光纖放大器（Optical Fiber Amplifier，簡寫OFA）是指運用於光纖通信線路中，實現信號放大的一種新型全光放大器。屬於感測器類元件。根據它在光纖線路中的位置和作用，一般分為中繼放大、前置放大和功率放大三種。同傳統的半導體雷射放大器（SOA）相比較，OFA不需要經過光電轉換、電光轉換和信號再生等複雜過程，可直接對信號進行全光放大，具有很好的“透明性”，特別適用於長途光通信的中繼放大。可以說，OFA為實現全光通信奠定了一項技術基礎。
基本介紹
- 中文名：光纖放大器
- 外文名：optical fiberamplifier
- 套用學科：光纖通信技術
簡介,分類,摻稀土OFA,非線性OFA,專利技術,套用市場,發展方向,使用提示,故障解決,注意事項,
簡介
光纖放大器技術就是在光纖的纖芯中摻入能產生雷射的稀土元素，通過雷射器提供的直流光激勵，使通過的光信號得到放大。傳統的光纖傳輸系統是採用光—電—光再生中繼器，這種中繼設備影響系統的穩定性和可靠性，為去掉上述轉換過程，直接在光路上對信號進行放大傳輸，就要用一個全光傳輸型中繼器來代替這種再生中繼器。適用的設備有摻鉺光纖放大器（EDFA）、摻鐠光纖放大器（PDFA）、摻鈮光纖放大器（NDFA）。目前光放大技術主要是採用EDFA。
分類
90年代初期，摻鉺光纖放大器（EDFA）的研製成功，打破了光纖通信傳輸距離受光纖損耗的限制，使全光通信距離延長至幾千公里，給光纖通信帶來了革命性的變化，被譽為光通信發展的一個“里程碑”。那么，究竟什麼是光纖放大器呢？ 根據放大機制不同，OFA可分為兩大類。
摻稀土OFA
製作光纖時，採用特殊工藝，在光纖芯層沉積中摻入極小濃度的稀土元素，如鉺、鐠或銣等離子，可製作出相應的摻鉺、摻鐠或摻銣光纖。光纖中摻雜離子在受到泵浦光激勵後躍遷到亞穩定的高激發態，在信號光誘導下，產生受激輻射，形成對信號光的相干放大。這種OFA實質上是一種特殊的雷射器，它的工作腔是一段摻稀土粒子光纖，泵浦光源一般採用半導體雷射器。
當前光纖通信系統工作在兩個低損耗視窗：1.55μm波段和1.31μm波段。選擇不同的摻雜元素，可使放大器工作在不同視窗。
（1）摻鉺光纖放大器（EDFA）
摻鉺光纖放大器由一段摻鉺光纖和泵浦光源組成，如圖1所示。摻鉺光纖是在石英光纖的纖芯中摻入適量濃度的鉺離子（Er3+），泵浦源的作用是給鉺離子提供能量，將它從低能級“抽運”到高能級，使其具有光學
圖1 摻雜光纖放大器的組成示意圖增益功能。沒有泵浦光作用時，Er3+離子的能量狀態稱為基態；吸收泵浦光能量後，Er3+便處於較高能量狀態，即由基態躍遷到激發態。由於處於該高能態的壽命很短，將迅速過渡到較低的激發態，Er3+處於激發態的壽命長得多，被稱為亞穩態。當Er3+從亞穩激發態躍遷回到基態時，多出來的能量轉變為螢光輻射，輻射光的波長由亞穩態與基態的能級差決定。在1550nm波段上，在泵浦源不斷作用下，處於亞穩激發態的Er3+不斷累積，其數量可超過仍處於基態的離子數。當高能態上的粒子數超過低能態上的粒子數時，達到了粒子數反轉狀態。只有在這種狀態下才可能有光放大作用。如入射光信號的光子能量相當於基態和亞穩態之間的能量差，即其光波長與上述輻射光的波長相同，它將同時引發由基態→亞穩態的吸收躍遷和由亞穩態→基態的發射躍遷，吸收躍遷吸收光能，發射躍遷發射光能，吸收和發射光能的大小各與基態和亞穩態的粒子密度成正比。由於粒子數反轉的緣故，總的效果是發射的光能超過吸收的光能，這就使入射光增強，而得到了光放大。
摻雜光纖放大器的一個重要問題是選擇合適的泵浦源。摻Er3+石英光纖在550、650、810、980和1480nm等處存在吸收光譜帶，原則上都可選為泵浦光波長。但由於980nm和l 480mn光波長的光泵浦效率最高，故多採用。980nm泵浦源選用InGaAs/AlGaAs半導體雷射器，1 480nm泵浦源選用GalnAsP/Inp半導體雷射器，它們的光功率一般為數十至上百亳瓦。採用980nm的泵浦源還有噪聲低的優點，而1 480mn泵浦源由於與信號光波長相近，耦合方便。
光纖通信的另一重要的低損耗視窗是1 300nm波段。摻釹離子（Nd3+）的氯化物玻璃光纖可構成工作於這一波段的摻釹光纖放大器。
光纖放大器要求增益高，工作頻頻寬、噪聲低。摻鉺光纖放大器已實用化，其典型值：小信號增益30dB，頻寬32nm，噪聲係數5dB。
摻鉺光纖放大器是光纖通信技術的一項重大突破，它可免除常規光纖通信技術在中繼站進行光一電一光變換而延長中繼距離，使常規的光纖通信提高到一個新的水平。對推動密集波分復用、頻分復用、光孤子光纖通信、光纖本地網和光纖寬頻綜合業務數據網的發展起著舉足輕重的作用。
（2）摻鐠光纖放大器（PDFA）
PDFA工作在1.31μm波段，已敷設的光纖90%都工作在這一視窗。PDFA對現有光通信線路的升級和擴容有重要的意義。目前已經研製出低噪聲、高增益的PDFA，但是它的泵浦效率不高，工作性能不穩定，增益對溫度敏感，離實用還有一段距離。
非線性OFA
非線性OFA是利用光纖的非線性效應實現對信號光放大的一種雷射放大器。當光纖中光功率密度達到一定閾值時，將產生受激拉曼散射（SRS）或受激布里淵散射（SBS），形成對信號光的相干放大。非線性OFA可相應分為拉曼光纖放大器（SRA）和布里淵光纖放大器（BRA）。目前研製出的SRA尚未商用化。
OFA的研製始於80年代，並在90年代初取得重大突破。在現代光通信系統設計中，如何有效地提高光信號傳輸距離，減少中繼站數目，降低系統成本，一直是人們不斷探索的目標。OFA是解決這一問題的關鍵器件，它的研製和改進在全球範圍內仍方興未艾。
隨著密集波分復用（DWDM）技術、光纖放大技術，包括摻鉺光纖放大器（EDFA）、分布喇曼光纖放大器（DRFA）、半導體放大器（SOA）和光時分復用（OTDM）技術的發展和廣泛套用，光纖通信技術不斷向著更高速率、更大容量的通信系統發展，而先進的光纖製造技術既能保持穩定、可靠的傳輸以及足夠的富餘度，又能滿足光通信對大寬頻的需求，並減少非線性損傷。
專利技術
1、CN00101089.1 增益平化的光纖放大器
2、CN00102134.6 含有增益控制電路的摻鉺光纖放大器
3、CN00118698.1 根據信道數穩定光纖放大器輸出功率的設備和方法
4、CN00118701.5 使用種子光束的長帶光纖放大器
5、CN00125366.2 用於包層泵浦光纖放大器和雷射器的多光束合波分波器
6、CN00803494.X 光纖放大器增益的平坦化
7、CN01101299.4 光纖放大器
8、CN01102975.7 波分復用系統中用於抑制光纖放大器暫態效應的裝置
9、CN01110050.8 增益固定型光纖放大器
10、CN01111399.5 用於光放大器的光纖,光纖放大器和光纖雷射器
11、CN01116610.X 長波段光纖放大器
12、CN01121851.7 光纖放大器、激勵光源模組和光學系統
13、CN01126962.6 自適應智慧型化光纖放大器
14、CN01141272.0 改進的寬頻攙鉺光纖放大器
15、CN01143920.3 放大用光纖和包含它的光纖放大器
16、CN01145384.2 一種摻鉺光纖放大器增益控制裝置
17、CN01218161.7 光纖放大器
18、CN01244678.5 多模摻餌光纖放大器
19、CN01800418.0 利用雙連線埠波長選擇耦合器的光纖放大器
20、CN01810531.9 含有分布和分立式拉曼光纖放大器的放大器系統
21、CN02100850.7 光纖放大器和使用該光纖放大器的光通信系統
22、CN02103451.6 半導體雷射組件、採用它的光纖放大器與光通信系統
23、CN02104782.0 利用泵浦光提高S－頻寬的轉換效率的摻雜銩的光纖放大器
24、CN02112491.4 一種用於摻鉺光纖放大器的模擬增益控制裝置及其方法
25、CN02124992.X 支持單纖雙向光傳輸的光纖放大器連線方法及其裝置
26、CN02130396.7 偏振波保持型光纖放大器和光放大器
27、CN02131442.X 喇曼摻鉺光纖放大器的增益譜均衡的方法
28、CN02131443.8 增益譜可控的喇曼光纖放大器及其控制方法
29、CN02131553.1 色散減小的喇曼光纖放大器
30、CN02134904.5 智慧型化摻鉺光纖放大器
31、CN02136511.3 全波段拉曼光纖放大器
32、CN02136512.1 多波段稀土摻雜光纖放大器
33、CN02136672.1 多稀土摻雜超寬頻光纖放大器
34、CN02145135.4 低噪聲、高增益、高平坦的長波段摻鉺光纖放大器
35、CN02147092.8 與拉曼光纖放大器和半導體光放大器耦合的混合光放大器
36、CN02147746.9 喇曼增益實時動態控制與補償的方法及其喇曼光纖放大器
37、CN02152708.3 寬頻摻餌光纖放大器和波分復用光傳輸系統
38、CN02157822.2 增益平整光纖放大器
39、CN02237118.4 一種摻鉺光纖放大器
40、CN02261388.9 低噪聲、高增益、高平坦的長波段摻鉺光纖放大器
41、CN02279587.1 一種增益平坦的喇曼光纖放大器
42、CN02284355.8 喇曼增益實時動態控制與補償的喇曼光纖放大器
43、CN03111442.3 套用量子相干實現摻鉺光纖放大器增益平坦化的方法
44、CN03114820.4 圓柱形排布的脈衝雙包層光纖放大器
45、CN03116604.0 低噪聲指數增益鉗制摻鉺光纖放大器
46、CN03118554.1 具有對稱曲面反射鏡的包層泵浦光纖雷射器和光纖放大器
47、CN03120173.3 寬頻光纖放大器
48、CN03122222.6 用於光纖放大器的集成雙泵浦組合器
49、CN03128223.7 適合於城域網智慧型型雙通道光纖放大器
50、CN03129580.0 具有動態增益波動控制的拉曼光纖放大器
51、CN03140894.X L波段摻鉺光纖放大器溫度相關增益譜特性的補償方法
52、CN03141899.6 帶狀微片自調Q雙包層光纖放大器
53、CN03142111.3 多波長刺蝟量子點雙包層光纖放大器件
54、CN03145078.4 長波長光纖放大器
55、CN03145128.4 光纖放大器
56、CN03147376.8 一種摻餌光纖放大器EDFA增益控制方法
57、CN03153086.9 具有自動功率控制功能的光纖放大器及自動功率控制方法
58、CN03156729.0 寬頻光纖放大器
59、CN03159572.3 用遺傳算法設計摻鉺光纖及摻鉺光纖放大器
60、CN03228090.4 圓柱形排布的脈衝雙包層光纖放大器
61、CN03255275.0 一種混合型寬頻光纖放大器
62、CN03256077.X 帶狀微片自調Q雙包層光纖放大器
63、CN03277433.8 基於雙程雙向結構的分立式拉曼光纖放大器
64、CN03805598.8 使用壓低型光纖放大器的通信系統和分波段放大裝置
65、CN03810246.3 抽運光纖放大器中的方法和裝置
66、CN03815009.3 半導體雷射器裝置、半導體雷射器模組及光纖放大器
67、CN03815394.7 光纖及採用了光纖的光纖耦合器、摻鉺光纖放大器、光導波路
68、CN89104084.6 光纖放大器
69、CN90106952.3 具有寬頻信號波長的雙芯有源光纖放大器
70、CN90109044.1 一種具有寬激勵頻帶的有源光纖放大器及相關的有源光纖
71、CN90108705.X 具有寬頻信號波長的有源光纖放大器
72、CN91100697.4 具有雙芯部分的寬信號波長帶有源光纖放大器
73、CN93114035.8 帶有雙光柵的光纖放大器
74、CN94116614.7 有效利用泵功率的光纖放大器
75、CN94191377.5 用於波長範圍約1300nm左右的光纖放大器的光波導
76、CN95108476.3 混合光纖放大器
77、CN95191692.0 增益控制光纖放大器
78、CN95214226.0 帶有前置耦合－隔離放大環的級聯光纖放大器
79、CN96191114.X 雙芯光導纖維及製造這種光導纖維、雙芯光纖雷射器和雙芯光纖放大器的工藝方法
80、CN96197531.8 從光纖放大器傳送監測訊息
81、CN96203208.5 分配泵浦級聯光纖放大器
82、CN97101816.2 光纖放大器
83、CN97115418.X 用雙向分劃和激發泵激功率放大傳輸光的摻鉺光纖放大器
84、CN97116141.0 自動跟蹤和濾波發射光波長的鉺攙雜光纖放大器及其方法
85、CN97126130.X 增益平衡光纖放大器
86、CN97126135.0 採用混合抽運光束的反饋型光纖放大器
87、CN97126139.3 光纖放大器
88、CN97180844.9 用於孤立子的分散式光纖放大器
89、CN97193928.4 用於波長復用的光纖放大器
90、CN98102559.5 低噪聲光纖放大器
91、CN98102664.8 帶吸收器的光纖放大器
92、CN98102749.0 實現小信號高增益的光纖放大器
93、CN98103086.6 光纖放大器的封裝裝置
94、CN98117158.3 多信道光纖放大器的增益測量裝置
95、CN98117378.0 多信道三級光纖放大器
96、CN98119908.9 光纖放大器中的雙模擬 數字式自動功率控制裝置
97、CN98124939.6 光纖放大器
98、CN98126022.5 使用同步基準濾光器的光纖放大器
99、CN98802107.2 具有平坦增益曲線的多級光纖放大器
100、CN98802424.1 具有減小的溫度相關增益平滑度失真的光纖放大器
101、CN98802520.5 增益可變的光纖放大器
102、CN99100673.9 高效頻寬加倍及增益整平石英光纖放大器
103、CN99109442.5 適合於長波光信號的鉺攙雜光纖放大器
104、CN99109617.7 使用殘餘抽運光的兩級摻鉺光纖放大器
105、CN99111242.3 長波長光纖放大器
106、CN99118405.X 提高功率轉換效率的長頻帶光纖放大器
107、CN99120853.6 具有高功率轉換效率的並行光纖放大器
108、CN99121614.8 每信道輸出定值功率的波分復用摻鉺光纖放大器及放大法
109、CN99125043.5 對於每條信道具有恆定輸出功率的光纖放大器及放大方法
110、CN99126104.6 光纖放大器及帶光纖放大器的傳輸系統
111、CN99800964.4 摻鉺光纖放大器中有中間級衰減器的增益傾斜控制
112、CN99804148.3 光放大用光纖和光纖放大器
113、CN99804388.5 性能改進的增益平坦的摻鉺光纖放大器
114、CN99804664.7 具有受控增益的光纖放大器
115、CN99804821.6 具有增益平坦濾波器的光纖放大器
116、CN99810977.0 通過雙腔增益控制對摻餌光纖放大器進行增益控制和整形
117、CN99816301.5 用於控制增益平坦度的光纖放大器
118、CN200310103654. 9 寬頻光纖放大器
119、CN200310108304.1 光纖光柵增強的L波段雙通摻鉺光纖放大器
120、CN200310109356.0 喇曼光纖放大器中雙重瑞利散射噪聲的抑制方法
121、CN200310111684.4 用自發輻射光源為輔助泵浦的增益位移型摻銩光纖放大器
122、CN200380104659.1 光纖放大器模組
123、CN200410010985.2 基於啁啾光纖光柵的摻鉺光纖放大器的增益平坦器
124、CN200410013020.9 喇曼光纖放大器泵浦模組
125、CN200410013022.8 喇曼光纖放大器
126、CN200410016347.1 摻鉺光纖放大器增益特性的監控裝置
127、CN200410041335.4 反射型分立式拉曼光纖放大器
128、CN200410053306.X 集中泵浦光纖雷射器和光纖放大器
129、CN200410056638.3 從光纖放大器傳送監測訊息
130、CN200410074686.5 具有光纖放大器的無源光網路
131、CN200410084637.X 可調諧窄線寬啁啾光纖放大器
132、CN200410090103.8 與拉曼光纖放大器和半導體光放大器耦合的混合光放大器
133、CN200420072621.2 喇曼光纖放大器的溫度控制裝置
134、CN200420072622.7 基於折射率引導型光子晶體光纖的分立式喇曼光纖放大器
135、CN200420076637.0 能夠保護光纖端面的喇曼光纖放大器
136、CN200420089577.6 光纖放大器盒
137、CN200480001015.4 光纖雷射器、自發發射光源及光纖放大器
138、CN200480023836.8 具有誤差校正的光纖放大器
139、CN200510016194.5 S波段分立式喇曼光纖放大器
140、CN200510033192.7 一種寬頻光纖放大器
141、CN200510049180.3 納米晶體量子點光纖及光纖放大器
142、CN200510064108.8 光放大用光纖,光纖放大器和光通信系統
143、CN200510075542.6 摻過渡金屬光纖放大器
144、CN200510108724.9 光纖放大器的質量監控
145、CN200510135431.X 可調式光纖放大器與鐳射裝置
146、CN200510136601.6 分離基態模截止可調式光纖放大器與鐳射
147、CN200520130429.9 智慧型化摻鉺光纖放大器
148、CN200610019644.0 高效循環注入包層泵浦光纖放大器
149、CN200610087568.7 一種增益可間隔設定的摻鉺光纖放大器
150、CN200610093071.6 光纖放大器和使用該光纖放大器的光通信系統
151、CN200610097660.1 用於光纖放大器的控制裝置
152、CN200610116368.X 量子點半導體納米材料漸逝波光纖放大器及其製造方法
153、CN200620075080.8 光纖放大器的定位裝置
154、CN200710008569.2 一種高性能的自由空間光纖放大器模組
155、CN200710020497.3 一種矩形多層嵌套的摻雜光子晶體光纖放大器
156、CN200710020498.8 一種同軸層狀喇曼光子晶體光纖放大器
157、CN200710048255.5 時域選通式光纖放大器
158、CN200710051539.X 增益可控多級摻鉺光纖放大器噪聲指數的改善方法
159、CN200710057737.7 用於包層泵浦光纖放大器的光纖合波器
160、CN200710063827.7 一種窄脈衝光纖放大器
套用市場
近年來，隨著信息和通信技術的飛速發展，光纖放大器的研究和發展又進一步擴大了增益頻寬，將光纖通信系統推向了高速率、大容量、長距離方向發展。由於光纖放大器的獨特性能，在DWDM傳輸系統、光纖CATV和光纖接入網中有著廣泛的套用。密集波分復用系統在光纖傳輸系統中已成為技術主流，作為DWDM系統核心器件之一的光纖放大器在其套用中將得到迅速發展，這主要是由於光纖放大器有足夠的增益頻寬，它和WDM技術相結合可迅速簡便地擴大現有光纜系統的通信容量，延長中繼距離。在光纖接入網中，儘管用戶系統的距離較短，但用戶網的分支太多，需要用光纖放大器來提高光信號的功率以補償光分配器造成的光損耗和提高用戶的數量，降低用戶網的建設成本。在光纖CATV系統中，隨著其規模的不斷擴大，其鏈路的傳輸距離不斷增長，光路的傳輸損耗也不斷增加，將光纖放大器套用在光纖CATV系統中不但可提高光功率，補償鏈路的損耗，增加光用戶終端，而且簡化了系統結構，降低了系統成本，加快了光纖CATV的發展。最近，美國CIBC World Market 公司的相關人士對摻鉺光纖放大器（EDFA）、光纖拉曼放大器（FRA）、半導體光放大器（SOA）這三類光放大器的市場狀況分別進行了分析：EDFA從1994年開始商用，現已成為DWDM系統的關鍵器件，且市場正在快速增長，其中Corning、Lucent和JDS Uniphase等許多公司都參和了這一市場的競爭，預計全球EDFA市場將從1999年的13億美元增長到2004年的96億美元，銷售量將以年均43[%]的速度遞增；光纖拉曼放大器近年來備受人們關注，已成為開發的熱點，儘管預計最近一兩年內光纖拉曼放大器還不會在陸地光纜系統中廣泛套用，但其市場規模仍將從1999年的約330萬美元猛增到2004年的7.5億美元；而半導體光放大器（SOA）自應變數子阱材料的SOA研製成功以來，其研製速度和套用開發明顯加快，且SOA市場可望於2001年開始起動，此後會迅速擴大，2004年將達到2億美元的規模。
發展方向
由於超高速率、大容量、長距離光纖通信系統的發展，對作為光纖通信領域的關鍵器件――光纖放大器在功率、頻寬和增益平坦方面提出了新的要求，因此，在未來的光纖通信網路中，光纖放大器的發展方向主要有以下幾個方面：
(1)EDFA從C-Band向L-Band發展；
(2)寬頻譜、大功率的光纖拉曼放大器；
(3)將局部平坦的EDFA和光纖拉曼放大器進行串聯使用，獲得超寬頻的平坦增益放大器；
(4)發展應變補償的無偏振、單片集成、光橫向連線的半導體光放大器光開關；
(5)研發具有動態增益平坦技術的光纖放大器；
使用提示
故障解決
光纖放大器，面板顯示和實際輸出是同步的，如果面板顯示正常，則說明光放大器輸出正常，如果這種情況下測試光放大器時光功率下降或不夠，最大的可能性有以下幾種：
1.光功率計不準，國產的光功率計只能測試光功率輸出較小的設備，不能測試大功率輸出的EDFA，測試光放大器的光功率計必須原裝進口，不能把不準確的儀器當作標準來使用。
2.輸出口的法蘭損壞，這個可能性較小。
3.用戶使用不當，在機器工作時插拔，燒傷光放大器輸出的尾纖頭，造成光放大器輸出功率下降，如發生這種情況，只要重新熔接光放大器的輸出接頭即可。
4.用戶使用的尾纖質量太差，纖芯過長，在插入尾纖後擦傷光放大器的輸出接頭，這個現象是第一次測試是好的，第二次插入再次測試時就光功率下降了，解決這個問題也只要重新熔接光放大器的輸出接頭就可，
5.光源的波長不對，如果1550nm光發射機的波長有偏差，會造成光放大器的輸 出光功率不夠，也會造成面板顯示偏小。
6.輸入光放大器的光功率較小，如果低於標準值時可能會造成光功率變小，同時面板顯示也會變小。
注意事項
1.切勿將光纖輸出口指向人體，尤其是眼睛，以免造成損傷。
2.切勿在通電狀態下進行路由的連線，以免因操作不當造成輸出尾纖端面燒傷。
3.由於產品的輸出功率較大，使用時請關注本機的工作室溫，保持通風良好。
