光纤放大器/edfa,光纤放大器/edfa的原理和分类
光纤放大器分类
光放大器主要有三类：
(1)半导体光放大器(soa，semiconductoropticalamplifier);
(2)掺稀土元素(铒er、铥tm、镨pr、铷nd等)的光纤放大器，主要是掺铒光纤放大器(edfa)，还有掺铥光纤放大器〔tdfa)及掺镨光纤放大器(pdfa)等;
(3)非线性光纤放大器，主要是光纤喇曼放大器(fra，fiberramanamplifier)。这些光放大器的主要性能比较见表
edfa(掺铒光纤放大器)
石英光纤掺稀土元素(如nd、er、pr、tm等)后可构成多能级的激光系统，在泵浦光作用下使输入信号光直接放大.提供合适的反馈后则构成光纤激光器。掺nd光纤放大器的工作波长为1060nm及1330nm，由于偏离光纤通信最佳宿口及其他一些原因，其发展及应用受到限制。edfa及pdfa的工作波长分别处于光纤通信的最低损耗(1550nm)及零色散波长(1300nm)窗口，tdfa工作在s波段，都非常适合于光纤通信系统应用。尤其是edfa，发展最为迅速，已实用化。
edfa的原理
edfa的基本结构如图1(a)所示，它主要由有源媒质(几十米左右长的掺饵石英光纤，芯径3-5微米，掺杂浓度(25-1000)x10-6)、泵浦光源(990或1480nmld)、光耦合器及光隔离器等组成。信号光与泵浦光在铒光纤内可以在同一方向(同向泵浦)、相反方向(反向泵浦)或两个方向(双向泵浦)传播。当信号光与泵光同时注入到铒光纤中时，铒离子在泵光作用下激发到高能级上(图1(b)，三能级系统)，并很快衰变到亚稳态能级上，在入射信号光作用下回到基态时发射对应于信号光的光子，使信号得到放大。图1(c)为其放大的自发发射(ase)谱，带宽很大(达20-40nm)，且有两个峰值，分别对应于1530nm和1550nm。
edfa的主要优点是增益高、带宽大、输出功率高、泵浦效率高、插入损耗低、对偏振态不敏感等。
光放大器存在的问题
尽管光放大器(尤其是edfa)有许多突出的优点，但它也不是一个理想的放大器。除了附加噪声使信号的snr下降外，还有一些其他的不足，如：
放大器带宽内增益谱不平坦影响多信道放大性能;
光放大器级联应用时，ase噪声、光纤色散及非线性效应的影响会累积。
这些问题在应用及系统设计中必须考虑。
光放大器在光纤通信系统中的应用
在光纤通信系统中，光放大器既可作为发送机的功率提升放大器以提高发送功率，也可作为接收机的前置放大器以提高接收灵敏皮，亦可代替传统的光电子瓶须的限制，只要更换两端的发送接收设备，就很容易从低速率提升到高速率，光放大器不必更换。
2)光放大器在光纤分配网中的应用
光放大器(尤其是edfa)的高功率输出优势，在宽带分配网(如catv网)中非常有用。传统的catv网采用同轴电缆、每隔几百米就要放大，网的服务半径约7km。采用光放大器的光纤catv网，不但可大大增加分配用户数，网径亦可大大扩大。最近发展表明，光纤/同抽电缆混合式(hfc)的分配闷取两者的长处，具有很强的竞争力。
图3为am-vsb调制35路tv的光纤分配网例子。发送机光源为dfb-ld，波长1550nm，输出功率3.3dbm。采用4级edfa作为功率分配放大器，其输入功率为-6dbm左右，输出功率约13dbm。光接收机灵敏度-9.2dbm。经过4级分配，总的用户数达420万户，网径大于数十公里。测试的加权信噪比大于45db，且edfa没有引起cso的降低。
