1、背景

光通信系統(tǒng)中的光信號，經(jīng)過一定距離或者一些功能器件后，引起的損耗必須進行功率補償，才能在接收端正確接收。完成這些功率補償?shù)钠骷?，就是光放大器。最早的光放大器是光電光（OEO）方式，即接收下來的信號光轉(zhuǎn)換成電路信號，經(jīng)過電路處理，再通過光發(fā)射器發(fā)射出去。這種形式的放大，受電路器件頻帶的制約，放大的功率也不大?，F(xiàn)在波分復(fù)用系統(tǒng)（WDM）中已經(jīng)基本不用OEO 放大，但在在一些低速的短距離傳輸中，還有這種應(yīng)用。后來發(fā)展的全光放大器，信號光直接在光波導(dǎo)中放大，不經(jīng)過電路轉(zhuǎn)換，解決了OEO 電路制約的問題，并且提供寬譜多波放大，在長距離密集波分復(fù)用（DWDM）系統(tǒng)中，得到廣泛應(yīng)用。光放大器經(jīng)過多年的發(fā)展，主要有以下幾類：

（1）反轉(zhuǎn)粒子放大器：摻雜離子光纖放大器，例如摻鉺光纖放大器（EDFA）、摻鐠光纖放大器（PDFA）、摻銩光纖放大器（TDFA）等，半導(dǎo)體光放大器是直接電泵浦的反轉(zhuǎn)粒子放大器；

（2）非線性散射放大器：例如：拉曼放大器、布里淵放大器；

（3）非線性折射放大器：參量放大器；

第一類放大器的放大波段取決于放大介質(zhì)摻雜離子或材料類型，第二類和第三類放大器放大波段取決于泵浦波長和材料類型。

各種類型的光放大器，應(yīng)用于光通信系統(tǒng)的不同應(yīng)用中，主要有應(yīng)用為三類：后置（功率）放大器、線路放大器、前置放大器。這些放大器提供放大的同時，也給系統(tǒng)帶來了放大的自發(fā)輻射（ASE）噪聲。降低噪聲的設(shè)計，在近來高速系統(tǒng)中是一個迫切的要求。

2. 光放大器現(xiàn)狀

光放大器目前的主流是摻鉺光纖放大器（EDFA），摻鉺光纖放大器適合于CBand、 L Band，速率透明、大增益、大帶寬、低噪聲、高功率是使其成為光通信低損耗窗口理想的光放大器。經(jīng)過多年發(fā)展，EDFA 發(fā)展了多種應(yīng)用形式，有單波應(yīng)用、多波應(yīng)用、增益可調(diào)、可重構(gòu)等多種形式；EDFA 的小型化和密集程度也在提高，小型化方面，從 MSA 模塊到 HalfMSA 模塊甚至Micro 模塊，陣列式放大器從4 Array 到 8 Array 甚至 16 Array。各種系統(tǒng)應(yīng)用形式不斷推動了EDFA 行業(yè)的發(fā)展，近年來ROADM 和高速系統(tǒng)的發(fā)展，使小型化、陣列化成為發(fā)展趨勢。拉曼放大器，主要是分布式拉曼放大器（DRA）， 用于長距離傳輸， 傳輸光纖作為放大介質(zhì)，可以在光通信的任意波段進行放大，帶寬大、有效噪聲小，和EDFA 相比，提高了系統(tǒng)的信噪比。經(jīng)過多年發(fā)展，拉曼放大器應(yīng)用也有很多形式，單波、多波、前向、后向、分布式、分立式等。近年來，隨系統(tǒng)速率的提高，對信噪比越來越敏感，系統(tǒng)對放大器的噪聲提出了越來越高的要求，利用DRA 的低噪聲特點，發(fā)展了DRA 和EDFA 的混合放大器。多階分布式拉曼放大器的進一步降低了噪聲，在400Gbps 系統(tǒng)中已經(jīng)有應(yīng)用。

半導(dǎo)體放大器（SOA）是放大器中唯一電泵浦的放大器，可以和很多器件一起實現(xiàn)集成，實現(xiàn)放大、開關(guān)、轉(zhuǎn)換再生等功能。其放大波長范圍寬，可以從0.6um到 1.6um，帶寬也比較寬。不過 SOA 飽和輸出功率小、飽和時多波串?dāng)_、噪聲大、偏振相關(guān)增益大，限制了它的應(yīng)用。近年來，SOA 在PON 上有多種應(yīng)用，用量也逐漸大了起來，不過價格是個問題。

3. 光放大器發(fā)展

隨著光通信的發(fā)展，通信容量的增長是永不停息的追求。近年來， 隨400Gbps、T bps 甚至 P bps 量級的研究，一些不同的光放大器顯露身影。

光參量放大器（OPA），特別是相位敏感放大器（PSA），在 2010 年后相繼出現(xiàn)在一些文章中。PSA 在放大的同時，可以提供0dB 的噪聲極限，是高速系統(tǒng)中理想的放大器。

空分復(fù)用（SDM） 放大器，分為多芯放大和多模放大。這兩種放大，都是單個放大器并行多路放大的概念，每路也可以再實現(xiàn) WDM。2012 年，有試驗報道，通過 12 芯 SDM+222 波 WDM，可以實現(xiàn) 52公里 1Pbps 的傳輸。

這兩種放大器，目前多是試驗階段，還沒有正式商用。

4. 結(jié)論

光通信技術(shù)中，光放大技術(shù)是支撐技術(shù)之一，光放大器技術(shù)隨系統(tǒng)的要求不斷向前發(fā)展。OEO 技術(shù)、摻雜光纖放大器、SOA、拉曼放大器、參量放大器，這些放大器隨不同的系統(tǒng)要求，以各種形式應(yīng)用在不同的系統(tǒng)節(jié)點。隨著信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，適合于不同波段和不同應(yīng)用的放大技術(shù)必將推陳出新，帶來光放大器行業(yè)的持續(xù)發(fā)展和繁榮。