光纤放大器是什么？它具有哪些常用类型？

光纤放大器(Optical Fiber Amplifier，简写为OFA)是指运用于光纤通信线路中，实现信号放大的一种新型全光放大器。属于传感器类元件。根据它在光纤线路中的位置和作用，一般分为中继放大、前置放大和功率放大三种。同传统的半导体激光放大器(SOA)相比较，OFA不需要经过光电转换、电光转换和信号再生等复杂过程，可直接对信号进行全光放大，具有很好的"透明性"，特别适用于长途光通信的中继放大。可以说，OFA为实现全光通信奠定了一项技术基础。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。

目前主要有三种类型的光放大器: 掺铒光纤放大器(EDFA)、掺镱光纤放大器(EDWA)和半导体光放大器(SOA)。

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。

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。

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。

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。

光放大器广泛应用于许多领域。在光通信领域, 光放大器被用来增强传输信号, 以克服纤芯损耗引起的信号衰减。同时, 光放大器还可以扩大传统的长距离地球到卫星或基地之间的通信系统所能涵盖的范围和带宽。

此外, 光放大器还在激光器和光纤传感器领域得到了广泛的应用。在激光器中, 光放大器可以帮助产生更高功率的激光信号。在光纤传感器中, 光放大器可以用于对信号进行升级处理。