光纖放大器簡介

　　纖放大器技術就是在光纖的纖芯中摻入能產生激光的稀土元素，通過激光器提供的直流光激勵，使通過的光信號得到放大。傳統的光纖傳輸系統是采用光—電—光再生中繼器，這種中繼設備影響系統的穩定性和可靠性，為去掉上述轉換過程，直接在光路上對信號進行放大傳輸，就要用一個全光傳輸型中繼器來代替這種再生中繼器。適用的設備有摻鉺光纖放大器(EDFA)、摻鐠光纖放大器(PDFA)、摻鈮光纖放大器(NDFA)。目前光放大技術主要是采用EDFA。

　　光纖放大器分類

　　摻稀土OFA

　　制作光纖時，采用特殊工藝，在光纖芯層沉積中摻入極小濃度的稀土元素，如鉺、鐠或銣等離子，可制作出相應的摻鉺、摻鐠或摻銣光纖。光纖中摻雜離子在受到泵浦光激勵后躍遷到亞穩定的高激發態，在信號光誘導下，產生受激輻射，形成對信號光的相干放大。這種OFA實質上是一種特殊的激光器，它的工作腔是一段摻稀土粒子光纖，泵浦光源一般采用半導體激光器。

　　當前光纖通信系統工作在兩個低損耗窗口：1.55μm波段和1.31μm波段。選擇不同的摻雜元素，可使放大器工作在不同窗口。

　　(1)摻鉺光纖放大器(EDFA)

　　摻鉺光纖放大器由一段摻鉺光纖和泵浦光源組成，如圖1所示。摻鉺光纖是在石英光纖的纖芯中摻入適量濃度的鉺離子(Er3+)，泵浦源的作用是給鉺離子提供能量，將它從低能級“抽運”到高能級，使其具有光學增益功能。沒有泵浦光作用時，Er3+離子的能量狀態稱為基態;吸收泵浦光能量后，Er3+便處于較高能量狀態，即由基態躍遷到激發態。由于處于該高能態的壽命很短，將迅速過渡到較低的激發態，Er3+處于激發態的壽命長得多，被稱為亞穩態。當Er3+從亞穩激發態躍遷回到基態時，多出來的能量轉變為熒光輻射，輻射光的波長由亞穩態與基態的能級差決定。在1550nm波段上，在泵浦源不斷作用下，處于亞穩激發態的Er3+不斷累積，其數量可超過仍處于基態的離子數。當高能態上的粒子數超過低能態上的粒子數時，達到了粒子數反轉狀態。只有在這種狀態下才可能有光放大作用。如入射光信號的光子能量相當于基態和亞穩態之間的能量差，即其光波長與上述輻射光的波長相同，它將同時引發由基態→亞穩態的吸收躍遷和由亞穩態→基態的發射躍遷，吸收躍遷吸收光能，發射躍遷發射光能，吸收和發射光能的大小各與基態和亞穩態的粒子密度成正比。由于粒子數反轉的緣故，總的效果是發射的光能超過吸收的光能，這就使入射光增強，而得到了光放大。

　　摻雜光纖放大器的一個重要問題是選擇合適的泵浦源。摻Er3+石英光纖在550、650、810、980和1480nm等處存在吸收光譜帶，原則上都可選為泵浦光波長。但由于980nm和l480mn光波長的光泵浦效率最高，故多采用。980nm泵浦源選用InGaAs/AlGaAs半導體激光器，1480nm泵浦源選用GalnAsP/Inp半導體激光器，它們的光功率一般為數十至上百亳瓦。采用980nm的泵浦源還有噪聲低的優點，而1480mn泵浦源由于與信號光波長相近，耦合方便。

　　光纖通信的另一重要的低損耗窗口是1300nm波段。摻釹離子(Nd3+)的氯化物玻璃光纖可構成工作于這一波段的摻釹光纖放大器。

　　光纖放大器要求增益高，工作頻帶寬、噪聲低。摻鉺光纖放大器已實用化，其典型值：小信號增益30dB，帶寬32nm，噪聲系數5dB。

　　摻鉺光纖放大器是光纖通信技術的一項重大突破，它可免除常規光纖通信技術在中繼站進行光一電一光變換而延長中繼距離，使常規的光纖通信提高到一個新的水平。對推動密集波分復用、頻分復用、光孤子光纖通信、光纖本地網和光纖寬帶綜合業務數據網的發展起著舉足輕重的作用。

　　(2)摻鐠光纖放大器(PDFA)PDFA工作在1.31μm波段，已敷設的光纖90%都工作在這一窗口。PDFA對現有光通信線路的升級和擴容有重要的意義。目前已經研制出低噪聲、高增益的PDFA，但是它的泵浦效率不高，工作性能不穩定，增益對溫度敏感，離實用還有一段距離。

　　非線性OFA

　　非線性OFA是利用光纖的非線性效應實現對信號光放大的一種激光放大器。當光纖中光功率密度達到一定閾值時，將產生受激拉曼散射(SRS)或受激布里淵散射(SBS)，形成對信號光的相干放大。非線性OFA可相應分為拉曼光纖放大器(SRA)和布里淵光纖放大器(BRA)。目前研制出的SRA尚未商用化。

　　OFA的研制始于80年代，并在90年代初取得重大突破。在現代光通信系統設計中，如何有效地提高光信號傳輸距離，減少中繼站數目，降低系統成本，一直是人們不斷探索的目標。OFA是解決這一問題的關鍵器件，它的研制和改進在全球范圍內仍方興未艾。

　　隨著密集波分復用(DWDM)技術、光纖放大技術，包括摻鉺光纖放大器(EDFA)、分布喇曼光纖放大器(DRFA)、半導體放大器(SOA)和光時分復用(OTDM)技術的發展和廣泛應用，光纖通信技術不斷向著更高速率、更大容量的通信系統發展，而先進的光纖制造技術既能保持穩定、可靠的傳輸以及足夠的富余度，又能滿足光通信對大寬帶的需求，并減少非線性損傷。

　　光纖放大器使用提示

　　故障解決

　　光纖放大器，面板顯示和實際輸出是同步的，如果面板顯示正常，則說明光放大器輸出正常，如果這種情況下測試光放大器時光功率下降或不夠，最大的可能性有以下幾種：

　　1.光功率計不準，國產的光功率計只能測試光功率輸出較小的設備，不能測試大功率輸出的EDFA，測試光放大器的光功率計必須原裝進口，不能把不準確的儀器當作標準來使用。

　　2.輸出口的法蘭損壞，這個可能性較小。

　　3.用戶使用不當，在機器工作時插拔，燒傷光放大器輸出的尾纖頭，造成光放大器輸出功率下降，如發生這種情況，只要重新熔接光放大器的輸出接頭即可。

　　4.用戶使用的尾纖質量太差，纖芯過長，在插入尾纖后擦傷光放大器的輸出接頭，這個現象是第一次測試是好的，第二次插入再次測試時就光功率下降了，解決這個問題也只要重新熔接光放大器的輸出接頭就可，

　　5.光源的波長不對，如果1550nm光發射機的波長有偏差，會造成光放大器的輸出光功率不夠，也會造成面板顯示偏小。

　　6.輸入光放大器的光功率較小，如果低于標準值時可能會造成光功率變小，同時面板顯示也會變小。

　　注意事項

　　1.切勿將光纖輸出口指向人體，尤其是眼睛，以免造成損傷。

　　2.切勿在通電狀態下進行路由的連接，以免因操作不當造成輸出尾纖端面燒傷。

　　3.由于產品的輸出功率較大，使用時請關注本機的工作室溫，保持通風良好。

　　歐姆龍光纖放大器調試方法