光纖放大器是在光纖的纖芯中摻入能產(chǎn)生光子的稀土元素,如鉺、鐠、銩、鈮、釹等,通過稀土元素的作用,將激光二極管LD泵浦發(fā)出的光能量轉(zhuǎn)化到信號光上,可實(shí)現(xiàn)對信號光的直接放大,具有實(shí)時(shí)、寬帶、在線、低損耗的全光放大功能。這是光通信發(fā)展史上的一個(gè)重要里程稗,解決了衰減對光網(wǎng)絡(luò)傳輸速率與距離的限制,完全摒棄了基于光－電－光轉(zhuǎn)換的昂貴的中繼增強(qiáng)器,現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于長距離、大容量、高速率的通信系統(tǒng)、接入網(wǎng)、光纖CATV網(wǎng)、軍用系統(tǒng)(雷達(dá)多路數(shù)據(jù)復(fù)接、數(shù)據(jù)傳輸、制導(dǎo)等)領(lǐng)域,作中繼放大、功率放大、前置放大用。

    在國內(nèi),光纖放大器的研制及其規(guī)�；a(chǎn)技術(shù)研究均取得很大進(jìn)展,產(chǎn)品開始實(shí)用化。國外高速發(fā)展的光通信系統(tǒng)促進(jìn)了對新一代光纖放大器的研發(fā),國際上知名的康寧、朗訊、JDS Uniphase、北電網(wǎng)絡(luò)、阿爾卡特、皮雷利、SDL、NTT等公司,在快速增長的EDFA市場上的競爭十分激烈,據(jù)專家估計(jì),到2004年,整個(gè)EDFA市場將從1999年13億美元增長到96億美元,銷售量將以年均43%的速度遞增。

    摻鉺光纖放大器

    摻鉺光纖放大器EDFA利用摻鉺石英光纖EDF非線性效應(yīng),當(dāng)泵浦光輸入到EDF中,使其鉺原子能級升高,高能級電子向低能級躍遷時(shí),向外輻射出光子,有光信號輸入時(shí),輻射光相位和波長會自發(fā)與信號光保持一致,這樣在輸出端可得到不斷被放大的光信號。自英國南安普頓大學(xué)的物理學(xué)家S.B普爾發(fā)現(xiàn)EDF可制作全光放大器,美國貝爾實(shí)驗(yàn)室證實(shí)全光放大器比電子放大器在性能上提高100倍,1994年在系統(tǒng)配置中實(shí)用化以來,其發(fā)展突飛猛進(jìn),目前的技術(shù)開發(fā)和商品化最成熟,常用的C波長EDFA工作在1530  1565nm的光纖損耗最低的窗口,具備超過40dB的高增益,高輸出,對偏振不敏感,無串?dāng)_,低噪聲,可同時(shí)放大多路波長信號,每路波長輸出功率24.5dBm等一系列特性,在一對EDFA之間,光信號傳輸距離已超過100km。其不足是平均增益特性的帶寬只有35nm,僅覆蓋石英單模光纖低損耗窗口的一部分,制約了光纖固有能夠容納的波長信道數(shù)。因此,研制轉(zhuǎn)向L波長EDFA,增加現(xiàn)有EDFA放大帶寬是其研發(fā)的主要方向。

    L波長EDFA可有效增加信號放大帶寬,傳輸大約在1570  1605nm,這個(gè)波長覆蓋了EDF增益曲線的末端,盡管和C波長EDFA所覆蓋增益波峰有差異,但仍可與很多性能先進(jìn)的C波長產(chǎn)品媲美,例如,有較小的輻射和吸收以及較低的平均反轉(zhuǎn)效率,增益波動系數(shù)遠(yuǎn)小于C。兩者基本結(jié)構(gòu)相似,大多數(shù)C波長EDFA的設(shè)計(jì)和制造技術(shù)仍可用于L波長的研制,估計(jì)其發(fā)展將非常快,所存在的EDF較長帶來無源衰減較大,放大雜散輻射功率急劇累積等不足,通過提高其內(nèi)部器件性能,正在改進(jìn)之中。有些色散位移光纖DSF網(wǎng)絡(luò)制造商已先于C而開發(fā)L波長產(chǎn)品,L波長可能成為DSF的主要工作窗口�？祵幑綥波長EDFA增益波動為1.4%,每25dB增益波動0.35dB,比典型C波長的4  6%小,噪聲系數(shù)比C的大1dB,泵浦轉(zhuǎn)換效率PCE低2dB。

    據(jù)報(bào)道,L波長EDFA在若干密集波分復(fù)用DWDM系統(tǒng)中開始使用,批量生產(chǎn)后,兩者價(jià)格將相差不大。多數(shù)情況下,L波長放大器可通過波長分割與復(fù)用技術(shù),一個(gè)模塊一個(gè)模塊地加到現(xiàn)有C波長EDFA上,兩者相結(jié)合開發(fā)雙向光纖放大器拓樸結(jié)構(gòu),網(wǎng)絡(luò)供應(yīng)商能將DWDM傳輸窗口的波寬提高約1倍,即從35nm增加到64nm以上,每一波長提供40  80信道,速率為2.5Gb/s或10Gb/s,潛在總?cè)萘靠蛇_(dá)1000Gb/s。這種設(shè)計(jì)允許用戶根據(jù)需要逐漸升級擴(kuò)容,盡量避免鋪設(shè)新的光纜而增加投入。

    目前,一個(gè)大功率EDFA一般都有三個(gè)或更多的泵浦級,到2004年時(shí),估計(jì)這個(gè)數(shù)目還要翻一番。由于超過8個(gè)泵浦級時(shí)EDFA會變得十分復(fù)雜,期待高能功率芯片在提高光放大功率方面起到更重要的作用。采用多纖芯開發(fā)多芯EDFA,各個(gè)纖芯內(nèi)的光信號均以小信號進(jìn)行放大,從而在較寬的波長范圍內(nèi)獲得接近平坦的增益。開發(fā)摻鉺氟化物光纖放大器EDFFA,放大帶寬75nm,增益18dB,在較寬的頻帶內(nèi)獲得平坦增益,增益偏差??.8dB。在EDF中摻鋁,改變鉺的放大能級分布,擴(kuò)展可放大的頻帶。利用光纖光柵,介質(zhì)多層薄膜濾波器,平面光波導(dǎo)作為光纖放大器的內(nèi)部增益均衡器,對放大光譜的增益偏差進(jìn)行補(bǔ)償,保持平坦的增益譜特性,期待低成本的EDFA在網(wǎng)絡(luò)中發(fā)揮更重要作用。

    光纖喇曼放大器

    光纖喇曼放大器FRA進(jìn)入實(shí)用化研究,喇曼效應(yīng)是所有石英光纖中都有的非線性現(xiàn)象,利用此特性,光纖可制作寬帶放大器,但受激喇曼效應(yīng)的泵浦閾值較高,其研制關(guān)鍵是開發(fā)1.5  2W的高功率、低成本泵浦。朗訊公司展示出一種FRA系統(tǒng)。SDL公司公布出幾個(gè)喇曼泵浦的版本,正準(zhǔn)備將其應(yīng)用在一個(gè)客戶的海底網(wǎng)絡(luò)之中,并在為其他10個(gè)客戶進(jìn)行試驗(yàn),開發(fā)集成了10個(gè)功率800mW的大面積模塊,獲得2W左右功率輸出。FRA只要能得到所需的