基礎知識篇導引

光放大器(OA)及其參數的概念

瀏覽：18259 來源：通信人在線日期：2018-08-11

光放大器（OA，Optical Amplifier）的功能是提供光信號增益，以補償光信號在通路中的傳輸衰減，增大系統的無中繼傳輸距離。

一、OA的分類

1、根據OA的制作材料分類

在ITU-T建議G.661《光放大器裝置和子系統相關通用參數的定義和試驗方法》的“范圍”一章中指出：本建議適用于所有商用光學放大器（OAs）、光學放大子系統和包含OAs的光學網絡元件。它適用于使用光學泵浦光纖（基于摻雜稀土光纖或拉曼效應的）OFAs、半導體光放大器（SOA，Optical Semiconductor Amplifier）和平面光波導放大器（POWA，Planar Optical Waveguide Amplifier）的OAs。

對于光學泵浦光纖放大器（OFA），又分為用鉺離子摻雜的光纖作為有源光纖的摻餌光纖放大器（EDFA：Erbium-Doped Fiber-Amplifier）和基于光纖中受激喇曼散射效應（SRS）并以傳輸光纖、色散補償光纖或高非線性光纖作為增益介質的喇曼光纖放大器（RFA，Raman Fiber Amplifier）。這類放大器目前在光纖通信系統中應用較為廣泛，尤其是在波分復用（WDM）系統中。

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2、根據在光通信系統中的位置分類

根據在光通信系統中的位置，主要分為3種：在發送端OA可用在發端機的后面作為系統的功率放大器（BA，Booster Amplifier），用于提高系統的發送光功率。在接收端OA可用在光接收端機之前作為系統的預放大器（PA，Preamplifier），用于提高信號的接收靈敏度。OA作為線路放大器時可用在無源光纖段之間，以補充光纖損耗，延長中繼長度，稱為線路放大器（LA，Line Amplifier）。這種位置用途的應用尤其是在WDM系統中使用較多。

3、ITU/IEC的分類方法

在ITU-T建議G.661中規定，根據所使用的技術和OA本身的使用情況，定義了不同的OA應用分類（等級）。在IEC/TR 61292-3中也給出了光放大器技術的同樣分類。這些類別由一位大寫字母、一位數字和一位小寫字母標識。

欲詳細了解光放大器（OA）分類方法的請進入。

二、OA參數定義

1、ITU-T的定義

在ITU-T G.661（07/2007）中，給出了光放大器（OA）參數的定義。它包括兩部分：第一部分列出了與OA裝置相關的參數，即功率的如預置（pre）、線路（line）和分布（distributed）放大器和包含OAs的包含OAs的光網絡元素（ONEs）；第二部分列出了光放大器、基本子系統的相關參數，即光放大發射器（OAT）和光學放大接收器（OAR）。關于第一部分OA裝置和包含OAs的光網絡元素方面，一共定義了70個參數的概念。第二部分OA子系統其定義的方面和數量的統計詳見下表2-1。

表2-1：ITU-T定義的OA子系統參數統計

2、我國相關標準的定義

事實上，我國有關OA，特別是OFA方面的規范標準，不論是國家標準還是通信行業標準，都給出了相應的有關參數的術語與定義，結合該標準的需要。這些參數的定義也是參照ITU-T G.661建議中的。如在我國國家標準GB/T 16849-2008《光纖放大器總規范》中的第3章《術語與定義》，就定義一百多個相關參數。

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我國標準雖然參照了ITU-T G.661建議的參數定義，但有些參數的定義也不盡相同。例如關于OA的噪聲指數（NF），ITU-T G.661定義NF為具有單位量子效率的光檢測器輸出端信噪比的減小。請注意，G.661的這一定義方式需要解釋（給出了5個備注）。但在YDN 120-1999《光波分復用系統總體技術要求》中定義的光放大器的NF為：散彈噪聲信號通過OA傳輸引起的具有特定量子效率光檢測器輸出端信噪比降低，即輸入端信噪比與輸出端信噪比的分貝比。用公式表示如下：

NF =（輸入信號光功率/輸入光噪聲功率）/（輸出信號光功率/輸出光噪聲功率）

OA的噪聲來自不同的方面，如：信號-ASE差拍噪聲、ASE-ASE差拍噪聲、內部反射噪聲、信號散彈噪聲、ASE散彈噪聲，每種來源的大小與不同的條件有關。該參數對于系統性能、特別是整個光鏈路光信噪比（OSNR）有重要影響。

信噪比的退化是因為放大器在給予輸入信號和噪聲以大致相同放大的同時，放大器本身又添加進了新的噪聲。其實任何放大器都表現出S/N的退化，因為任何放大器都是一個噪聲源。由于光信噪比只有通過O/E變換后才能觀測，所以又牽連到光檢測器。但是光放大器的NF要排除光檢測器的噪聲貢獻，不過G.661的上述定義終究還是沒有把問題講透徹，因為單位量子效率的PD雖然可排除雪崩噪聲，還存在散粒噪聲。對于喇曼光纖放大器中各種噪聲干擾因素詳見下表2-2。

表2-2：喇曼光纖放大器中各種噪聲干擾

三、OA的測試方法

ITU-T G.661建議中，給出的光放大器（OA）的其絕大多數參數的測試方法（TM，Test Methods），是遵守國際電工委員會（IEC）的基本規范IEC 61290系列的。G.661建議中的表1給出了參數的分組及相對應的IEC規范的測試方法名稱。這里下表3給以了示例。

表3：OA參數測試方法對應的IEC文件號示例

上述相關OA介紹是依據于ITU-T G.661建議，若要詳細了解該建議書具體內容的請查閱下附件3。

附件3：ITU-T G.661（07/2007）《光放大器裝置和子系統相關通用參數的定義和試驗方法》

四、OA的應用

在ITU-T G.663建議中涵蓋了光放大器（OA）設備和子系統的應用相關方面，主要是用于數字系統的。OA工作在1550nm區域，或1310nm區域，或其他波長區域也包括在內。應用包括單通道和多通道系統，用于點對點和點對多點配置，用于長距離網絡和光學接入網等。在ITU-T G.663建議中給出了OA裝置及子系統的9方面具體應用，列表于下表4中。若要詳細了解ITU-T G.663建議書具體內容的請查閱下附件4。