等)作为激光活性物质。每一种掺杂剂的增益带宽是不同的。掺铒光纤放大器的增益带较宽，覆盖S、C、L频带；掺铥光纤放大器的增益带是S波段；掺镨光纤放大器的增益带在1310nm附近。

拉曼光放大器

则是利用拉曼散射效应制作成的光放大器，即大功率的激光注入光纤后，会发生非线性效应拉曼散射。在不断发生散射的过程中，把能量转交给信号光，从而使信号光得到放大。由此不难理解，拉曼放大是一个分布式的放大过程，即沿整个线路逐渐放大的。其工作带宽可以说是很宽的，几乎不受限制。这种光放大器已开始商品化了，不过相当昂贵。

半导体光放大器

一般是指行波光放大器，工作原理与半导体激光器相类似。其工作带宽是很宽的。但增益幅度稍小一些，制造难度较大。这种光放大器虽然已实用了，但产量很小。

在其传输路径内采用光放大器的一种WDM光传输系统中，用于监视并控制放大器运行并从数据传输中作光谱分离的一个监控信号信道，可以与数据复用。披露了一种放大器的结构，它能随传输系统为增加数据处理能力的升级而升级，例如增加波段内和/或沿反方向的数据传输，但不必断开通过该放大器的准备升级的数据传输路径。这种结构是使用信道分出和插入滤波器来实现的，这些滤波器的配置，要使放大的数据传输路径伸延，通过这些滤波器的分出/插入信道。

申请日： 2000年06月06日

公开日： 2001年04月25日

授权公告日： 2003年12月31日

申请人/专利权人：诺泰尔网络公司

申请人地址：加拿大魁北克

发明设计人：凯文·P·琼斯;罗杰·M·吉布;罗伯特·A·贝克;马丁·P·皮埃特克;马克·E·布雷;巴里·布林泰;詹姆斯·里根;托比·J·雷德;阿伦·A·索海姆;罗伯特·W·基斯;马克·R·海因斯;约瑟夫·芒;奈杰尔·E·乔利;阿伦·鲁宾逊;乔纳森·P·金;西蒙·P·帕里

专利代理机构：中国国际贸易促进委员会专利商标事务所

代理人：蒋世迅

专利类型：发明专利

分类号： G02F1/39

原理

掺铒光纤放大器（Erbium-doped Optical Fiber Amplifier，EDFA）的组成基本上包括了掺铒光纤，泵浦激光器，光合路器几个部分。基于不同的用途，掺铒光纤放大器已经发展出多种不同的结构。

EDFA的放大原理与雷射产生原理类似，光纤中参杂的稀土族元素Er(3+)其亚稳态（meta-stable state）和基态（ground state）的能量差相当于1550nm光子的能量、

当吸收适当波长的泵浦光能量（980nm或1480nm）后，电子会从基态跃迁到能阶较高的激发态（exciting state），接着释放少量能量转移到较稳定的亚稳态、在泵浦光源足够时铒离子的电子会发生居量反转（population reverse），即高能阶的亚稳态比能阶低的基态电子数量多、当适当的光信号通过时，亚稳态电子会发生受激辐射效应，放射出大量同波长光子、但因为存在振动能阶，所以波长不是单一而是一个范围，典型值为1530~1570nm、

历史

最早研究掺铒光纤放大器的是英国南安普敦大学。

光纤放大器的发展方向

由于超高速率、大容量、长距离光纤通信系统的发展，对作为光纤通信领域的关键器件——光纤放大器在功率、带宽和增益平坦方面提出了新的要求，因此，在未来的光纤通信网络中，光纤放大器的发展方向主要有以下几个方面：

(1)EDFA从C-Band向L-Band发展；

(2)宽频谱、大功率的光纤拉曼放大器；

(3)将局部平坦的EDFA与光纤拉曼放大器进行串联使用，获得超宽带的平坦增益放大器；

(4)发展应变补偿的无偏振、单片集成、光横向连接的半导体光放大器光开关；

(5)研发具有动态增益平坦技术的光纤放大器；

(6)小型化、集成化光纤放大器。

随着新材料、新技术的不断突破，光纤放大器在1292~1660nm波长范围内获得带宽为300nm超宽带将不是梦想，Tbit/s DWDM光网络传输系统将一定会实现。

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