2024年6月15日发(作者：普又柔)
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半导体光放大器(SOA)
SOA的放大原理与半导体激光器的工作原理相同，也是利用能级间受激跃迁而出现粒子数反
转的现象进行光放大。SOA有两种：一种是将通常的半导体激光器当作光放大器使用，称作
F—P半导体激光放大器(FPA)；另一种是在F—P激光器的两个端面上涂有抗反射膜，消除
两端的反射，以获得宽频带、高输出、低噪声。
早在半导体激光器出现时，就开始了对SOA的研究，但由于初期的半导体材料激光放大器
偏振灵敏度较高，使得SOA一度沉寂。但近几年来应变量子阱材料的研制成功，克服了偏
振敏感的缺点，性能也有许多改进。半导体光放大器的增益可以达到30dB以上，而且在
1310nm窗口和1550nm窗口上都能使用。如能使其增益在相应使用波长范围保持平坦，那
么它不仅可以作为光放大的一种有益的选择方案，还可促成l310nm窗口WDM系统的实现。
SOA的优点是：结构简单、体积小，可充分利用现有的半导体激光器技术，制作工艺成熟，
成本低、寿命长、功耗小，且便于与其他光器件进行集成。另外，其工作波段可覆盖l.3～1．6
／μm波段，这是EDFA或PDFA所无法实现的。但最大的弱点是与光纤的耦合损耗太大，
噪声及串扰较大且易受环境温度影响，因此稳定性较差。SOA除了可用于光放大外，还可以
作为光开关和波长变换器。
2．拉曼光纤放大器 拉曼放大技术是采用受激拉曼散射(SRS)这种非线性效应来进行放大的。
石英光纤具有很宽的受激拉曼散射增益谱，并在13THz附近有一较宽的主峰。如果一个弱信
号与一强泵浦光波同时在光纤中传输，并使弱信号波长置于泵浦光的拉曼增益带宽内，弱信
号光即可得到放大，这种基于受激拉曼散射机制的光放大器即称为拉曼光纤放大器。
(1)拉曼光纤放大器的类型 拉曼光纤放大器有两种类型：一种是集总式拉曼光纤放大器；另
一种是分布式拉曼放大器。 集总式拉曼光纤放大器所用的光纤增益介质比较短，一般在几
km，泵浦功率要求很高，一般为几W左右，可产生40dB以上的高增益，可作为功率放大
精品资料
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器，放大EDFA所无法放大的波段。 分布式拉曼放大器所用的光纤比较长，一般为几十km，
泵源功率可降低到几百mW，主要辅助EDFA用于WDM通信系统性能的提高，抑制非线性
效应，提高信噪比。在WDM系统中，采用分布式拉曼光纤放大辅助传输可大大降低信号的
入射功率，同时保持适当的光信号信噪比(OSNR）。 (2)拉曼光纤放大器的优点
拉曼光纤放大器的增益高、串扰小、噪声系数低、频谱范围宽、温度稳定性好，将拉曼光纤
放大器与常规EDFA混合使用时可大大降低系统的噪声指数，增加传输跨距。 ①增益介质
为传输光纤本身，与光纤系统有良好的兼容性 这使得拉曼光纤放大器可以对光信号进行在线
放大，构成分布式放大，实现长距离的无中继传输和远程泵浦，尤其适用于海底光缆通信等
不方便设立中继器的场合。而且因为放大是沿光纤分布而不是集中作用，光纤中各处的信号
光功率都比较小，从而可降低非线性效应尤其是四波混频(FWM)效应的干扰。 ②增益波长
由泵浦光波长决定，不受其他因素的限制 理论上只要泵浦源的波长适当，就可以放大任意波
长的信号光。所以拉曼光纤放大器可以放大：EDFA所不能放大的波段，使用多个泵源还可
得到比EDFA宽得多的增益带宽，对于开发光纤的整个低损耗区1260～1675nm具有无可
替代的作用。
总之，拉曼光纤放大器结合EDFA等稀土掺杂光纤放大器必将成为未来宽带、高速、长距离
光通信传输实现光放大的理想方案。
3．掺铒光纤放大器(EDFA)
(1)掺杂光纤放大器简介
在介绍EDFA之前，首先来了解以下掺杂光纤放大器的基本概念。 掺杂光纤放大器又称为
掺稀土离子光纤放大器，是利用稀土金属离子作为激光工作物质的一种放大器。掺杂光纤放
大器的原理与激光放大器的原理相类似。但掺杂光纤放大器的工作腔是一段掺稀土粒子光纤，
细长的纤形结构使得有源区能量密度很高，光与物质的作用区很长，有利于降低对泵浦源功
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2024年6月15日发(作者：普又柔)
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半导体光放大器(SOA)
SOA的放大原理与半导体激光器的工作原理相同，也是利用能级间受激跃迁而出现粒子数反
转的现象进行光放大。SOA有两种：一种是将通常的半导体激光器当作光放大器使用，称作
F—P半导体激光放大器(FPA)；另一种是在F—P激光器的两个端面上涂有抗反射膜，消除
两端的反射，以获得宽频带、高输出、低噪声。
早在半导体激光器出现时，就开始了对SOA的研究，但由于初期的半导体材料激光放大器
偏振灵敏度较高，使得SOA一度沉寂。但近几年来应变量子阱材料的研制成功，克服了偏
振敏感的缺点，性能也有许多改进。半导体光放大器的增益可以达到30dB以上，而且在
1310nm窗口和1550nm窗口上都能使用。如能使其增益在相应使用波长范围保持平坦，那
么它不仅可以作为光放大的一种有益的选择方案，还可促成l310nm窗口WDM系统的实现。
SOA的优点是：结构简单、体积小，可充分利用现有的半导体激光器技术，制作工艺成熟，
成本低、寿命长、功耗小，且便于与其他光器件进行集成。另外，其工作波段可覆盖l.3～1．6
／μm波段，这是EDFA或PDFA所无法实现的。但最大的弱点是与光纤的耦合损耗太大，
噪声及串扰较大且易受环境温度影响，因此稳定性较差。SOA除了可用于光放大外，还可以
作为光开关和波长变换器。
2．拉曼光纤放大器 拉曼放大技术是采用受激拉曼散射(SRS)这种非线性效应来进行放大的。
石英光纤具有很宽的受激拉曼散射增益谱，并在13THz附近有一较宽的主峰。如果一个弱信
号与一强泵浦光波同时在光纤中传输，并使弱信号波长置于泵浦光的拉曼增益带宽内，弱信
号光即可得到放大，这种基于受激拉曼散射机制的光放大器即称为拉曼光纤放大器。
(1)拉曼光纤放大器的类型 拉曼光纤放大器有两种类型：一种是集总式拉曼光纤放大器；另
一种是分布式拉曼放大器。 集总式拉曼光纤放大器所用的光纤增益介质比较短，一般在几
km，泵浦功率要求很高，一般为几W左右，可产生40dB以上的高增益，可作为功率放大
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器，放大EDFA所无法放大的波段。 分布式拉曼放大器所用的光纤比较长，一般为几十km，
泵源功率可降低到几百mW，主要辅助EDFA用于WDM通信系统性能的提高，抑制非线性
效应，提高信噪比。在WDM系统中，采用分布式拉曼光纤放大辅助传输可大大降低信号的
入射功率，同时保持适当的光信号信噪比(OSNR）。 (2)拉曼光纤放大器的优点
拉曼光纤放大器的增益高、串扰小、噪声系数低、频谱范围宽、温度稳定性好，将拉曼光纤
放大器与常规EDFA混合使用时可大大降低系统的噪声指数，增加传输跨距。 ①增益介质
为传输光纤本身，与光纤系统有良好的兼容性 这使得拉曼光纤放大器可以对光信号进行在线
放大，构成分布式放大，实现长距离的无中继传输和远程泵浦，尤其适用于海底光缆通信等
不方便设立中继器的场合。而且因为放大是沿光纤分布而不是集中作用，光纤中各处的信号
光功率都比较小，从而可降低非线性效应尤其是四波混频(FWM)效应的干扰。 ②增益波长
由泵浦光波长决定，不受其他因素的限制 理论上只要泵浦源的波长适当，就可以放大任意波
长的信号光。所以拉曼光纤放大器可以放大：EDFA所不能放大的波段，使用多个泵源还可
得到比EDFA宽得多的增益带宽，对于开发光纤的整个低损耗区1260～1675nm具有无可
替代的作用。
总之，拉曼光纤放大器结合EDFA等稀土掺杂光纤放大器必将成为未来宽带、高速、长距离
光通信传输实现光放大的理想方案。
3．掺铒光纤放大器(EDFA)
(1)掺杂光纤放大器简介
在介绍EDFA之前，首先来了解以下掺杂光纤放大器的基本概念。 掺杂光纤放大器又称为
掺稀土离子光纤放大器，是利用稀土金属离子作为激光工作物质的一种放大器。掺杂光纤放
大器的原理与激光放大器的原理相类似。但掺杂光纤放大器的工作腔是一段掺稀土粒子光纤，
细长的纤形结构使得有源区能量密度很高，光与物质的作用区很长，有利于降低对泵浦源功
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