光放大器是光纖通信系統(tǒng)中能對光信號進行放大的一種子系統(tǒng)產(chǎn)品。光放大器的原理基本上是基于激光的受激輻射，通過將泵浦光的能量轉(zhuǎn)變?yōu)樾盘柟獾哪芰繉崿F(xiàn)放大作用。光放大器自從1990年代商業(yè)化以來已經(jīng)深刻改變了光纖通信工業(yè)的現(xiàn)狀。

激光放大器是指利用光的受激輻射進行光的能量(功率)放大的器件。通過采用激光放大器，可以在獲得高的激光能量或功率時而又保持激光的質(zhì)量(包括脈寬、線寬、偏振特性等)。常用于可控核聚變、核爆模擬、超遠激光測距等重大技術(shù)中的高功率激光系統(tǒng)。

獲得極高的輸出能量和功率，保持振蕩器的光束質(zhì)量，降低光學(xué)元件的破壞和損傷。

常見激光放大器可以分為兩類，即脈沖的或穩(wěn)態(tài)的。如果輸入激光脈沖的時間寬度Δc小于放大器高能級的自發(fā)輻射壽命τ21，則稱為脈沖激光放大器。反之，Δc>τ21，的就稱為穩(wěn)態(tài)激光放大器，它包括了長脈沖激光放大器和連續(xù)激光放大器。脈沖激光放大器以放大激光能量為主，而穩(wěn)態(tài)激光放大器則主要是放大激光功率(或光強)，實際上激光振蕩器也是這樣分類的。此外，脈沖激光放大器中，還可分出一類，稱之為超短脈沖放大器，它主要對鎖模激光脈沖進行放大，與鎖模激光器一樣有自己的特點。

1長脈沖激光放大器

一般振蕩級激光器輸出的是連續(xù)的或一般脈沖激光器。

脈寬:τ>T1

其中T1是放大介質(zhì)激發(fā)態(tài)的粒子由于輻射躍遷的縱向弛豫時間。弛豫時間:激發(fā)態(tài)的粒子所在的能級有一定的壽命，因此產(chǎn)生輻射躍遷有一定的滯后時間。固體:T1~10-3s主要由上能級的總壽命來決定。

因此上能級的粒子數(shù)消耗掉以后來得及由泵浦得以補充。這時腔內(nèi)的光子數(shù)密度和工作物質(zhì)的反轉(zhuǎn)粒子數(shù)可以認為不隨時間變化--穩(wěn)態(tài)過程。

2脈沖放大器:

一般振蕩級為調(diào)Q激光器~10-8s

T2<τ<T1

T1:縱向弛豫時間。

T2:橫向弛豫時間:放大介質(zhì)中粒子相互交換能量過程引起的非輻射躍遷使激發(fā)態(tài)的粒子的感應(yīng)偶極矩有一定的弛豫時間。

由于脈寬較小，在脈沖信號放大期間，工作物質(zhì)的反轉(zhuǎn)粒子數(shù)和光子密度是隨時間變化的。--非穩(wěn)態(tài)過程

3超短脈沖放大器:

脈沖窄，是鎖模激光器，輸出的脈沖10-11~10-15s。光信號和放大介質(zhì)的相干作用是一種相干的放大作用。情況比較復(fù)雜，需要采用半經(jīng)典理論進行討論。

按照工作方式分類

行波激光放大器

再生激光放大器--做好模匹配

注入鎖定放大器--模匹配+位相鎖定

多程放大器

光放大器主要有2種，半導(dǎo)體放大器及光纖放大器。半導(dǎo)體放大器分為諧振式和行波式;光纖放大器分為摻稀土元素光纖放大器和非線性光學(xué)放大器。非線性光學(xué)放大器分為拉曼(SRA)和布里淵(SBA)光纖放大器。

就是在光纖中摻雜稀土離子(如鉺、鐠、銩等)作為激光活性物質(zhì)。每一種摻雜劑的增益帶寬是不同的。摻鉺光纖放大器的增益帶較寬，覆蓋S、C、L頻帶;摻銩光纖放大器的增益帶是S波段;摻鐠光纖放大器的增益 帶在1310nm附近。

則是利用拉曼散射效應(yīng)制作成的光放大器，即大功率的激光注入光纖后，會發(fā)生非線性效應(yīng)拉曼散射。在不斷發(fā)生散射的過程中，把能量轉(zhuǎn)交給信號光，從而使信號光得到放大。由此不難理解，拉曼放大是一個 分布式的放大過程，即沿整個線路逐漸放大的。其工作帶寬可以說是很寬的，幾乎不受限制。這種光放大器已開始商品化了，不過相當(dāng)昂貴。

一般是指行波光放大器，工作原理與半導(dǎo)體激光器相類似。其工作帶寬是很寬的。但增益幅度稍小一些，制造難度較大。這種光放大器雖然已實用了，但產(chǎn)量很小。

在其傳輸路徑內(nèi)采用光放大器的一種WDM光傳輸系統(tǒng)中，用于監(jiān)視并控制放大器運行并從數(shù)據(jù)傳輸中作光譜分離的一個監(jiān)控信號信道，可以與數(shù)據(jù)復(fù)用。披露了一種放大器的結(jié)構(gòu)，它能隨傳輸系統(tǒng)為增加數(shù)據(jù)處理能力的升級而升級，例如增加波段內(nèi)和/或沿反方向的數(shù)據(jù)傳輸，但不必斷開通過該放大器的準備升級的數(shù)據(jù)傳輸路徑。這種結(jié)構(gòu)是使用信道分出和插入濾波器來實現(xiàn)的，這些濾波器的配置，要使放大的數(shù)據(jù)傳 輸路徑伸延，通過這些濾波器的分出/插入信道。

申請日: 2000年06月06日

公開日: 2001年04月25日

授權(quán)公告日: 2003年12月31日

申請人/專利權(quán)人: 諾泰爾網(wǎng)絡(luò)公司

申請人地址: 加拿大魁北克

發(fā)明設(shè)計人: 凱文·P·瓊斯;羅杰·M·吉布;羅伯特·A·貝克;馬丁·P·皮埃特克;馬克·E·布雷;巴里·布林泰;詹姆斯·里根;托比·J·雷德;阿倫·A·索海姆;羅伯特·W·基斯;馬克·R·海因斯;約瑟夫·芒;奈杰爾·E·喬利;阿倫·魯賓遜;喬納森·P·金;西蒙·P·帕里

專利代理機構(gòu): 中國國際貿(mào)易促進委員會專利商標事務(wù)所

代理人: 蔣世迅

專利類型: 發(fā)明專利

分類號: G02F1/39