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1、光纤通信的新发展——有关光放大器的发展廖芳才2009级应用物理20094052025摘要:光纤通信就是利用光纤来传输携带信息的光波以达到通信的目的。光纤通信具有通信容量大、传输速率高、使用寿命长,等诸多特点。光纤放大器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。关键字：光纤、光纤通信、光放大器一、引言人类传播信息方式是多种多样的。用光来传递信息也是很早之前就有的。现如今用光纤来传递信息已成为非常重要的信息传递方式。在光纤通信系统中光放大又是一个非常重要的环节。光放大器是可将微弱的光信号直接进行光放大的器件。它的出现使光纤通信技术产
2、生了质的飞跃；它使光波分复用技术，光孤子通信技术迅速成熟并得于商用，同时他为未来的全光通信网奠定了扎实的基础，成为现代和未来光纤通信系统中不可少的重要器件。二、光纤放大器的分类光放大器的开发成功及其产业化是光纤通信技术中的一个非常重要的成果，它大大地促进了光复用技术、光孤子通信以及全光网络的发展。顾名思义，光放大器就是放大光信号。在此之前，传送信号的放大都是要实现光电变换及电光变换，即O/E/O变换。有了光放大器后就可直接实现光信号放大。光放大器主要有3种:光纤放大器、拉曼放大器以及半导体光放大器。光纤放大器就是在光纤中掺杂稀土离子(如铒、镨、铥
3、等)作为激光活性物质。每一种掺杂剂的增益带宽是不同的。掺铒光纤放大器的增益带较宽，覆盖S、C、L频带;7掺铥光纤放大器的增益带是S波段;掺镨光纤放大器的增益带在1310nm附近。而喇曼光放大器则是利用喇曼散射效应制作成的光放大器，即大功率的激光注入光纤后，会发生非线性效应?喇曼散射。在不断发生散射的过程中，把能量转交给信号光，从而使信号光得到放大。由此不难理解，喇曼放大是一个分布式的放大过程，即沿整个线路逐渐放大的。其工作带宽可以说是很宽的，几乎不受限制。这种光放大器已开始商品化了，不过相当昂贵。半导体光放大器(S0A)一般是指行波光放大器，工作
4、原理与半导体激光器相类似。其工作带宽是很宽的。但增益幅度稍小一些，制造难度较大。这种光放大器虽然已实用了，但产量很小。迄今为止的光纤通信系统，为了拓长通信距离都需在通信线路中设置一定数量的中继器，以便使衰减的光信号强度得到补充。而中继器无一例外都是采用光—电—光的转换方式。中继器的这种工作模式带来了不少问题，如使得成本高，系统复杂，可靠性降低等。于是，人们设想，是否用光放大器直接进行光信号放大，以实现全光通信。经过多年的不懈努力，各种各样的光放大器终于问世了。在光通信技术的发展进程中，不断取得新的突破，其中尤以光放大器，特别是掺铒光纤放大器（ED
5、FA）的发明最为激动人心。它使光通信技术产生了革命性的变化：用相对简单价廉的光放大器，代替长距离光纤通信系统中传统使用的复杂昂贵的光—电—光混合式中继器，从而可实现比特率及调制格式的透明传输，升级换代也变得十分容易，尤其是性能十分优秀的EDFA与WDM技术的珠联璧合，奠定了高速大容量WDM光通信系统与网络大规模应用的基础。光放大器主要有两类：光纤光放大器和半导体光放大器。光纤放大器又分为两种，即掺稀土元素的光纤放大器和利用常规光纤的非线性效应（如受激拉曼散射，受激希里渊散射等）的光放大器。半导体光放大器主要是行波半导体激光放大器。2.1半导体光放
6、大器2.1.1半导体光放大器的结构半导体光放大器是一种把发光器件一一半导体激光器结构作为放大装置使用的器件,因为具有能带结构,所以其增益带宽比采用光纤放大器的宽。另外,通过改变所使用的半导体材料的组成可以使波长使用范围超过100nm,7这是半导体光放大器的一个突出特点。半导体光放大器由有源区和无源区构成,有源区为增益区,使用Inp这样的半导体材料制作,与半导体激光器的主要不同之处是SOA带抗反射涂层,以防止放大器端面的反射,排除共振器功效。抗反射涂层就是在端面设置单层或多层介质层。以平面波人射单层介质层时,抗反射膜的条件相对于厚度为1/4波长。实
7、际的放大器,传输光是数微米的点光,可以研究假想波导模严格的无反射条件。去除端面反射影响的另一种方法,也可以采用使端面倾斜的方法和窗结构。把光放大器作为光通信中继放大器使用,入射光的偏振方向是无规则的,最好是偏振波依赖性小的放大器。为了消除这种偏振波依赖性,可以引人运用窄条结构使激活波导光路近似正方形断面形状的方法和施加抗张应力,以增大TM波增益的应变量子阱结构。目前,实现偏振无关半导体光放大器的方法有很多种,如张应变量子阱结构、应变补偿结构、同时采用张应变量子阱和压应变量子阱的混合应变量子阱结构等。2.1.2半导体光放大器的原理半导体光放大器的原
8、理与掺稀土光纤放大器相似但也有不同,其放大特性主要取决于有源层的介质特性和激光腔的特性。它虽也是粒子数反转放大发光但发光的媒介是非平衡载
