几种常见的光放大器的比较

几种常见的光放大器的比较

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对几类放大器的认识

在DWＤM系统中,特别是超远距离的传输中,由于不可避免的存在光纤信号功率的损失和衰减，所以补偿是必要的。现在常用的放大器有掺铒光纤放大器(EＤFＡ）,拉曼放大器（ＦRA),半导体激光放大器(SOＡ),光纤参量放大器(ＯPA)。现就这几类放大器的工作原理和特殊情况做一下说明。

1)掺铒光纤放大器(EDＦA）

EDFA（Erbiur Ｄｏpeｄ Fｉber Amplifeｒ)是光纤放大器中具有代表性的一种。由于EDFA工作波长为１５5０nm,与光纤的低损耗波段一致且其技术已比较成熟，所以得到广泛应用。掺铒光纤是EDFＡ的核心原件，它以石英光纤作基质材料,并在其纤芯中掺入一定比例的稀土原素铒离子（Eｒ３+)。当一定的泵浦光注入到掺铒光纤中时,Ｅr3+从低能级被激发到高能级,由于Eｒ3+在高能级上寿命很短，很快以非辐射跃迁形式到较高能级上，并在该能级和低能级间形成粒子数反转分布。由于这两个能级之间的能量差正好等于1550ｎm 光子的能量，所以只能发生１550ｎm光的受激辐射，也只能放大1５50nm的光信号。

EＤFA的组成:

工作原理图:

那么，ＥDFA的输出公路车是如何控制的呢？

一般来说,EＤFA的输出功率与输入信号光强度，铒纤的长度以及泵浦光的强度。

在EＤＦA使用的过程中,一般要控制好EＤFA的平坦增益，那么不平坦的增益和平坦增益有什么区别呢？

平坦的输出增益会使ＥDFA放大的输出功率得到一个稳定的信号增益。

如何控制增益?增益的控制室有2种选择的,一种是掺金属元素,另外一种是GFF定制，所谓的掺金属元素是值得是掺杂金属铝元素。

有上图可以知道，掺铝的金属元素的EDFＡ在增益的控制上明显要比不掺铝的EＤFＡ平坦的多。

需要注意的是:EDFA在放大信号的同时也放大了噪声,而噪声主要来自EDFA的自身受激辐射，是主要的噪声源，也是系统OＳNR劣化的主要原因。

放大器产生的自发辐射噪声功率为：PAＳE ＝-58 + NF + Ｇ（dＢm)

其中NF为光放大器噪声系数（dＢ) 、G为光放大器的增益(dB）

除了放大功率之外,还有几个量也是EDFA中比较重要的，了解他们，有助于在EDFＡ故障中的维护定位：

作电流:也称作偏置电流，其决定着放大板的输出光功率。正常情况下，单板的输出功率不变，工作电流应该维护在一个相对稳定的状态。

制冷电流：制冷电流对应着制冷电路的调节。在放大板上制冷电流对应泵浦激光器的温度，随激光器温度的变化而变化。注意正负号的意义(负值表示加热）。

背光电流:背光电流是放大板的一个性能值,对应于功率检测,通过背光电流的大小可以知道激光器输出功率的大小。一般情况下我们是通过查看背光电流来判断泵浦激光器的好坏。

2）拉曼放大器（FＲA)

工作原理：简单的说就是如果一个弱信号与一强泵浦光波同时在光纤中传输,并使弱信号波

长置于泵浦光的拉曼增益带宽内，弱信号光即可得到放大,这种基于受激拉曼散射机制的光放大器即称为拉曼光纤放大器。

拉曼放大器有三大特点:

其增益波长由泵浦光波长决定，只要泵浦源的波长适当，理论上可得到任意波长的信号放大。

其增益介质为传输光纤本身;这使拉曼光纤放大器可以对光信号进行在线放大,构成分布式放大,实现长距离的无中继传输和远程泵浦。

噪声指数低,这使其与常规EＤFA混合使用时可大大降低系统的噪声指数，增加传输跨距。

拉曼放大器的应用实际上是利用了光纤的非线性效益中的SRＳ，受激拉曼散射，入射光子的能量转移到低频率的光子上,频率下降13.2THZ，当一个频率为ｆ１的光子入射到光纤中,当它的功率足够强,以至发生SRS效应时，它会将自身的能量转移到频率为f1-13.2ＴHz 的光子上,而自身以分子振动的形式消亡。

SRS需要很强的光才能激发,所以拉曼放大器功率都很强而且很危险。

ＦＲＡ的增益曲线：

ＦRＡ放大是在普通光纤中，且没有波段的限制。理论上任何波长都可以放大。

在拉曼放大器中,由于一个泵浦波长放大的范围是有限的,可以根据需要选择多个波长，进行合理叠加,即可得到任意波段的放大。

对于普通的放大而言,如果你想放大的波长频率为ｆ2，则入射的泵浦源选择f2+13.２THｚ即可。

ＥDFＡ和拉曼放大器的输出功率计算：

在EＤFA中,增益G=Pout – Piｎ

但是在FRA中,G为开关增益,其定义及测试与ＥＤFA有所不同:

P1:关闭FRA的泵浦源测试的结果；P2:开启FRA的泵浦源测试的结果。

Gｏn-ofｆ = Ｐ2 –Ｐ1

特别需要注意的是在拉曼放大器中，P1、P2测试的都是输出点的光功率。

ＥDＦA与FRA的简单比较：

有一点需要额外说明的是,就放大而言，EDFA要比FＲＡ要大一些,普遍的FRＡ增益在15ｄb左右,而EDFA根据需要可以增益到27db甚至更高。

３)半导体激光器（SOA)

SOA的放大原理与半导体激光器的工作原理相同,也是利用能级间受激跃迁而出现粒子数反转的现象进行光放大。SOA有两种：一种是将通常的半导体激光器当作光放大器使用,称作F—P半导体激光放大器(ＦPＡ);另一种是在F—Ｐ激光器的两个端面上涂有抗反射膜，消除两端的反射，以获得宽频带、高输出、低噪声。

早在半导体激光器出现时，就开始了对ＳＯA的研究,但由于初期的半导体材料激光放大器偏振灵敏度较高,使得SOA一度沉寂。但近几年来应变量子阱材料的研制成功,克服了偏振敏感的缺点,性能也有许多改进。半导体光放大器的增益可以达到30dB以上，而且在１3１0nm窗口和1５50nm窗口上都能使用。如能使其增益在相应使用波长范围保持平坦，那么它不仅可以作为光放大的一种有益的选择方案,还可促成ｌ31０nｍ窗口WDM系统的实现。SOＡ的优点是:结构简单、体积小,可充分利用现有的半导体激光器技术,制作工艺成