什么是光放大器？
光放大器相当于一个中继器，在远距离应用中，将光纤内衰减的光信号重新放大。尽管今天的科技使得人们不再需要中继器，但光放大器其实就是中继器的替代版本。
光放大器可以在不进行电和电光转换的情况下，直接将光信号重新放大。最初，光放大器的主要应用是将光纤通信中的信号进行定期放大。随着光放大器的不断发展，市面上已有越来越多可满足顾客不同需求的放大器类型，甚至还有一些高功率光纤放大器被用于激光加工技术。
提示：中继器从本质上讲，是一个封装在一起的接收器和发射器。接收器将输入的光能转换为电能。接收器的电输出端驱动发射器的电输入端。发射器的光输出端输出经放大的光输入信号和噪音。
光放大器的主要类型
掺介质光纤放大器（如：EDFA）
最开始，人们使用的是掺介质光纤放大器。放大器中增益介质的受激发射使输入的光信号得到放大。这类放大器中最常见的就是掺铒光纤放大器（EDFA）。EDFA放大器常用于超远距离的光纤链路，如海底布线系统。它所使用的光纤内部掺有铒元素，是一种用于放大光信号的介质。
泵浦激光器的工作波长小于要被放大的波长。掺介质光纤由激光器泵浦进行能量提升。当光信号通过掺铒光纤时，铒原子将它们的能量传递给信号，从而增强了信号的能量值或强度。有了这一项技术，信号在离开EDFA时的能量值就是它进入时的50倍或提高了17 DB。EDFA还可被串联起来进一步提高信号的增益。两个串联的EDFA放大器可将输入信号的能量值提高34 DB。
原理：一个具有相对高功率的光束通过一个波长选择耦合器与输入信号相结合。输入信号和激发光的波长必须要有很大的不同。混合光被引导至掺有铒离子的光纤当中。这时，高功率光束激发饵离子，使它们处于高能状态。当与泵浦激光束波长不同的信号光子遇到被激发的铒原子时，铒原子将一部分它们的能量传递给信号，然后再回到低能状态。整个过程最重要的一点就是，铒原子以额外光子的形式传递能量，这些光子与被放大的信号一样，具有相同的相位和方向。因此，信号仅在它的传输方向上被放大。这是非常普遍的-当原子被激发时，它总是沿着输入光的方向和相位传递它的能量。因此，所有的额外信号功率在与输入信号相同的光纤模中受到引导。通常，在输出端都会有一个隔离器，用于阻止来自连接光纤处的回光。这一类反射会干扰放大器的操作，并且在极端的情况下，会使放大器变成一个激光器。掺铒放大器是一个高增益的放大器。
半导体光放大器（SOA）
SOA放大器使用半导体作为增益介质。这类放大器与法布里-珀罗激光二极管具有相类似的结构，但它们在断面还具有抗反射的设计元素。最新的设计包括抗反射涂层、斜波导和窗口区域，使断面的反射率降低至0.001%以下。由于腔内功率的损耗大于增益，这使得放大器不会成为一个激光器。
尽管，人们能够想到的制作材料有II-VI等直接带隙半导体，但SOA放大器通常由III-V族化合物半导体制成，如：GAAS/ALGAAS、INP/INGAAS、INP/INGAASP和INP/INALGAAS。这些放大器通常作为光纤尾端器件被用于通信系统，工作波长在0.85 ΜM到1.6 ΜM之间，增益可达到30 DB。
高光学非线性特性使得SOA放大器在全光信号处理上非常具有优势，如：全光交换和波长转换。在光信号处理、波长转换、时钟恢复、信号解复用和模式识别方面，人们对SOA放大器已有过很多的研究。
与EDFA相比：SOA放大器尺寸小并且由电来激发。它比EDFA成本更低，并能与半导体激光器、调制器等进行集成。但是，它的性能仍可与EDFA相比拟。SOA具有更高的噪音、更低的增益、适中的偏振相关性、高非线性特性和快速瞬态响应。SOA的主要优势在于它能够实现非线性操作的所有四种类型：交叉增益调制、交叉相位调制、波长转换和四波混频。SOA还能由低功率激光器触发。这是因为它触发的时间以毫秒计算，或者说高能态的持续时间更短，使得增益需要迅速地响应泵浦或信号功率的变化，并且增益的变化同样会导致相位的变化，使得信号发生变形。这一非线性特性是光通信应用所面临的最严峻的问题。但是，它也有可能在EDFA的不同波长区域内获得增益。
拉曼放大器（如：DRMA）
拉曼光纤放大器，通过带光子的输入光在增益介质的晶格中发生散射，产生与输入光子相同的光子。最常见的一个型号就是分布式多泵拉曼放大器（DMRA）。不过，不像EDFA放大器，这一技术并不使用掺介质的光纤，而使用一个高功率的泵浦激光器。激光器的工作波长为60NM到100NM，比期望得到的信号波长要小。激光信号能量和传输信号的光子耦合在一起，增强了信号的强度。拉曼放大器最主要的优势在于它能够在传输光纤中提供分布式的放大效果，加长了放大器与再生站点之间的距离。
由于介质的非晶态特性，光纤的拉曼增益光谱展示了一个宽而连续的谱带。拉曼增益系数的峰值与泵浦波长成反比。也就是说，拉曼增益的形状具有波长/频率相关性。在拉曼光纤放大器中，当信号和泵浦同时被注射进一根光纤，并且信号被包含在泵浦的拉曼增益区域内时，信号就会被放大。
拉曼增益在每一根光纤中都可以发生，这使得终端升级具有成本效益；增益不具有谐振性，这意味着增益在光纤的全透明区域内均可以发生，从0.3到2ΜM；增益光谱可通过调整泵浦波长来进行定制，如可使用多条泵浦线路来增加光带宽，并且泵浦的分布决定了增益平坦度；相对来说，它是一个带宽大于5 THZ的宽带放大器，并且增益在宽波长范围内具有合理的平坦度。
与EDFA相比，拉曼放大器在低信号功率的情况下，泵浦效率并不高，尽管在这一方面有所不足，但正因为这样，拉曼放大器中才更容易获得稳态增益；拉曼放大器需要更长的增益光纤，不过，将增益和色散补偿相结合可以减小这一劣势，拉曼放大器的第三个不足就是它的响应时间太快，这是产生噪音的一个新的来源，我们会在此后进一步讨论；对于WDM信号通道，有一些关于放大器非线性惩罚的顾虑。
光纤参量放大器（FOPA）
光纤参量放大器根据四波混频效应设计。从量子力学的角度来说，只要在参变作用阶段净能量和动量守恒，一个或多个光波的光子消失，新的光子在不同的频率上产生，那么FWM就会发生。通过石英光纤和一到两个只有几瓦功率的泵浦，我们就能看到几百纳米的带宽。通过改变光纤的零色散波长，就能得到任意的中心波长。获得大幅增益很简单（泵浦功率和光纤长度）。相位敏感型FOPA的噪音实际上能够接近0 DB。波长转换伴随着频谱转换。这是一个非常重要的优势。光纤参量放大器得到两个泵浦光子的增益，然后分别将这两个泵浦光子转变成一个信号光子和一个闲散光子。与其他光放大器的对比见下图。
总结
每一种放大技术都有优势和劣势。需要牢记的是放大器所使用的放大技术。例如，若信号需要放大，但是又不能产生噪音，那么DMRA将会是最佳选择。若信号只需要放大非常小的一个量，那么SOA可能会是最好的选择。
所有这些放大技术都有一个很大的优势：光放大器将同时放大光纤中的所有信号。因此，有可能同时放大多个波长。但是要牢记，功率等级必须受到认真监控，因为放大器可能会饱和，造成不正当的操作。
北亿纤通（WWW.F-TONE.COM）EDFA解决方案
EDFA体积小，功率消耗低，并且易于使用。并且它能够非常方便地建立起所有类型的应用系统，如：内部SDH帧、CATV机顶盒、DWDM系统帧等。北亿纤通（WWW.F-TONE.COM）主要供应EDFA光放大器，包括CATV EDFA、SDH EDFA和DWDM EDFA。这三个型号分别用于CATV、SDH和DWDM网络。
CATV EDFA
CATV放大器越来越受到关注，原因是CATV网络能与多个系统的混合光纤同轴结构共存，特别是前端集中式系统、点到多点光波结构和远距离主干传输系统。对于CATV的设计者而言，最常用的就是树状分布网络，而且系统的效率由用户所投入的成本决定。因此，为了向更多的用户提供服务，用于提高光功率的CATV EDFA可作为原始的发射设备来使用，这样就降低了每毫瓦特发射单元的成本。CATV光放大器可被用来提高发射器的输出功率，并且增长信号的传输距离。它被广泛用于电视信号、数字视频、电话和远距离数据传输。
北亿纤通（WWW.F-TONE.COM）供应具有高输出功率和低噪音的CATV EDFA光放大器（如右图所示），输出功率的范围在13DBM到23DBM之间，以满足针对宽带CATV视频和数据信号到FTTH/FTTP或PON系统视频叠加器大规模配线的高密度解决方案的要求。
北亿纤通（WWW.F-TONE.COM）CATV光放大器的特性
SDH EDFA
SDH放大器是一款安装在数字网络输出终端的设备，用于放大光信号并扩展数字网络的传输距离。专为同步数字体系（SDH）应用设计。（6DB SDH放大器如下图所示）。
北亿纤通（WWW.F-TONE.COM）为多种SDH传输系统供应经济可靠的SDH EDFA光放大器（包括EDFA-BA、EDFA-LA和 EDFA-PA），这些放大器还能用于城域网（MAN）、千兆以太数据网和接入网。
DWDM EDFA
DWDM放大器是DWDM网络的一个关键器件。它使用光监测通道功率调节功能，增加了远距离DWDM通信系统的预算。尽管EDFA的工作带宽只有30NM，DWDM放大器仍可以缩小多个不同波长的光信号，因此它能够非常方便地用于DWDM系统，以为补偿多种光衰减。
有了增益平坦滤波器（GFF），EDFA为DWDM系统提供了稳定的平坦增益。DWDM EDFA在C波段（1528到1603NM）或L波段（1570到1604NM）内工作，可在一个小封装内集成电驱动装置、远程控制电路、温度控制电路和报警电路。DWDM EDFA已配备3个泵浦激光器，以实现DWDM系统所要求的不同输出功率等级，并防止泵浦失效。
北亿纤通（WWW.F-TONE.COM）供应可用于不同通道数（40到80通道）的DWDM EDFA光放大器。这些放大器可在各种DWDM系统中实现高增益、低噪音和高饱和光功率。
