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掺铒光纤放大器的原理与应用
采用放大波段内的增益控制和光谱均衡方法，能取得EDFA增益特性优化的良好结果。EDFA的增益控制技术有许多种，典型的有控制泵浦源增益的方法，EDFA内部的监测电路通过监测输入和输出功率的比值来控制泵浦源的输出，当输入波长某些信号丢失时，输入功率会减小，输出功率和输入功率的比值会增加，通过反馈电路，降低泵浦源的输出功率，保持(输出／输入)增益不变，从而使EDFA的总输出功率减少，保持输出信号电平的稳定。
另外，还有饱和波长的方法。在发送端，除了传输信号的工作波长外，系统还发送另一个波长作为饱和波长。在正常情况下，该波长的输出功率很小，当线路的某些信号失去时，饱和波长的输出功率会自动增加，用以补偿丢失的各波长信号的能量，从而保持EDFA输出功率和增益保持恒定。当线路的多波长信 号恢复时，饱和波长的输出功率会相应减少，这种方法直接控制饱和波长激光器的输出，速度较控制泵浦源要快一些。 ④安全要求
在某些情况下，光放大器的输出功率非常高，可能非常接近光纤安全功率的极限。因此，对于含有光放大器的WDM系统，安全特别重要。ITU-T建议规定：单路或合路入纤最大光功率电平为+17dBm。对链路切断情况下可能引起的强烈“浪涌”效应更应加以重视，必须保证系统能够及时关闭泵浦源和系统，以防止对系统造成损。
3.1.4 密集波分复用（DWDM）原理概述
DWDM 技术是利用单模光纤的带宽以及低损耗的特性，采用多个波长作为载 波，允许各载波信道在光纤内同时传输。与通用的单信道系统相比，密集 WDM（DWDM）不仅极大地提高了网络系统的通信容量，充分利用了光纤的带宽，而且它具有扩容简单和性能可靠等诸多优点，特别是它可以直接接入多种业务更使得它的应用前景十分光明。 在模拟载波通信系统中，为了充分利用电缆的带宽资源，提高系统的传输容 量，通常利用频分复用的方法。即在同一根电缆中同时传输若干个频率不同 的信号，接收端根据各载波频率的不同利用带通滤波器滤出每一个信道的信 号。 同样，在光纤通信系统中也可以采用光的频分复用的方法来提高系统的传输容量。事实上，这样的复用方法在光纤通信系统中是非常有效的。与模拟的载波通信系统中的频分复用不同的是，在光纤通信系统中是用光
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波作为信号 的载波，根据每一个信道光波的频率（或波长）不同将光纤的低损耗窗口划 分成若干个信道，从而在一根光纤中实现多路光信号的复用传输。 由于目前一些光器件（如带宽很窄的滤光器、相干光源等）还不很成熟，因 此，要实现光信道非常密集的光频分复用（相干光通信技术）是很困难的， 但基于目前的器件水平，已可以实现相隔光信道的频分复用。人们通常把光信道间隔较大（甚至在光纤不同窗口上）的复用称为光波分复用 （WDM），再把在同一窗口中信道间隔较小的 DWDM 称为密集波分复用 （DWDM）。 随着科技的进步，现代的技术已经能够实现波长间隔为纳米级的复用，甚至可以实现波长间隔为零点几个纳米级的复用，只是在器件的技术要求上更加严格而已，因此把波长间隔较小的 8 个波、16 个波、32 乃 至更多个波长的复用称为 DWDM。ITU-T G.692 建议，DWDM 系统的绝对 参考频率为 193.1THz（对应的波长1552.52nm），不同波长的频率间隔 应为 100GHz 的整数倍（对应波长间隔约为 0.8nm 的整数倍）。 DWDM 系统的构成，发送端的光发射机发出波长 不同而精度和稳定度满足一定要求的光信号，经过光波长复用器复用在一起 送入掺铒光纤功率放大器（掺铒光纤放大器主要用来弥补合波器引起的功率 损失和提高光信号的发送功率），再将放大后的多路光信号送入光纤传输， 中间可以根据情况决定有或没有光线路放大器，到达接收端经光前置放大器 （主要用于提高接收灵敏度，以便延长传输距离）放大以后，送入光波长分 波器分解出原来的各路光信号。
3.2 EDFA在密集波分复用（DWDM）系统中应用的分析
3.2.1 EDFA在DWDM系统中的作用和应用方式
EDFA是目前光放大器市场的主流品种，在DWDM系统、接入网和有线电视领域得到广泛应用，在CATV系统中通常作为功率放大器以提高发射机的功率，使发射机覆盖的用户数大大增加，也可作为光纤线路的中继放大器，以补偿光分路器及线路损耗，使传输距离大大增加。光纤放大器与其他放大器比较，具有输出功率大、增益高、工作带宽宽、与偏振无关、噪声指数低、放大特性与系统比特率、数据格式无关等特点，它已成为新一代光通信系统的关键器件之一。
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掺铒光纤放大器用在系统发射机输出短，提高发送功率，延长传输距离；用在光纤传输链路中，补偿光能量的损失，可增加传输距离；用在光接收机前，对信号进行预防大，可提高光接收机灵敏度。应用范围包括干线高速光通信系统、海缆系统、本地网、用户接入网、掺铒光纤放大器作为功率放大器有许多特殊功能是电子线路放大器所不能比拟的，分述 如下：
1.1 掺铒光纤放大器可用作数字、模拟以及相干光通信的功率放大器。即如果线路上已采用掺铒光纤放大器做功率放大器，那么，不管它需要传输数字信号还是传输模拟信号，不必改变掺铒光纤放大器线路设备。
1.2 掺铒光纤放大器可传输不同的码率。如果需要扩容，由低码率改变为高码率时，不必改变掺铒光纤放大器线路设备。
1.3 掺铒光纤放大器做功率放大器，可在不改变原有噪声特性和误码率的前提下，直接放大数字、模拟活二者混合的数据格式，特别适合光纤传输网络升级。实现语音、图像、数据同网传输，不必改变掺铒光纤放大器线路设备。 1.4 一个掺铒光纤放大器可同时传输若干波长的光信号，即用光波复用扩容时，不必改变掺铒光纤放大器线路设备。
实践证明，使用掺铒光纤放大器的光纤干线传输，经过近千公里的传输后的误码率人能达到 。如果采用饱和功率为18dBm的放大器，可是实现160—200km无中继通信。如果有必要，还可将中继距离延长更远。 2.1 前置放大器
把掺铒光纤放大器置于光接收机关监测器前面。来自光纤的光信号经掺铒光纤放大器放大后再由光检测器检测。由于掺铒光纤放大器的信噪比由于电子放大器，所以用掺铒光纤放大器作预放大器的光接收机具有较高的灵敏度，其灵敏度甚至不亚于相干光接收机的。
2.2 线路放大器
把掺铒光纤放大器至于光纤传输线路中，将已被衰减了的小信号进行放大，可以大大延长传输距离，也成为中继放大器。线路放大器的显著优点是增益高，通常大于30dB。由于可以级联使用，特别适合海底远程通信和陆地超长距离传输使用。使用线路放大器必须解决远程监控问题，国际标准化组织已制定出多种监
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控标准，可以按照标准进行远程监控。 2.3 用户接入网中的光纤放大器
光纤放大器在用户接入网中也占有重要地位。在光纤用户网中，虽然用户系统的距离较短，但是用户网的分子太多，光线干线中的光信号功率要进行众多的分配，甚至是多级进行分配。这样一来被分配到每个分支获得光信号就相当的弱，不能保证用户的终端设备的接收质量。为此，需要将光信号进行放大，这就需要光纤放大器。将光纤放大器置于光发射机后端，以提高入纤的光功率，使整个线路系统的光功率得到提高，以满足各级需要，这就要用到光纤功率放大器。 在用户网中，当用户系统距离过长时需要使用线路放大器；为了提高各支路的光功率分配数量，也要使用这类放大器。
总之，光线放大器在用户接入网中主要是提高光信号的功率，即可以补偿光耦合器灯光器件所造成的光损耗，又可以大大提高用户数量以及复用密度，对降低用户网建设成本也会起到很大作用。掺铒光纤放大器在密集波分复用系统中的应用主要是补偿传输中的光纤损耗，根据放大器在系统中的位置及作用，可以分成以下三种类型：
1.功率放大器（booster-Amplifier），处于合波器之后，用于对合波以后的多个波长信号进行功率提升，然后再进行传输，由于合波后的信号功率一般都比较大，所以，对一功率放大器的噪声指数、增益要求并不是很高，但要求放大后，有比较大的输出功率。
2.线路放大器（Line-Amplifier），处于功率放大器之后，用于周期性地补偿线路传输损耗，一般要求比较小的噪声指数，较大的输出光功率。 3.前置放大器（Pre-Amplifier），处于分波器之前，线路放大器之后，用于信号放大，提高接收机的灵敏度（在光信噪比(OSNR)满足要求情况下，较大的输入功率可以压制接收机本身的噪声，提高接收灵敏度），要求噪声指数很小，对输出功率没有太大的要求。
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