丁達(dá)華

【摘要】 光纖傳輸已成為當(dāng)今網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)闹饕侄?。其利用光的全反射原理，將信息流加載于調(diào)制光之上，實(shí)現(xiàn)快速遠(yuǎn)距離的信息傳輸。其頻帶寬、損耗低、穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)使其在網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)中取得了主導(dǎo)地位。在光纖技術(shù)發(fā)展的過(guò)程中，光纖放大器技術(shù)有力地推動(dòng)了光纖通信的發(fā)展，在光通信領(lǐng)域具有重要的意義。

【關(guān)鍵詞】 光纖放大器 摻鉺光纖 喇曼光纖

一、光纖放大器

光纖放大器是一種可以直接在光域?qū)π盘?hào)實(shí)施放大的器件。除了穩(wěn)定可靠的工作性能外，它能夠很好地與光纖傳輸中的密集波分復(fù)用系統(tǒng)互相兼容，極大地降低了中繼系統(tǒng)的維護(hù)成本，有力地推動(dòng)了光纖傳輸?shù)膹V泛應(yīng)用。目前的光放大器主要分為兩大類(lèi)：摻鉺光纖放大器和喇曼光纖放大器。

二、摻鉺光纖放大器

2.1 摻鉺光纖放大器工作原理

摻鉺光纖放大器的工作原理與激光類(lèi)似，都是基于原子的受激輻射實(shí)現(xiàn)光放大。摻鉺光纖是在石英光纖中摻雜適量的鉺離子（Er3+）。光纖中鉺離子在泵浦光激勵(lì)下吸收能量，由基態(tài)能帶4I15/2躍遷至較高能帶4I11/2，成為泵浦態(tài)或激發(fā)態(tài)。鉺離子在激發(fā)態(tài)上處于非穩(wěn)定狀態(tài)，壽命較短，很快通過(guò)非輻射躍遷的方式轉(zhuǎn)變?yōu)閬喎€(wěn)態(tài)，其能帶為4I13/2。亞穩(wěn)態(tài)上的鉺例子具有較長(zhǎng)壽命，從而鉺例子在泵浦光作用下能夠在亞穩(wěn)態(tài)上逐漸積累，形成對(duì)基態(tài)的離子數(shù)反轉(zhuǎn)。當(dāng)光信號(hào)通過(guò)光纖時(shí)，亞穩(wěn)態(tài)的鉺離子發(fā)生受激輻射，產(chǎn)生一個(gè)與信號(hào)光子完全相同的光子，從而實(shí)現(xiàn)了信號(hào)光的放大。

一般的摻鉺光纖放大器工作于1550nm波段，該波段為光纖的低損耗窗口。泵浦光波長(zhǎng)為980nm或1480nm。

2.2 摻鉺光纖放大器的結(jié)構(gòu)

摻鉺光纖放大器主要由五部分組成：摻鉺光纖、泵浦源、波分復(fù)用器、光隔離器和光濾波器。摻鉺光纖實(shí)現(xiàn)信號(hào)光的放大；泵浦源為摻鉺光纖提供光放大所需的泵浦能量；波分復(fù)用器將信號(hào)光與泵浦光進(jìn)行合成，注入到摻鉺光纖中；光隔離器使光纖中的光實(shí)現(xiàn)單向傳輸，防止在光纖中產(chǎn)生光震蕩影響正常的工作狀態(tài)；光濾波器的作用是消除因激發(fā)態(tài)鉺例子自發(fā)輻射所產(chǎn)生的光噪聲，提高放大器信噪比。此外還有若干輔助電路對(duì)放大器的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以及工作溫度和功率的控制。

根據(jù)放大器的泵浦光傳輸形式，可以分為三種結(jié)構(gòu)：同向泵浦結(jié)構(gòu)、反向泵浦結(jié)構(gòu)、雙向泵浦結(jié)構(gòu)。

2.3 摻鉺光纖放大器的應(yīng)用

1、基本應(yīng)用形式。摻鉺光纖放大器主要有三種基本應(yīng)用形式：（1）線(xiàn)路放大：將放大器直接插入至光纖傳輸線(xiàn)路中作為中繼器使用，多出現(xiàn)于長(zhǎng)距離的光纖傳輸中。（2）功率放大：將放大器置于光發(fā)射機(jī)之后，以彌補(bǔ)光發(fā)射機(jī)功率的不足。（3）前置放大：將放大器置于光接收機(jī)前端，以提高接收機(jī)靈敏度。

2、波分復(fù)用系統(tǒng)中的應(yīng)用。由于電信號(hào)放大設(shè)備在帶寬上的限制，需要將光信號(hào)解復(fù)用后對(duì)各個(gè)頻率成分分別進(jìn)行信號(hào)放大。故一個(gè)波分復(fù)用系統(tǒng)的中繼設(shè)備包含多個(gè)電信號(hào)放大裝置。摻鉺光纖在波分復(fù)用系統(tǒng)中具有明顯的優(yōu)勢(shì)，其最大的優(yōu)勢(shì)在于：使用一個(gè)摻鉺光纖放大器即可一次性對(duì)復(fù)用系統(tǒng)中各頻率成分光信號(hào)實(shí)現(xiàn)放大。這種工作方式使得中繼設(shè)備的維護(hù)成本大幅下降，且系統(tǒng)可靠性上升，便于維護(hù)，見(jiàn)圖1。

3、有線(xiàn)電視傳輸系統(tǒng)中的應(yīng)用。有線(xiàn)電視傳輸系統(tǒng)中各節(jié)點(diǎn)不僅要求較高的信噪比，還要求較大的最小光接收功率。這種特性使得該網(wǎng)絡(luò)的中繼距離較低，往往只能傳輸十幾公里。同時(shí)網(wǎng)絡(luò)特性要求一個(gè)光發(fā)射機(jī)能夠驅(qū)動(dòng)多個(gè)光節(jié)點(diǎn)進(jìn)行工作。這兩種特性對(duì)光發(fā)射設(shè)備的功率輸出提出了較高的要求。將摻鉺光纖放大器以功率放大方式安置于光發(fā)射機(jī)后端，提高了光接收機(jī)的功率，使得可負(fù)載光節(jié)點(diǎn)數(shù)增加，傳輸距離也隨之上升。

三、喇曼光纖放大器

3.1 喇曼光纖放大器工作原理

喇曼光纖放大器的原理基于喇曼散射。喇曼散射過(guò)程先由泵浦光引發(fā)光纖中的非線(xiàn)性散射，產(chǎn)生低頻的斯托克斯光子，剩余能量以分子振動(dòng)形式吸收，整個(gè)過(guò)程稱(chēng)為受激喇曼散射。受激拉曼散射中，斯托克斯頻移的數(shù)值由分子振動(dòng)能級(jí)決定，其數(shù)值決定了頻率散射范圍。信號(hào)光與泵浦光同時(shí)在光纖中傳輸，當(dāng)信號(hào)光處于泵浦光產(chǎn)生的增益范圍內(nèi)時(shí)，通過(guò)喇曼散射產(chǎn)生光子數(shù)量的增加，從而實(shí)現(xiàn)了光信號(hào)的放大，見(jiàn)圖2。

喇曼光纖放大器相比較于摻鉺光纖放大器，其主要優(yōu)勢(shì)在于可提供放大的頻率范圍極大，可通過(guò)調(diào)節(jié)泵浦光的波長(zhǎng)對(duì)任意波段進(jìn)行寬帶的放大，放大范圍可達(dá)到1270nm至1670nm。

3.2 喇嘛光纖放大器的結(jié)構(gòu)

目前喇曼光纖放大器主要有分布式與分立式兩種類(lèi)型。

分立式喇曼光纖放大器中放大器獨(dú)立于傳輸線(xiàn)路而成為單獨(dú)器件。這種形式要求放大器具有較高的增益，因此多由摻雜鍺含量較高的光纖作為增益介質(zhì)。相比較于同種形式的摻鉺光纖放大器，這種形式的喇曼光纖放大器需要很長(zhǎng)的工作長(zhǎng)度，且增益倍數(shù)有限，多用于摻鉺光纖放大器所無(wú)法工作的波長(zhǎng)信號(hào)放大，見(jiàn)圖3。

分布式喇曼光纖放大器直接以增益介質(zhì)作為傳輸光纖本身，其應(yīng)用前景已逐漸超過(guò)分立式喇曼光纖放大器。

3.3 喇曼光纖放大器的應(yīng)用

1、長(zhǎng)距離通信線(xiàn)路。對(duì)于穿越惡劣自然環(huán)境或其他不便于采用摻鉺光纖放大器的傳輸線(xiàn)路，使用分布式喇曼光纖放大器是較好的選擇。它可以提高兩次中繼之間所允許的線(xiàn)路傳輸損耗，從而擴(kuò)大傳輸距離。目前常用于海底光纜及無(wú)人地帶光纜等。

2、混合式光纖放大器。雖然喇曼光纖放大器具有很大的工作帶寬，但是帶寬中多個(gè)頻率成分的光信號(hào)同時(shí)實(shí)現(xiàn)放大則需要多路泵浦光，這就需要使用泵浦復(fù)用技術(shù)。而泵浦復(fù)用所帶來(lái)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)和高成本阻礙了其在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)傳輸中的應(yīng)用。為此，將摻鉺光纖放大器與喇曼光纖放大器混用可以在減少泵浦光源數(shù)量的前提下實(shí)現(xiàn)較大的工作帶寬，并且實(shí)現(xiàn)較好的增益均衡。

四、總結(jié)與展望

由于超高速率、大容量、長(zhǎng)距離光纖通信系統(tǒng)的發(fā)展，對(duì)作為光纖通信領(lǐng)域的關(guān)鍵器件——光纖放大器在功率、帶寬和增益平坦方面提出了新的要求，因此，在未來(lái)的光纖通信網(wǎng)絡(luò)中，光纖放大器的發(fā)展方向主要有以下幾個(gè)方面：（1）EDFA從C-Band向L-Band發(fā)展；（2）寬頻譜、大功率的光纖拉曼放大器；（3）將局部平坦的EDFA和光纖拉曼放大器進(jìn)行串聯(lián)使用，獲得超寬帶的平坦增益放大器；（4）發(fā)展應(yīng)變補(bǔ)償?shù)臒o(wú)偏振、單片集成、光橫向連接的半導(dǎo)體光放大器光開(kāi)關(guān)；（5）研發(fā)具有動(dòng)態(tài)增益平坦技術(shù)的光纖放大器。

【摘要】 光纖傳輸已成為當(dāng)今網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)闹饕侄?。其利用光的全反射原理，將信息流加載于調(diào)制光之上，實(shí)現(xiàn)快速遠(yuǎn)距離的信息傳輸。其頻帶寬、損耗低、穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)使其在網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)中取得了主導(dǎo)地位。在光纖技術(shù)發(fā)展的過(guò)程中，光纖放大器技術(shù)有力地推動(dòng)了光纖通信的發(fā)展，在光通信領(lǐng)域具有重要的意義。

【關(guān)鍵詞】 光纖放大器 摻鉺光纖 喇曼光纖

一、光纖放大器

光纖放大器是一種可以直接在光域?qū)π盘?hào)實(shí)施放大的器件。除了穩(wěn)定可靠的工作性能外，它能夠很好地與光纖傳輸中的密集波分復(fù)用系統(tǒng)互相兼容，極大地降低了中繼系統(tǒng)的維護(hù)成本，有力地推動(dòng)了光纖傳輸?shù)膹V泛應(yīng)用。目前的光放大器主要分為兩大類(lèi)：摻鉺光纖放大器和喇曼光纖放大器。

二、摻鉺光纖放大器

2.1 摻鉺光纖放大器工作原理

摻鉺光纖放大器的工作原理與激光類(lèi)似，都是基于原子的受激輻射實(shí)現(xiàn)光放大。摻鉺光纖是在石英光纖中摻雜適量的鉺離子（Er3+）。光纖中鉺離子在泵浦光激勵(lì)下吸收能量，由基態(tài)能帶4I15/2躍遷至較高能帶4I11/2，成為泵浦態(tài)或激發(fā)態(tài)。鉺離子在激發(fā)態(tài)上處于非穩(wěn)定狀態(tài)，壽命較短，很快通過(guò)非輻射躍遷的方式轉(zhuǎn)變?yōu)閬喎€(wěn)態(tài)，其能帶為4I13/2。亞穩(wěn)態(tài)上的鉺例子具有較長(zhǎng)壽命，從而鉺例子在泵浦光作用下能夠在亞穩(wěn)態(tài)上逐漸積累，形成對(duì)基態(tài)的離子數(shù)反轉(zhuǎn)。當(dāng)光信號(hào)通過(guò)光纖時(shí)，亞穩(wěn)態(tài)的鉺離子發(fā)生受激輻射，產(chǎn)生一個(gè)與信號(hào)光子完全相同的光子，從而實(shí)現(xiàn)了信號(hào)光的放大。

一般的摻鉺光纖放大器工作于1550nm波段，該波段為光纖的低損耗窗口。泵浦光波長(zhǎng)為980nm或1480nm。

2.2 摻鉺光纖放大器的結(jié)構(gòu)

摻鉺光纖放大器主要由五部分組成：摻鉺光纖、泵浦源、波分復(fù)用器、光隔離器和光濾波器。摻鉺光纖實(shí)現(xiàn)信號(hào)光的放大；泵浦源為摻鉺光纖提供光放大所需的泵浦能量；波分復(fù)用器將信號(hào)光與泵浦光進(jìn)行合成，注入到摻鉺光纖中；光隔離器使光纖中的光實(shí)現(xiàn)單向傳輸，防止在光纖中產(chǎn)生光震蕩影響正常的工作狀態(tài)；光濾波器的作用是消除因激發(fā)態(tài)鉺例子自發(fā)輻射所產(chǎn)生的光噪聲，提高放大器信噪比。此外還有若干輔助電路對(duì)放大器的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以及工作溫度和功率的控制。

根據(jù)放大器的泵浦光傳輸形式，可以分為三種結(jié)構(gòu)：同向泵浦結(jié)構(gòu)、反向泵浦結(jié)構(gòu)、雙向泵浦結(jié)構(gòu)。

2.3 摻鉺光纖放大器的應(yīng)用

1、基本應(yīng)用形式。摻鉺光纖放大器主要有三種基本應(yīng)用形式：（1）線(xiàn)路放大：將放大器直接插入至光纖傳輸線(xiàn)路中作為中繼器使用，多出現(xiàn)于長(zhǎng)距離的光纖傳輸中。（2）功率放大：將放大器置于光發(fā)射機(jī)之后，以彌補(bǔ)光發(fā)射機(jī)功率的不足。（3）前置放大：將放大器置于光接收機(jī)前端，以提高接收機(jī)靈敏度。

2、波分復(fù)用系統(tǒng)中的應(yīng)用。由于電信號(hào)放大設(shè)備在帶寬上的限制，需要將光信號(hào)解復(fù)用后對(duì)各個(gè)頻率成分分別進(jìn)行信號(hào)放大。故一個(gè)波分復(fù)用系統(tǒng)的中繼設(shè)備包含多個(gè)電信號(hào)放大裝置。摻鉺光纖在波分復(fù)用系統(tǒng)中具有明顯的優(yōu)勢(shì)，其最大的優(yōu)勢(shì)在于：使用一個(gè)摻鉺光纖放大器即可一次性對(duì)復(fù)用系統(tǒng)中各頻率成分光信號(hào)實(shí)現(xiàn)放大。這種工作方式使得中繼設(shè)備的維護(hù)成本大幅下降，且系統(tǒng)可靠性上升，便于維護(hù)，見(jiàn)圖1。

3、有線(xiàn)電視傳輸系統(tǒng)中的應(yīng)用。有線(xiàn)電視傳輸系統(tǒng)中各節(jié)點(diǎn)不僅要求較高的信噪比，還要求較大的最小光接收功率。這種特性使得該網(wǎng)絡(luò)的中繼距離較低，往往只能傳輸十幾公里。同時(shí)網(wǎng)絡(luò)特性要求一個(gè)光發(fā)射機(jī)能夠驅(qū)動(dòng)多個(gè)光節(jié)點(diǎn)進(jìn)行工作。這兩種特性對(duì)光發(fā)射設(shè)備的功率輸出提出了較高的要求。將摻鉺光纖放大器以功率放大方式安置于光發(fā)射機(jī)后端，提高了光接收機(jī)的功率，使得可負(fù)載光節(jié)點(diǎn)數(shù)增加，傳輸距離也隨之上升。

三、喇曼光纖放大器

3.1 喇曼光纖放大器工作原理

喇曼光纖放大器的原理基于喇曼散射。喇曼散射過(guò)程先由泵浦光引發(fā)光纖中的非線(xiàn)性散射，產(chǎn)生低頻的斯托克斯光子，剩余能量以分子振動(dòng)形式吸收，整個(gè)過(guò)程稱(chēng)為受激喇曼散射。受激拉曼散射中，斯托克斯頻移的數(shù)值由分子振動(dòng)能級(jí)決定，其數(shù)值決定了頻率散射范圍。信號(hào)光與泵浦光同時(shí)在光纖中傳輸，當(dāng)信號(hào)光處于泵浦光產(chǎn)生的增益范圍內(nèi)時(shí)，通過(guò)喇曼散射產(chǎn)生光子數(shù)量的增加，從而實(shí)現(xiàn)了光信號(hào)的放大，見(jiàn)圖2。

喇曼光纖放大器相比較于摻鉺光纖放大器，其主要優(yōu)勢(shì)在于可提供放大的頻率范圍極大，可通過(guò)調(diào)節(jié)泵浦光的波長(zhǎng)對(duì)任意波段進(jìn)行寬帶的放大，放大范圍可達(dá)到1270nm至1670nm。

3.2 喇嘛光纖放大器的結(jié)構(gòu)

目前喇曼光纖放大器主要有分布式與分立式兩種類(lèi)型。

分立式喇曼光纖放大器中放大器獨(dú)立于傳輸線(xiàn)路而成為單獨(dú)器件。這種形式要求放大器具有較高的增益，因此多由摻雜鍺含量較高的光纖作為增益介質(zhì)。相比較于同種形式的摻鉺光纖放大器，這種形式的喇曼光纖放大器需要很長(zhǎng)的工作長(zhǎng)度，且增益倍數(shù)有限，多用于摻鉺光纖放大器所無(wú)法工作的波長(zhǎng)信號(hào)放大，見(jiàn)圖3。

分布式喇曼光纖放大器直接以增益介質(zhì)作為傳輸光纖本身，其應(yīng)用前景已逐漸超過(guò)分立式喇曼光纖放大器。

3.3 喇曼光纖放大器的應(yīng)用

1、長(zhǎng)距離通信線(xiàn)路。對(duì)于穿越惡劣自然環(huán)境或其他不便于采用摻鉺光纖放大器的傳輸線(xiàn)路，使用分布式喇曼光纖放大器是較好的選擇。它可以提高兩次中繼之間所允許的線(xiàn)路傳輸損耗，從而擴(kuò)大傳輸距離。目前常用于海底光纜及無(wú)人地帶光纜等。

2、混合式光纖放大器。雖然喇曼光纖放大器具有很大的工作帶寬，但是帶寬中多個(gè)頻率成分的光信號(hào)同時(shí)實(shí)現(xiàn)放大則需要多路泵浦光，這就需要使用泵浦復(fù)用技術(shù)。而泵浦復(fù)用所帶來(lái)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)和高成本阻礙了其在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)傳輸中的應(yīng)用。為此，將摻鉺光纖放大器與喇曼光纖放大器混用可以在減少泵浦光源數(shù)量的前提下實(shí)現(xiàn)較大的工作帶寬，并且實(shí)現(xiàn)較好的增益均衡。

四、總結(jié)與展望

由于超高速率、大容量、長(zhǎng)距離光纖通信系統(tǒng)的發(fā)展，對(duì)作為光纖通信領(lǐng)域的關(guān)鍵器件——光纖放大器在功率、帶寬和增益平坦方面提出了新的要求，因此，在未來(lái)的光纖通信網(wǎng)絡(luò)中，光纖放大器的發(fā)展方向主要有以下幾個(gè)方面：（1）EDFA從C-Band向L-Band發(fā)展；（2）寬頻譜、大功率的光纖拉曼放大器；（3）將局部平坦的EDFA和光纖拉曼放大器進(jìn)行串聯(lián)使用，獲得超寬帶的平坦增益放大器；（4）發(fā)展應(yīng)變補(bǔ)償?shù)臒o(wú)偏振、單片集成、光橫向連接的半導(dǎo)體光放大器光開(kāi)關(guān)；（5）研發(fā)具有動(dòng)態(tài)增益平坦技術(shù)的光纖放大器。

【摘要】 光纖傳輸已成為當(dāng)今網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)闹饕侄?。其利用光的全反射原理，將信息流加載于調(diào)制光之上，實(shí)現(xiàn)快速遠(yuǎn)距離的信息傳輸。其頻帶寬、損耗低、穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)使其在網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)中取得了主導(dǎo)地位。在光纖技術(shù)發(fā)展的過(guò)程中，光纖放大器技術(shù)有力地推動(dòng)了光纖通信的發(fā)展，在光通信領(lǐng)域具有重要的意義。

【關(guān)鍵詞】 光纖放大器 摻鉺光纖 喇曼光纖

一、光纖放大器

光纖放大器是一種可以直接在光域?qū)π盘?hào)實(shí)施放大的器件。除了穩(wěn)定可靠的工作性能外，它能夠很好地與光纖傳輸中的密集波分復(fù)用系統(tǒng)互相兼容，極大地降低了中繼系統(tǒng)的維護(hù)成本，有力地推動(dòng)了光纖傳輸?shù)膹V泛應(yīng)用。目前的光放大器主要分為兩大類(lèi)：摻鉺光纖放大器和喇曼光纖放大器。

二、摻鉺光纖放大器

2.1 摻鉺光纖放大器工作原理

摻鉺光纖放大器的工作原理與激光類(lèi)似，都是基于原子的受激輻射實(shí)現(xiàn)光放大。摻鉺光纖是在石英光纖中摻雜適量的鉺離子（Er3+）。光纖中鉺離子在泵浦光激勵(lì)下吸收能量，由基態(tài)能帶4I15/2躍遷至較高能帶4I11/2，成為泵浦態(tài)或激發(fā)態(tài)。鉺離子在激發(fā)態(tài)上處于非穩(wěn)定狀態(tài)，壽命較短，很快通過(guò)非輻射躍遷的方式轉(zhuǎn)變?yōu)閬喎€(wěn)態(tài)，其能帶為4I13/2。亞穩(wěn)態(tài)上的鉺例子具有較長(zhǎng)壽命，從而鉺例子在泵浦光作用下能夠在亞穩(wěn)態(tài)上逐漸積累，形成對(duì)基態(tài)的離子數(shù)反轉(zhuǎn)。當(dāng)光信號(hào)通過(guò)光纖時(shí)，亞穩(wěn)態(tài)的鉺離子發(fā)生受激輻射，產(chǎn)生一個(gè)與信號(hào)光子完全相同的光子，從而實(shí)現(xiàn)了信號(hào)光的放大。

一般的摻鉺光纖放大器工作于1550nm波段，該波段為光纖的低損耗窗口。泵浦光波長(zhǎng)為980nm或1480nm。

2.2 摻鉺光纖放大器的結(jié)構(gòu)

摻鉺光纖放大器主要由五部分組成：摻鉺光纖、泵浦源、波分復(fù)用器、光隔離器和光濾波器。摻鉺光纖實(shí)現(xiàn)信號(hào)光的放大；泵浦源為摻鉺光纖提供光放大所需的泵浦能量；波分復(fù)用器將信號(hào)光與泵浦光進(jìn)行合成，注入到摻鉺光纖中；光隔離器使光纖中的光實(shí)現(xiàn)單向傳輸，防止在光纖中產(chǎn)生光震蕩影響正常的工作狀態(tài)；光濾波器的作用是消除因激發(fā)態(tài)鉺例子自發(fā)輻射所產(chǎn)生的光噪聲，提高放大器信噪比。此外還有若干輔助電路對(duì)放大器的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以及工作溫度和功率的控制。

根據(jù)放大器的泵浦光傳輸形式，可以分為三種結(jié)構(gòu)：同向泵浦結(jié)構(gòu)、反向泵浦結(jié)構(gòu)、雙向泵浦結(jié)構(gòu)。

2.3 摻鉺光纖放大器的應(yīng)用

1、基本應(yīng)用形式。摻鉺光纖放大器主要有三種基本應(yīng)用形式：（1）線(xiàn)路放大：將放大器直接插入至光纖傳輸線(xiàn)路中作為中繼器使用，多出現(xiàn)于長(zhǎng)距離的光纖傳輸中。（2）功率放大：將放大器置于光發(fā)射機(jī)之后，以彌補(bǔ)光發(fā)射機(jī)功率的不足。（3）前置放大：將放大器置于光接收機(jī)前端，以提高接收機(jī)靈敏度。

2、波分復(fù)用系統(tǒng)中的應(yīng)用。由于電信號(hào)放大設(shè)備在帶寬上的限制，需要將光信號(hào)解復(fù)用后對(duì)各個(gè)頻率成分分別進(jìn)行信號(hào)放大。故一個(gè)波分復(fù)用系統(tǒng)的中繼設(shè)備包含多個(gè)電信號(hào)放大裝置。摻鉺光纖在波分復(fù)用系統(tǒng)中具有明顯的優(yōu)勢(shì)，其最大的優(yōu)勢(shì)在于：使用一個(gè)摻鉺光纖放大器即可一次性對(duì)復(fù)用系統(tǒng)中各頻率成分光信號(hào)實(shí)現(xiàn)放大。這種工作方式使得中繼設(shè)備的維護(hù)成本大幅下降，且系統(tǒng)可靠性上升，便于維護(hù)，見(jiàn)圖1。

3、有線(xiàn)電視傳輸系統(tǒng)中的應(yīng)用。有線(xiàn)電視傳輸系統(tǒng)中各節(jié)點(diǎn)不僅要求較高的信噪比，還要求較大的最小光接收功率。這種特性使得該網(wǎng)絡(luò)的中繼距離較低，往往只能傳輸十幾公里。同時(shí)網(wǎng)絡(luò)特性要求一個(gè)光發(fā)射機(jī)能夠驅(qū)動(dòng)多個(gè)光節(jié)點(diǎn)進(jìn)行工作。這兩種特性對(duì)光發(fā)射設(shè)備的功率輸出提出了較高的要求。將摻鉺光纖放大器以功率放大方式安置于光發(fā)射機(jī)后端，提高了光接收機(jī)的功率，使得可負(fù)載光節(jié)點(diǎn)數(shù)增加，傳輸距離也隨之上升。

三、喇曼光纖放大器

3.1 喇曼光纖放大器工作原理

喇曼光纖放大器的原理基于喇曼散射。喇曼散射過(guò)程先由泵浦光引發(fā)光纖中的非線(xiàn)性散射，產(chǎn)生低頻的斯托克斯光子，剩余能量以分子振動(dòng)形式吸收，整個(gè)過(guò)程稱(chēng)為受激喇曼散射。受激拉曼散射中，斯托克斯頻移的數(shù)值由分子振動(dòng)能級(jí)決定，其數(shù)值決定了頻率散射范圍。信號(hào)光與泵浦光同時(shí)在光纖中傳輸，當(dāng)信號(hào)光處于泵浦光產(chǎn)生的增益范圍內(nèi)時(shí)，通過(guò)喇曼散射產(chǎn)生光子數(shù)量的增加，從而實(shí)現(xiàn)了光信號(hào)的放大，見(jiàn)圖2。

喇曼光纖放大器相比較于摻鉺光纖放大器，其主要優(yōu)勢(shì)在于可提供放大的頻率范圍極大，可通過(guò)調(diào)節(jié)泵浦光的波長(zhǎng)對(duì)任意波段進(jìn)行寬帶的放大，放大范圍可達(dá)到1270nm至1670nm。

3.2 喇嘛光纖放大器的結(jié)構(gòu)

目前喇曼光纖放大器主要有分布式與分立式兩種類(lèi)型。

分立式喇曼光纖放大器中放大器獨(dú)立于傳輸線(xiàn)路而成為單獨(dú)器件。這種形式要求放大器具有較高的增益，因此多由摻雜鍺含量較高的光纖作為增益介質(zhì)。相比較于同種形式的摻鉺光纖放大器，這種形式的喇曼光纖放大器需要很長(zhǎng)的工作長(zhǎng)度，且增益倍數(shù)有限，多用于摻鉺光纖放大器所無(wú)法工作的波長(zhǎng)信號(hào)放大，見(jiàn)圖3。

分布式喇曼光纖放大器直接以增益介質(zhì)作為傳輸光纖本身，其應(yīng)用前景已逐漸超過(guò)分立式喇曼光纖放大器。

3.3 喇曼光纖放大器的應(yīng)用

1、長(zhǎng)距離通信線(xiàn)路。對(duì)于穿越惡劣自然環(huán)境或其他不便于采用摻鉺光纖放大器的傳輸線(xiàn)路，使用分布式喇曼光纖放大器是較好的選擇。它可以提高兩次中繼之間所允許的線(xiàn)路傳輸損耗，從而擴(kuò)大傳輸距離。目前常用于海底光纜及無(wú)人地帶光纜等。

2、混合式光纖放大器。雖然喇曼光纖放大器具有很大的工作帶寬，但是帶寬中多個(gè)頻率成分的光信號(hào)同時(shí)實(shí)現(xiàn)放大則需要多路泵浦光，這就需要使用泵浦復(fù)用技術(shù)。而泵浦復(fù)用所帶來(lái)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)和高成本阻礙了其在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)傳輸中的應(yīng)用。為此，將摻鉺光纖放大器與喇曼光纖放大器混用可以在減少泵浦光源數(shù)量的前提下實(shí)現(xiàn)較大的工作帶寬，并且實(shí)現(xiàn)較好的增益均衡。

四、總結(jié)與展望

由于超高速率、大容量、長(zhǎng)距離光纖通信系統(tǒng)的發(fā)展，對(duì)作為光纖通信領(lǐng)域的關(guān)鍵器件——光纖放大器在功率、帶寬和增益平坦方面提出了新的要求，因此，在未來(lái)的光纖通信網(wǎng)絡(luò)中，光纖放大器的發(fā)展方向主要有以下幾個(gè)方面：（1）EDFA從C-Band向L-Band發(fā)展；（2）寬頻譜、大功率的光纖拉曼放大器；（3）將局部平坦的EDFA和光纖拉曼放大器進(jìn)行串聯(lián)使用，獲得超寬帶的平坦增益放大器；（4）發(fā)展應(yīng)變補(bǔ)償?shù)臒o(wú)偏振、單片集成、光橫向連接的半導(dǎo)體光放大器光開(kāi)關(guān)；（5）研發(fā)具有動(dòng)態(tài)增益平坦技術(shù)的光纖放大器。