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掺铒光纤放大器和拉曼光纤放大器分析和比较

摘要：光放大器技术是新一代光纤通信系统中一项必不可少的关键技术，

目前几种主要的光放大器技术在工程应用中各有所长。此文介绍了光放大器技术

的基本原理，并对现有主要几种光放大器技术在性能、应用和发展方向上进行了

比较。

关键词：掺铒光纤放大器；光纤拉曼放大器

0、综述

20世纪90年代以来，Internet的普及发展和各种信息(如语音、图像、数

据等)业务的快速增长，人们对现代通信系统提出了更高的要求。在市场需求的

大力推动下，通信技术取得了长足的进步，其中光纤通信技术脱颖而出，以其高

速优质的特点，一跃成为当今长距离、大容量传输干线的主流技术。但由于光纤

损耗和非线性的影响，无中继传输距离制约系统容量和速率的瓶颈，而中继

放大技术成了光通信领域的关键技术之一。传输系统中的光纤损耗使信号随传输

距离呈指数衰减，极大地限制了通信传输跨距和网络的可扩展性，因此必须在通

信线路上设置中继器对信号进行再生放大。在光放大器没有出现之前，光纤传输

系统普遍采用光－电－光(OEO)的混合中继器，但这种中继方式存在“电子瓶颈”

现象，在很大程度上限制了传输速率的提高，而且价格昂贵、结构复杂。20世

纪80年代出现的光放大器技术具有对光信号进行实时、在线、宽带、高增益、

低噪声、低功耗以及波长、速率和调制方式透明的直接放大功能，是新一代光纤

通信系统中不可缺少的关键技术。此技术既解决了衰减对光网络传输距离的限

制，又开创了1550nm波段的波分复用，从而将使超高速、超大容量、超长距离

的波分复用(WDM)、密集波分复用(DWDM)、全光传输、光孤子传输等成为现实，

是光纤通信发展史上的一个划时代的里程碑（1）。又由于此技术与调制形式和比

特率无关，因而在光纤通信系统中得到了广泛应用。

1、光放大器分类及原理

光放大器(OA)一般由增益介质、泵浦光和输入输出耦合结构组成，其作用就

是对复用后的光信号进行光放大，以延长无中继系统或无再生系统的光缆传输距

离。一个好的光放大器应具有输出功率高、放大带宽宽、噪声系数低、增益谱平

坦等特性。光放大器主要分为光纤型放大器（FA）和半导体放大器（SOA）两大

类，其中光纤型放大器（FA）还可再分为掺稀土光纤放大器和常规光纤放大器，

（2）

具体分类详见图1.仅对掺铒光纤放大器(EDFA)和光纤拉曼放大器(FRA)

本文中，

作以介绍和分析。

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图1光放大器的分类

1、1掺铒光纤放大器（EDFA）的原理

掺铒放大器的工作机理基于受激辐射，这里首先讨论激活介质掺饵石英的能

级图，如图2所示。掺铒光纤中的饵离子（Er3+）所处的能量状态是不能连续取

值的，它只能处在一系列分立的能量状态上，这些能量状态称为能级，掺饵石英

的能级图用3个能级表示。

图2石英光纤中饵离子的能级

饵离子从能级2到能级1的跃迁产生的受激辐射光，其波长范围为

1500~1600nm，这是掺铒光纤放大器能得到广泛应用的原因。当供给激光媒体能

量使其处于激励状态时，即会产生光的受激辐射现象，如果能满足使受激辐射持

续进行的条件，并用输