光通信系統(tǒng)中的光信號(hào),經(jīng)過(guò)一定距離或者一些功能器件后,引起的損耗必須進(jìn)行功率補(bǔ)償,才能在接收端正確接收。完成這些功率補(bǔ)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(lái)的信號(hào)光轉(zhuǎn)換成電路信號(hào),經(jīng)過(guò)電路處理,再通過(guò)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(lái)發(fā)展的全光放大器,信號(hào)光直接在光波導(dǎo)中放大,不經(jīng)過(guò)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(zhǎng)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(guò)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(zhǎng)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(shí),也給系統(tǒng)帶來(lái)了放大的自發(fā)輻射(ASE)噪聲。降低噪聲的設(shè)計(jì),在近來(lái)高速系統(tǒng)中是一個(gè)迫切的要求。
隨著光通信的發(fā)展,通信容量的增長(zhǎng)是永不停息的追求。近年來(lái),隨400Gbps、Tbps甚至Pbps量級(jí)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(shí),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(gè)放大器并行多路放大的概念,每路也可以再實(shí)現(xiàn)WDM。2012年,有試驗(yàn)報(bào)道,通過(guò)12芯SDM+222波WDM,可以實(shí)現(xiàn)52公里1Pbps的傳輸。
這兩種放大器,目前多是試驗(yàn)階段,還沒有正式商用。
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(diǎn)。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(lái)光放大器行業(yè)的持續(xù)發(fā)展和繁榮。