光放大技术是指不需要进行光—电—光的转换，直接对光信号进行实时、在线、透明放大的技术。其核心器件为光放大器，它是一种
全光放大器，主要由增益介质、输入输出结构等构成，其作用是增强光信号的功率，放大输入的弱光信号。在光纤通信技术中，由传统
的光电混合中继放大器到纯光放大器是一个重大的飞跃。这意味着光电中继器中由于电子响应速度和宽带限制所带来的“电子瓶颈”的
影响将不复存在，利用原有的系统进行高速率信号传输将成为现实。同时，它也使得光通信系统中波分复用技术和密集波分复用技术的
实现成为可能。
摘要：光放大技术是指不需要进行光—电—光的转换，直接对光信号进行实时、在线、透明放大的技术。其核心器件为光放大器，它
是一种全光放大器，主要由增益介质、输入输出结构等构成，其作用是增强光信号的功率，放大输入的弱光信号。在光纤通信技术中，
由传统的光电混合中继放大器到纯光放大器是一个重大的飞跃。这意味着光电中继器中由于电子响应速度和宽带限制所带来的“电子瓶
颈”的影响将不复存在，利用原有的系统进行高速率信号传输将成为现实。同时，它也使得光通信系统中波分复用技术和密集波分复用
技术的实现成为可能。
一、光放大器的基本原理
根据放大所采用的增益介质和放大工作原理的不同，可对放大器做不同的区分。按照采用的增益介质可将光放大器分为两类，一类
是半导体放大器，另一类是光纤放大器。前者的增益介质是半导体晶体材料构成的PN结，后者则是光纤。而在光纤放大器中，根据放
大机理的不同，又可区分为稀土掺杂放大器（如掺铒光纤放大器，）和分布式光纤放大器（如拉曼光纤放大器）等。
二、半导体光放大器
在半导体增益材料中，通过受激发射，可以实现光的放大，这就是半导体光放大器（SOA）的基本原理。对SOA的研究开始于1961年
发明半导体激光器不久，但直到20年后人们才认识到它在光波系统中具有重要的应用前景，由此开始了更为广泛的研究和开发。
SOA主要包括两类：一类由无反射镜面的激光器构成，称之为行波激光器放大器；另一类则由反射镜面、但工作在激光阈值之下的激
光器构成，称作共振激光放大器，其增益理论上可达25-30 dB，噪声小，可用作光接收机的前置放大器。
SOA的优点是能在1300 nm波长区域提供放大，而其他放大器则不行。此外，SOA还可以与其他光子器件和光波导进行单片集成。
SOA用途：信号处理，光子交换，波长交换器等。目前，影响SOA广泛是使用的主要问题：一是增益不够，二是噪声较大，三是增益
具有偏振依赖性，因此除了1300 nm光纤系统之外，它不能作为在线放大器来使用。
三、掺铒光纤放大器
掺铒光纤放大器的增益介质是铒离子，它在光纤制作过程中被掺入纤芯中。其能够放大的机理及信号波长与铒离子的能级分布有关。掺
铒光纤的结构如图，三价的铒离子位于EDF纤芯中央，这将有利于其最大地吸收泵浦及信号能量，以产生最佳的放大效果；纤芯外是外
径为125 um的包层；最外层是外径为250 um的保护层，其折射率略大于包层折射率，因而可将从包层中辐射出的光转移。
图1.掺铒光纤放大器基本原理
光纤通信系统中的光纤放大器之所以大部分采用掺铒光纤放大器，是因为铒元素能在1530-1625 nm范围内提供有用的增益，且石英光
纤在这一波长范围内具有最低的衰减。掺铒光纤产生受激辐射。当用一高功率的泵浦光 λ 注入掺铒光纤时，将铒离子从低能级的基态
E1激发到高能级E3上。Er3+在高能级上的寿命很短，很快即以无辐射跃迁的形式衰减到亚稳态能级E2 上。由于Er3+ 在能级E2 上寿命
较长，在其上的粒子数聚集越来越多，从而在能级E2和E1之间形成粒子数的反转分布。这样，当具有1550 nm波长的光信号λEr通过这
段掺铒光纤时，处于亚稳态能级的粒子即以受激辐射的形式跃迁到基态，并产生和入射光信号光（1550 nm）完全一样的光子，从而
大大增加了信号光中的光子数量，也即实现了信号光在掺铒光纤中输出时不断被放大的功能。因此，利用掺铒光纤即可制成掺铒光纤放
大器EDFA。掺铒光纤纤芯中铒的掺杂浓度取决于光纤放大器的设计要求，通常掺杂浓度在100-1000×10-6 ，且集中在3-6 um的纤芯
中。
结语：光放大器是光纤通信系统中能对光信号进行放大的一种子系统产品。光放大器的原理基本上是基于激光的受激辐射，通过将泵浦
光的能量转变为信号光的能量实现放大作用。光放大器自从1990年代商业化以来已经深刻改变了光纤通信工业的现状。光纤放大器是
光纤通信系统对光信号直接进行放大的光放大器件。在使用光纤的通信系统中，不需将光信号转换为电信号，是直接对光信号进行放大
的一种技术。
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