光纖互阻放大器光放大器的作用

放大電路是電子技術(shù)中廣泛使用的電路之一，其作用是將微弱的輸入信號（電壓、電流、功率）不失真地放大到負(fù)載所需要的數(shù)值。放大電路種類：（1）電壓放大器：輸入信號很小，要求獲得不失真的較大的輸出壓，也稱小信號放大器；（2）功率放大器：輸入信號較大，要求放大器輸出足夠的功率，也稱大信號放大器。放大電路的作用：放大電路是電子技術(shù)中廣泛使用的電路之一，其作用是將微弱的輸入信號（電壓、電流、功率）不失真地放大到負(fù)載所需要的數(shù)值。

光纖互阻放大器放大電路種類

（1）電壓放大器：輸入信號很小，要求獲得不失真的較大的輸出壓，也稱小信號放大器；（2）功率放大器：輸入信號較大，要求放大器輸出足夠的功率，也稱大信號放大器。光放大器的工作不需要轉(zhuǎn)換光信號到電信號，然后再轉(zhuǎn)回光信號。這個特性導(dǎo)致光放大器比再生器有兩大優(yōu)勢。第一，光放大器支持任何比特率和信號格式，因為光放大器簡單地放大所收到的信號。這種屬性通常被描述為光放大器對任何比特率以及信號格式是透明的；第二，光放大器不僅支持單個信號波長放大－像再生器，而且支持一定波長范圍的光信號放大。而且，只有光放大器能夠支持多種比特率、各種調(diào)制格式和不同波長的時分復(fù)用和波分復(fù)用網(wǎng)絡(luò)。實際上，只有光放大器特別是EDFA的出現(xiàn)， WDM 技術(shù)才真正在光纖通信中扮演重要角色。EDFA 是現(xiàn)在最流行的光放大器，它的出現(xiàn)把波分復(fù)用和全光網(wǎng)絡(luò)的理論變成現(xiàn)實。

光纖互阻放大器主要類型

兩種主要類型的光放大器在使用：半導(dǎo)體光放大器（SOA）和光纖光放大器（FOA）。半導(dǎo)體光放大器實質(zhì)上是半導(dǎo)體激光器的活性介質(zhì)。換句話說，一個半導(dǎo)體放大器是一個沒有或有很少光反饋的激光二極管。

光纖互阻放大器光纖放大器與半導(dǎo)體放大器的不同

光纖放大器的活性介質(zhì)（或稱增益介質(zhì)）是一段特殊的光纖或傳輸光纖，并且和泵浦激光器相連；當(dāng)信號光通過這一段光纖時，信號光被放大。光纖放大器又可以分為摻稀土離子光纖放大器（Rare Earth Ion Doped Fiber Amplifier）和非線性光纖放大器。像半導(dǎo)體放大器一樣，摻稀土離子光纖放大器的工作原理也是受激輻射；而非線性光纖放大器是利用光纖的非線性效應(yīng)放大光信號。實用化的光纖放大器有摻鉺光纖放大器（EDFA）和光纖拉曼放大器（Raman Fiber Amplifier）。

根據(jù)放大機(jī)制不同，OFA可分為兩大類。

光纖互阻放大器1 、摻稀土OFA

制作光纖時，采用特殊工藝，在光纖芯層沉積中摻入極小濃度的稀土元素，如鉺、鐠或銣等離子，可制作出相應(yīng)的摻鉺、摻鐠或摻銣光纖。光纖中摻雜離子在受到泵浦光激勵后躍遷到亞穩(wěn)定的高激發(fā)態(tài)，在信號光誘導(dǎo)下，產(chǎn)生受激輻射，形成對信號光的相干放大。這種OFA實質(zhì)上是一種特殊的激光器，它的工作腔是一段摻稀土粒子光纖，泵浦光源一般采用半導(dǎo)體激光器。

當(dāng)前光纖通信系統(tǒng)工作在兩個低損耗窗口：1.55μm波段和1.31μm波段。選擇不同的摻雜元素，可使放大器工作在不同窗口。

(1)摻鉺光纖放大器(EDFA)

EDFA工作在1.55μm窗口，該窗口光纖損耗系數(shù)1.31μm窗低(僅0.2dB/km)。已商用的EDFA噪聲低，增益曲線好，放大器帶寬大，與波分復(fù)用(WDM)系統(tǒng)兼容，泵浦效率高，工作性能穩(wěn)定，技術(shù)成熟，在現(xiàn)代長途高速光通信系統(tǒng)中備受青睞。目前，“摻鉺光纖放大器(EDFA) 密集波分復(fù)用(DWDM) 非零色散光纖(NZDF) 光子集成(PIC)”正成為國際上長途高速光纖通信線路的主要技術(shù)方向。

(2)摻鐠光纖放大器(PDFA)

PDFA工作在1.31μm波段，已敷設(shè)的光纖90%都工作在這一窗口。PDFA對現(xiàn)有光通信線路的升級和擴(kuò)容有重要的意義。目前已經(jīng)研制出低噪聲、高增益的PDFA，但是它的泵浦效率不高，工作性能不穩(wěn)定，增益對溫度敏感，離實用還有一段距離 。

光纖互阻放大器2、 非線性O(shè)FA

非線性O(shè)FA是利用光纖的非線性效應(yīng)實現(xiàn)對信號光放大的一種激光放大器。當(dāng)光纖中光功率密度達(dá)到一定閾值時，將產(chǎn)生受激拉曼散射(SRS)或受激布里淵散射(SBS)，形成對信號光的相干放大。非線性O(shè)FA可相應(yīng)分為拉曼光纖放大器(SRA)和布里淵光纖放大器(BRA)。目前研制出的SRA尚未商用化。

OFA的研制始于80年代，并在90年代初取得重大突破。在現(xiàn)代光通信系統(tǒng)設(shè)計中，如何有效地提高光信號傳輸距離，減少中繼站數(shù)目，降低系統(tǒng)成本，一直是人們不斷探索的目標(biāo)。OFA是解決這一問題的關(guān)鍵器件，它的研制和改進(jìn)在全球范圍內(nèi)仍方興未艾。

隨著密集波分復(fù)用(DWDM)技術(shù)、光纖放大技術(shù)，包括摻鉺光纖放大器(EDFA)、分布喇曼光纖放大器(DRFA)、半導(dǎo)體放大器(SOA)和光時分復(fù)用(OTDM)技術(shù)的發(fā)展和廣泛應(yīng)用，光纖通信技術(shù)不斷向著更高速率、更大容量的通信系統(tǒng)發(fā)展，而先進(jìn)的光纖制造技術(shù)既能保持穩(wěn)定、可靠的傳輸以及足夠的富余度，又能滿足光通信對大寬帶的需求，并減少非線性損傷 。

互阻放大器是在光電檢測前置放大中常用的一種電路結(jié)構(gòu)。在互阻放大器的設(shè)計中沒有增益帶寬積的概念，其帶寬分析往往讓設(shè)計者感到困惑。為了深入研究互阻放大器的增益帶寬特性在此類比增益帶寬積的引出，用單極點近似的方法推導(dǎo)出了互阻放大器增益和帶寬的關(guān)系，并運用Multisim軟件進(jìn)行了仿真，驗證了結(jié)論的正確性。指出在互阻放大器中增益和帶寬仍然是矛盾的。

光纖放大器(Optical Fiber Ampler，簡寫OFA)是指運用于光纖通信線路中，實現(xiàn)信號放大的一種新型全光放大器。根據(jù)它在光纖線路中的位置和作用，一般分為中繼放大、前置放大和功率放大三種。同傳統(tǒng)的半導(dǎo)體激光放大器(SOA)相比較，OFA不需要經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換、電光轉(zhuǎn)換和信號再生等復(fù)雜過程，可直接對信號進(jìn)行全光放大，具有很好的“透明性”，特別適用于長途光通信的中繼放大?？梢哉f，OFA為實現(xiàn)全光通信奠定了一項技術(shù)基礎(chǔ) 。

在激光雷達(dá)、激光陀螺信號處理等應(yīng)用中經(jīng)常使用雪崩光電二極管等來探測光信號，從而提取出感興趣的信息。將二極管產(chǎn)生的電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號需要采用圖2所示的互阻放大器結(jié)構(gòu)。

圖中運放的正向端直接接地，Dphoto是接收信號用的光電二極管，反饋電阻Rf決定增益的大小，Vbias是反向偏置電壓，它能夠提高光電管相應(yīng)的線性度，減小結(jié)電容，增大電路帶寬。為了研究互阻放大器的頻率特性，有必要使用光電管Dphoto的等效電路模型。

互阻放大器用于將外部電流轉(zhuǎn)換為電壓。典型應(yīng)用包括使用光二極管等電流輸出進(jìn)行的傳感器測量。TIA的轉(zhuǎn)換增益單位為歐姆，其可用范圍在 20 K 到 1.0 M 歐姆之間。光二極管等電流輸出傳感器的輸出電容通常較大。這就需要在 互阻放大器中加入并聯(lián)反饋電容，以保證穩(wěn)定性?；プ璺糯笃骶哂幸粋€可編程的反饋電容，可以滿足這一需要，并提供帶寬限制，可降低寬頻帶噪聲。 解讀詞條背后的知識

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