光纤放大器的研究摘要随着社会的不断进步，当今信息的交流正朝着高速化、复杂化、密集化方向发展，直接导致人们对信息传播的速率及质量的要求越来越高。
建立骨干全光网，全面落实推广光纤入户迫在眉睫，已成为我们在“十二五”期间的发展目标之一。
光纤通信在新时期正越发显现出他无可替代的地位，而光纤放大器因它具有易集成、高增益、低噪声和带宽广的特点，是实现全光型光纤通信的关键性部件。
目前，光纤放大器主要有三类，分别是半导体光纤放大器、掺稀土元素放大器和非线性放大器。
本文将就这三类光纤放大器逐一展开论述，特别是掺稀土光纤放大器，深入探讨有关他们的结构、工作原理、各自的特点、应用范围、实际应用情况及未来的发展方向，另外，还将就光纤放大器中的非线性光学效应作理论分析。
关键词：光纤；光纤放大器；非线性光学效应The Research of Fiber AmplifierABSTRACTWith the progress of society，today the exchange of information is moving in high-speed，complex，intensive direction， a direct result of the rate and quality of information dissemination have become increasingly demanding. Backbone of all-optical networks，the full implementation of the promotion of fiber to the home is imminent，has become in one of the "Twelve Five" period of development goals. Optical fiber communication in the new era is increasingly showing his irreplaceable position，the fiber amplifier because of its ease of integration，high gain，low noise and wide bandwidth characteristics of the critical components of all-optical fiber communication. Fiber amplifier has three categories，namely，semiconductor optical amplifier，a rare earth doped amplifiers and non-linear amplifier. This paper will each of the three types of fiber amplifiers discusses，in particular the rare earth-doped fiber amplifier，depth about their structure，working principle，their own characteristics，scope of application，the actual application and future development direction，in addition，will also the nonlinear optical effect in the optical fiber amplifier for theoretical analysis.Key Words：Optical fiber；Fiber Amplifier；Nonlinear optical effects目录第一章绪论 (1)1.1 引言 (1)1.2 课题的研究意义及主要内容 (2)第二章光放大器概述 (3)2.1 半导体光放大器 (3)2.2 掺稀土元素光纤放大器 (3)2.3 非线性光放大器 (5)第三章半导体光放大器 (7)3.1 半导体光放大器的发展 (7)3.2 半导体光放大器的基本结构与特性 (8)3.3 半导体光放大器的工作原理 (9)3.4 半导体光放大器的特点与应用 (11)3.4.1 半导体光放大器的特点 (11)3.4.2 SOA的应用 (12)3.5 半导体光放大器未来发展方向 (13)第四章掺饵光纤放大器 (15)4.1 掺铒光纤放大器简介 (15)4.2 EDFA的结构与工作原理 (16)4.2.1 EDFA的结构 (16)4.2.2 EDFA的工作原理 (17)4.3 EDFA 的增益和输出功率特性 (20)4.4 EDFA的噪声特性 (22)4.5 EDFA的级联 (23)4.5.1 噪声积累及分析 (24)4.5.2 增益均衡（增益平坦化） (25)4.6 EDFA在有线电视网中的应用 (26)4.6.1 在线放大 (26)4.6.2 前置放大 (26)4.6.3 功率放大 (26)4.7 掺稀土光纤放大器的改进 (27)4.7.1增益位移掺铒光纤放大器（GS-EDFA） (27)4.7.2 碲基掺铒光纤放大器（EDTFA） (28)4.7.3 铋基掺铒光纤放大器 (29)4.7.4 掺铥光纤放大器（TDFA）和增益位移掺铥光纤放大器（GS－TDFA） (30)第五章拉曼光纤放大器 (31)5.1 拉曼光纤放大器的简要介绍 (31)5.2 拉曼光纤放大器的基本原理 (31)5.2.1 非线性光学效应——拉曼散射效应 (32)5.2.2受激拉曼散射的阈值特性 (33)5.2.3 受激拉曼散射的增益 (34)5.2.4 受激拉曼散射的影响 (35)5.2.5 拉曼光纤放大器基本原理 (36)5.3 拉曼光纤放大器的分类 (38)5.4 拉曼光纤放大器的特点 (38)5.5 拉曼放大器与EDFA组合使用的原因 (40)5.6 拉曼光纤放大器目前的发展状况及应用 (40)第六章总结与展望 (43)参考文献 (44)致谢 (45)第一章绪论光纤放大器是密集波分复用（DWDM）系统中的关键部件，它取代了传统光—电—光的中继方式，实现了光信号的高增益、低噪声放大。
近年来，随着计算机网络及其它数据传输业务的飞速发展，长距离光纤传输对提高密集波分复用系统传输容量的需求日益增大，人们对光纤带宽的利用越来越多，密集波分复用和光纤放大器相结合是目前光通信发展的趋势。
1.1引言在光纤通信技术发展的早期，为了实现光信号的中继放大，采用光—电—光的转换思想，具体说来，就是把已经衰弱的光信号进行光电转换，转化为电信号进行放大，而我们那时对电信号的放大技术已经成熟，所以容易实现，再将放大了的电信号进行电光转化，这样就重新得到光信号，从而实现了光的放大。
诚然，对光信号的放大作用的确实现了，但落实到现实中，研究人员发现问题远远没有想象的那么简单。
电中继器设备复杂，维护难、成本高，耗能多，只能实现窄带多波长放大，而且实际需要大量的光纤放大器，这样的高成本投入让光纤发展受到了致命的制约。
1989年，掺饵光纤放大器的诞生，标志着光通信史上的一次革命，因为他开创性的实现了全光放大技术，促使波分复用技术走向实用化，促进了光接入网的实用化，完全解决了过去光—电—光转换时代的众多诟病，为光纤通信的长足发展打下了坚定的基础。
光纤放大器（Optical Fiber Ampler，简写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。
不但可对光信号进行直接放大，同时还具有实时、高增益、宽带、在线、低噪声、低损耗的全光放大功能，是新一代光纤通信系统中必不可少的关键器件。
光纤放大器一般都由增益介质、泵浦光和输入输出耦合结构组成。
目前光纤放大器主要有掺铒光纤放大器、半导体光放大器和光纤拉曼放大器三种，其中掺铒光纤放大器以其优越的性能现已广泛应用于长距离、大容量、高速率的光纤通信系统、接入网、光纤CATV网、军用系统（雷达多路数据复接、数据传输、制导等）等领域。
根据光纤放大器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。
自80年代末至90年代初研制成掺铒光纤放大器（EDFA），并开始应用于1.55mm 频段的光纤通信系统以来，推动了光纤通信向全光传输方向发展，且目前EDFA的技术开发和商品化最成熟；应用广泛的C波段EDFA通常工作在1530~1565nm光纤损耗最低的窗口，具有输出功率大、增益高、与偏振无关、噪声指数低、放大特性与系统比特率和数据格式无关，且同时放大多路波长信号等一系列的特性，在长途光通信系统中得到了广泛的应用。
掺铒光纤放大器的不足是C-Band EDFA的增益带宽只有35nm，仅覆盖石英单模光纤低损耗窗口的一部分，制约了光纤固有能够容纳的波长信道数。
非线性OFA是利用光纤的非线性效应实现对信号光放大的一种激光放大器。
当光纤中光功率密度达到一定阈值时，将产生受激拉曼散射（SRS）或受激布里渊散射（SBS），形成对信号光的相干放大。
非线性OFA可相应分为拉曼光纤放大器（SRA）和布里渊光纤放大器（BRA）。
OFA的研制始于80年代，并在90年代初取得重大突破。
在现代光通信系统设计中，如何有效地提高光信号传输距离，减少中继站数目，降低系统成本，一直是人们不断探索的目标。
OFA是解决这一问题的关键器件，它的研制和改进在全球范围内仍方兴未艾。
随着密集波分复用（DWDM）技术、光纤放大技术，包括掺铒光纤放大器（EDFA）、分布拉曼光纤放大器（DRFA）、半导体放大器（SOA）和光时分复用（OTDM）技术的发展和广泛应用，光纤通信技术不断向着更高速率、更大容量的通信系统发展，而先进的光纤制造技术既能保持稳定、可靠的传输以及足够的富余度，又能满足光通信对大宽带的需求，并减少非线性损伤。
密集波分复用系统在光纤传输系统中已成为技术主流，作为DWDM系统核心器件之一的光纤放大器在其应用中将得到迅速发展，这主要是由于光纤放大器有足够的增益带宽，它与WDM技术相结合可迅速简便地扩大现有光缆系统的通信容量，延长中继距离[1]。
在光纤接入网中，尽管用户系统的距离较短，但用户网的分支太多，需要用光纤放大器来提高光信号的功率以补偿光分配器造成的光损耗和提高用户的数量，降低用户网的建设成本。
在光纤CATV 系统中，随着其规模的不断扩大，其链路的传输距离不断增长，光路的传输损耗也不断增加，将光纤放大器应用在光纤CATV系统中不但可提高光功率，补偿链路的损耗，增加光用户终端，而且简化了系统结构，降低了系统成本。