半导体光放大器在光纤通信中的作用

半导体光放大器在光纤通信中的作用

摘要：

中国现在的的光纤通信产业已经初具规模，光缆、光纤、半导体、光电子器件以及光纤通信系统都已经能够自己生产供应，不用进口。我国光纤通信主要干线已经建成，光纤通信容量达到 Tbps，几乎用不完，因此不要发展光纤通信技术了但由于光纤本身制造属性决定，光纤仍然有较大的发展空间：半导体光放大器，新光纤研制，光子晶体随着宽带业务的发展网络需要扩容等，光纤通信仍有巨大的市场。现在每年光纤通信设备和光缆的销售量是上升的，光纤无论是在通信速率还是在传输容量上都有突破性进展。

光纤通信的价值正在得到社会的广泛认同，在光纤通信系统的组建和维护过程中，半导体光放大器的应用是一个重要的技术要点，应该引起同行业的高度重视和广泛关注。本文立足于光纤通信行业，说明了半导体光放大器在光纤通信中应用的必要性，阐述了光纤通信的特点，通信扩大建设对光纤技术发展的原则性要求，光纤通信新技术在近年研究实验和应用的进展趋向，结合通信技术的具体应用，提出了半导体光放大器在光纤通信中具体应用的要点，希望对提升半导体光放大器的应用水平，扩宽光纤通信中技术的应用空间有所启迪。

关键词：半导体光放大器；光纤通信；通信容量；传输容量；光脉冲；放大；压缩；整形

21 世纪，计算机通信和网络技术必将得到迅速的发展，这为光纤网络的覆盖和扩大提供了客观的前提和需要近些年来，光纤的进步极大程度上促进了科技的发展，并且达到了方便通信加速进步和便利交往的效果，应该利用光纤通信的技术优势和系统优势，以光纤通信的加速作用，推进整个社会和经济的科技化和综合发展进程半导体放大器是光纤通信过程中重要组件和部分，应该坚持半导体光放大器在光纤通信中具体应用的要点，提升半导体光放大器的应用水平，进而促进光纤通信技术的加速发展和应用。

一、光纤通信的特点

光纤通信的容量大，根据理论计算，单根光纤在单方向的通信过程中可以达到 1Tb/s，理论最高值可以达到 10Tb/s，这是其他传输网络所不可及的光纤通信的的距离长，光纤通信的传输过程利用的是光的全反射原理，特别是光纤的介质均匀，适于长距离传输新时期，光纤传输通信信号可以实现陆地海洋的跨越，并不会出现过大的信号损失光纤通信的带宽宽，光纤通信系统中可以利用不同波段的光波来保障不同线路的信息传输，进而提升光纤通信的带宽根据实验室数据和试用经验，色散平坦的单模光纤对于相对应波段的光信号有着区别的传输作用，并且相互之间不易干扰，这在客观上提高了光纤通信的能力光纤可以实现波

分多路传输因此，在光纤通信中，可以通过光纤数量的增加而实现传输路数的倍增，这在信息化智能化数字化发展的今天，无疑是一种加速和促进光纤通信在传输过程中，一般伴有光信号的放大，这会对光信号质量形成保障，在提高光纤通信传输距离的基础上，降低了光信号产生质量下降的可能光纤通信是当前应用通信领域内，信号损耗杂波干扰最小的一种通信方式。

二、通信扩大建设对光纤技术发展的原则性要求

2.1 光纤无拘束地延长至需要的传输距离

光纤之所以被认为是理想传输媒介，理由之一是它每公里的损耗远小于铜线。尤其是单模光纤工作于长波长 1.3Lm和 1.55Lm，损耗低至 0.35 ～0.2dB/km。对于长途光纤通信线路，今后倾向于采用最低损耗波长 1.55Lm 的窗口。传统1.3Lm 光纤线路为了延长传输距离，每隔一段距离需设置再生中继机，使电脉冲得到放大和重新整形，并不让噪声累积。

2.2 分阶段加大光纤承担传输的容量

按照信息业务增长的规律，分阶段加大光纤承担传输的容量。在一根光纤上加大容量的传统办法，是提高调制信号的数字速率，即提高发送激光管输出光载波强度的调制速率。

2.3 已设光纤容量的利用和新设光纤设计的选择

已经埋设光缆中未用的光纤应该发掘利用其潜在容量，而计划新设光缆则应考虑使用适合长距离、大容量传输的新型光纤。事实表明，10a 前埋设的光缆，包含一定数量的常规单模光纤，其零色散波长为 1.3Lm，其中一部分已经实际运用的光纤就是工作于波 1.3Lm。

2.4 加快研究光子器件和光子集成技术

光子器件和光子集成技术关系到整体光纤通信系统的前进步伐，并且对系统的成本起着决定性作用，必须加快积极研究和开发。在光子器件中，以有源器件为主要，特别是激光管，它是光发送机的核心器件。

三、光纤通信新技术近年研究实验和应用的进展趋向

进入 90 年代以来，确实有几项光纤通信新技术的研究与实验得到显著的突破，而且有些已经得到实践证明，发挥了很大作用，为长距离、大容量数字光纤传输系统铺平道路。

3.1 光纤放大器

早期曾经研究过半导体光放大器，取得了一定的结果，能够对光纤通信的工作波长提供一定数量的增益，但效果还不够理想，未能应用于中、长途光纤线路作为沿线每隔一定距离的中间放大器以替代原有的再生中继机。

3.2 密集波分多路

为了充分利用单模光纤在 1.55Lm 或 1.3Lm 窗口的潜在容量，光的波分多路 (WDM) 也即光频分多路 (OFDM) 被认为是妥善有效的方法。即一根光纤在1.55Lm 附近几个互相隔开的不同波长，同时传输 n 路光载波，总的传输速率将是一个光载波传输速率的 n 倍。

3.3 非零色散光纤

在近年对光纤放大和波分多路结合一起进行研究实验的过程中，发现了许多有意义的和急待解决的技术问题。

3.4 高性能光子器件与集成

四、光纤通信中半导体光放大器的作用

半导体光放大器是通信体系之中重要的组成部分，特别是半导体光放大器精确的放大功能可以使光纤通信的质量得到保障，很多骨干通信网络和重点光纤网络都应用半导体光放大器来做信号的放大与加强处理随着光纤通信的容量和带宽的逐步发展，特别是脉冲信号的深入应用，半导体光放大器精度高的优势得以发挥但是，半导体光放大器存在波长资源的限制，导致在光纤通信发展中，半导体光放大器应用出现了障碍，当前波长转换技术的发展促进了半导体光放大器功能的有效开发，这会扩大半导体光放大器的应用空间，使半导体光放大器的功能和潜力得到技术上支持，对光纤通信形成有力支撑。

4.1 光纤通信中半导体光放大器的应用

半导体光放大器具有非线性光学的优势，特别是半导体光放大器在载流子浓度上具有高频率变化的特点，这样可以使半导体光放大器在光纤通信的信号放大环节中得到具体的应用半导体光放大器在理论方面的模拟模型是 A graw al 和O lsson两个人最早提出来的，随着科学技术的继续向前不断发展以及人们对其认识的不断增加，在原有理论模拟模型的基础之上，半导体光放大器在光纤通信光脉冲放大方面的功能将会不断改进完善。

4.2 半导体光放大器的压缩整形作用应用

光脉冲的压缩与整形是光时分复用技术的基础，当光时分复用系统在对其传输速率方面有较高要求的时候，可以通过利用半导体光放大器在宽度上的优势来满足光时分复用系统的要求但是一般情况下，光脉冲信号产生的脉冲是比较宽的，显然在要求较高的时候不能很好达到要求，因此光脉冲压缩与整形技术得到了广泛的关注与应用现阶段，主要利用半导体光放大器这个元件对脉冲宽度进行有效控制当脉冲信号输入到半导体光放大器之后，从半导体光放大器出来的光信号的波长就会变窄，进而满足一定的技术要求，并且经过半导体光放大器出来的光脉冲信号具有很好的对称性，使得光脉冲信号更趋于合理，更加有利于压缩与整形，也更加适应光纤传输的要求。