焦點(diǎn)訊息：傳輸網(wǎng)中的加油站了解下
加油站作為車輛能量的補(bǔ)給站，決定了我們可以走多遠(yuǎn)。
(資料圖片)
同樣，光傳輸網(wǎng)中要想光信號(hào)能夠進(jìn)行長(zhǎng)距離傳輸，“加油站”也至關(guān)重要。光傳輸網(wǎng)中扮演加油站角色的就是光放大器了。光放大器的出現(xiàn)和發(fā)展克服了高速長(zhǎng)距離傳輸?shù)淖畲笳系K —— 光功率受限，這是光通信史上的重要里程碑。
什么是光放大器
光放大器是一種不需要經(jīng)過(guò)光-電-光變換而直接對(duì)光信號(hào)進(jìn)行放大的有源器件。光放大器的作用是提升衰減的光信號(hào)、延長(zhǎng)傳輸距離。相比于再生器需要光-電-光轉(zhuǎn)換才能進(jìn)行信號(hào)放大，且只能對(duì)單個(gè)波長(zhǎng)進(jìn)行放大，光放大器對(duì)光信號(hào)直接放大，實(shí)現(xiàn)全光傳輸，并且可以實(shí)現(xiàn)全波道光信號(hào)同時(shí)放大。
光放大器分為半導(dǎo)體光放大器和光纖放大器。半導(dǎo)體光放大器，顧名思義是由半導(dǎo)體材料制成的放大器，由于其與光纖耦合損耗大并且噪聲較大，目前已經(jīng)很少使用，所以我們重點(diǎn)說(shuō)說(shuō)光纖放大器。光纖放大器又分為摻稀土元素光纖放大器和非線性光學(xué)放大器。摻稀土元素光纖放大器是通過(guò)在光纖纖芯中摻入稀土元素構(gòu)成的放大器，最常用的是摻鉺光纖放大器。非線性光學(xué)放大器是利用光纖的非線性效應(yīng)制成的放大器，最常用的是拉曼放大器。
接下來(lái)我們就以摻鉺光纖放大器和拉曼放大器為代表了解下光纖放大器的工作原理、特點(diǎn)和應(yīng)用。
摻鉺光纖放大器
EDFA（Erbium Doped Fiber Application Amplifier，摻鉺光纖放大器）是一種在光纖纖芯中摻入鉺元素構(gòu)成的放大器。EDFA 基本組成包括：泵浦激光器、耦合器、摻鉺光纖和光隔離器。
泵浦激光器：產(chǎn)生泵浦光，工作波長(zhǎng)為 980 nm 或 1480 nm。
耦合器：將輸入光信號(hào)和泵浦光合并到一起輸入到摻鉺光纖中。
摻鉺光纖：在泵浦光的激勵(lì)下，可對(duì)在其中傳輸?shù)墓庑盘?hào)進(jìn)行放大。
光隔離器：防止反射光影響光放大器的工作穩(wěn)定性，保證光信號(hào)只能正向傳輸。
那么信號(hào)到底是怎么被放大的呢？我們來(lái)從摻鉺光纖中找找答案吧。
摻鉺光纖中處于 N1 基態(tài)（低能量狀態(tài)）的鉺離子受到泵浦激光器發(fā)出的泵浦光刺激后，吸收泵浦光能量從 N1 基態(tài)變?yōu)?N3 高能態(tài)。
由于 N3 高能態(tài)不穩(wěn)定，鉺離子會(huì)自發(fā)地變?yōu)?N2 亞穩(wěn)態(tài)（相對(duì)穩(wěn)定）。
處于 N2 亞穩(wěn)態(tài)的鉺離子受到 1550 nm 光信號(hào)刺激，受激輻射回到 N1 基態(tài)，在該過(guò)程中鉺離子釋放能量，能量轉(zhuǎn)化為光信號(hào)的光功率，使光信號(hào)得以放大。
注意：N2 亞穩(wěn)態(tài)的鉺離子除了通過(guò)上述講的受激輻射方式回到 N1 基態(tài)外，還會(huì)自發(fā)地躍遷到 N1 基態(tài)，從而產(chǎn)生自發(fā)輻射噪聲，影響系統(tǒng)信噪比。
從上面的放大過(guò)程中可以看出摻鉺光纖放大器有以下四個(gè)特點(diǎn)：
根據(jù)摻鉺光纖放大器在系統(tǒng)中的位置和作用，可以有 OBA、OLA 和 OPA 三種應(yīng)用方式。
拉曼光纖放大器
拉曼放大器由泵浦激光器和耦合器組成，泵浦激光器和耦合器的作用與摻鉺光纖放大器相同。需要注意的是，拉曼放大器光信號(hào)的放大過(guò)程是在傳輸光纖中完成的，這點(diǎn)與 EDFA 放大器不同。按照泵浦光傳輸方向與光信號(hào)傳輸方向的關(guān)系，拉曼放大器分為前向拉曼放大器和后向拉曼放大器。
那么拉曼放大器是怎么實(shí)現(xiàn)信號(hào)放大的呢？
拉曼放大器基于受激拉曼散射，以傳輸光纖作為增益介質(zhì)，通過(guò)將強(qiáng)泵浦光功率轉(zhuǎn)移到信號(hào)光上實(shí)現(xiàn)信號(hào)光的放大
受激拉曼散射的基本原理為：如果一個(gè)弱信號(hào)光與一個(gè)強(qiáng)泵浦光同時(shí)在一根光纖中傳輸，并且弱信號(hào)光的波長(zhǎng)在強(qiáng)泵浦光的拉曼增益帶寬內(nèi)，則強(qiáng)泵浦光的能量通過(guò)受激拉曼散射耦合到光纖硅材料的振蕩模中，然后又以較長(zhǎng)的波長(zhǎng)發(fā)射，該波長(zhǎng)就是信號(hào)光的波長(zhǎng)，從而使弱信號(hào)光得到放大，獲得拉曼增益。
拉曼放大器有以下四個(gè)特點(diǎn)：
拉曼放大器在傳輸系統(tǒng)中是怎么應(yīng)用的呢？前向拉曼放大器應(yīng)用于發(fā)送端，后向拉曼放大器應(yīng)用于接收端。
摻鉺光纖放大器 VS 拉曼光纖放大器
摻鉺光纖放大器和拉曼放大器的區(qū)別如下表所示。
由于摻鉺光纖放大器和拉曼放大器各有優(yōu)缺點(diǎn)，一般將摻鉺光纖放大器和拉曼放大器配合使用，這樣即可得到較高的增益，又可以有效降低系統(tǒng)總噪聲，提高系統(tǒng)信噪比，從而延長(zhǎng)傳輸距離。
好了，光放大器的介紹就到這里啦~
在這個(gè)信息交互越來(lái)越頻繁的時(shí)代，光放大器作為傳輸網(wǎng)中的加油站，是信息傳遞途中的能量補(bǔ)給者，保障我們的信息能夠順利地傳遞到目的地，無(wú)論目的地在山的那邊還是海的那邊……
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標(biāo)簽： 光纖放大器
