2.4 光放大技术
光放大技术是一种在没有将信号进行光电光转换的前提下，直接放大光信号的技术。这
种直接放大光信号的技术一方面在信号的格式和速率上具有很强的透明性，另一方面可以放大一个特定的波长区间，这两个特征使整个光纤通信传输系统更加简单和灵活。
根据光放大信号所使用的技术原理，光放大器主要分为半导体光放大器（SOA，Semiconductor Optical Amplifier）和光纤放大器（FOA，Fiber Optical Amplifier）两大类。目前应用更广泛的是FOA。
FOA 又可以细分为掺稀土离子光纤放大器和非线性光纤放大器。
（1）掺稀土离子技术是指泵浦光刺激掺稀土离子的光纤后产生受激辐射，从而放大光信号。掺稀土离子光纤放大器常见的有EDFA 和遥泵光放大器（ROPA，Remote Optical PumpAmplifier）。
（2）非线性光纤放大器是利用光纤中非线性效应来进行光信号的放大，比如利用拉曼效应的FRA。
光放大器的分类如图2-14 所示。
图2-14 光放大器的分类
2.4.1 掺铒光纤放大器和遥泵光放大器
（1）掺铒光纤放大器
掺铒光纤放大器顾名思义是使用高能泵浦激光器激励掺铒光纤。如图2-15 所示，在泵浦光的激励下，粒子以非辐射跃迁的形式聚集到E2 能级，实现了粒子的反向分布，即E2 水平上的离子数多于E1 水平上的离子数。当波长为1550nm 的光信号通过掺铒光纤时，E2 级粒子以受激辐射的形式传递到E1 级，受激辐射的光子频率与输入信号光子恰好相同，最终实现在传输过程中的光放大过程。
在掺铒光纤中，大多数受激的铒离子被迫回到E1 能级，但其中一部分会自发地回到E1 能级并自发地发出光子。自发发出的光子和信号波长光子在相同的频率范围内，因此会在信号频谱范围内产生噪声。
铒离子在光纤芯中的浓度和分布对EDFA 的性能有很大的影响，在掺铒光纤中加入适量的铝可以使铒离子更均匀地分布，从而获得平滑的带宽增益。在相同的掺杂半径和泵浦功率下，掺杂浓度越高，最佳增益长度越短。
泵浦激光为放大器提供能量，EDFA 一般使用输出波长为980nm 或1480nm 的泵浦激光器。泵浦光功率关联增益系数描述了泵浦光功率的转换能力。
（2）ROPA
ROPA 是一种特殊的EDFA，或者说是EDFA 的一种特殊部署形式。它将泵浦源和掺铒光纤分离（普通EDFA 的泵浦源和掺铒光纤是在一起的），通常在发射端或接收端，通过光纤传输到遥泵。
在长跨距无中继光纤通信系统中，为了进一步延长传输距离，可在光纤链路中间部分对光信号进行预先放大。在传输光纤的适当位置熔入一段掺铒光纤，并从单段长跨距传输系统的端站（发射端或接收端）发送一个高功率泵浦光，经过光纤传输和合波器后注入铒纤并激励铒离子。信号光在铒纤内部获得放大，并可显著提高传输光纤的输出光功率。由于泵浦激光器的位置和增益介质（铒纤）不在同一个位置，因此称为“遥泵”。遥泵在光缆线路中插入铒纤作为增益介质，这些点不需要供电设施，也无须维护，适合沙漠、高原、湖泊、海峡等地形复杂的环境。根据传输距离的需要，给定铒纤在线路中的长度和位置，调整泵浦激光器的功率，得到预期的放大增益值。
遥泵放大系统一般由两个核心部件组成，分别是远端光放大器和远端增益单元。远端增益单元（RGU，Remote Gain Unit）的内部主要是增益介质（掺铒光纤）和合分波器件，属于无源器件，一般放在远端的光纤中间。增益单元通过合分波器将远端泵浦源的泵浦光输入到掺铒光纤中，完成放大过程。
远端光放大器（ROA，Remote Optical Amplifier）的主体是一个泵浦光模块，通过在端站配置进行泵浦功率的控制，其光波长在1440nm 附近，和业务波长差别较大。因此遥泵放大系统在工程应用中，有同纤随路方案和异纤旁路方案两种部署方式。
泵浦光的功率强度较大，考虑到非线性的影响，一般使用异纤旁路方案的较多。图2-16所示为单向异纤旁路方案，ROA 单盘放置在OTM 站点，ROA 单盘的泵浦光通过专门光纤向位于线路中间的RGU 模块提供泵浦能量。
图2-16 泵浦异纤旁路应用示意
如使用同纤随路方案，一般也将泵浦部署在信号下游的端站，这样泵浦光和信号光的传输方向相反，也可以减少非线性的影响。如图2-17 所示，泵浦单盘放置在业务波长的下游站点，通过线路光纤向位于线路中间的RGU 模块提供泵浦能量。
图2-17 泵浦同纤随路应用示意
ROPA 及组成的放大系统，可以大大延长单跨段无中继的传输距离，满足超长距无中继传输的需要，尤其在沙漠、海底等无法设立中继站的情况下，无须建设机房，大大节省了组网成本。线路中间的GU 可以免维护，系统可维护性得到提升。
