1. 分類FイバーAアンプ
光増幅器には主に3つの種類があります。
（１）半導体光増幅器（SOA、半導体光増幅器）
（２） 希土類元素（エルビウム Er、ツリウム Tm、プラセオジム Pr、ルビジウム Nd など）を添加した光ファイバー増幅器、主にエルビウム添加光ファイバー増幅器（EDFA）、およびツリウム添加光ファイバ増幅器（TDFA）やプラセオジム添加光ファイバ増幅器（PDFA）など。
（３）非線形光ファイバ増幅器、主に光ファイバラマン増幅器（FRA、光ファイバラマン増幅器）。これらの光増幅器の主な性能比較を表に示す。
EDFA（エルビウム添加光ファイバー増幅器）
石英ファイバーに希土類元素（Nd、Er、Pr、Tmなど）をドーピングすることで多レベルレーザーシステムを形成でき、入力信号光はポンプ光の作用で直接増幅されます。適切なフィードバックを与えると、ファイバーレーザーが形成されます。Ndドープファイバー増幅器の動作波長は1060nmと1330nmですが、光ファイバー通信の最適なシンクポートからのずれなどの理由で、その開発と応用は制限されています。EDFAとPDFAの動作波長はそれぞれ光ファイバー通信の最小損失（1550nm）とゼロ分散波長（1300nm）のウィンドウにあり、TDFAはSバンドで動作するため、光ファイバー通信システムアプリケーションに非常に適しています。特にEDFAは最も急速に発展しており、実用化されています。
のPEDFAの原則
EDFAの基本構造を図1(a)に示す。EDFAは主に、活性媒体（長さ数十メートル、コア径3～5マイクロメートル、ドーピング濃度(25～1000)×10⁻⁶のエルビウム添加シリカファイバー）、ポンプ光源（990nmまたは1480nm LD）、光カプラ、および光アイソレーターで構成されている。信号光とポンプ光は、エルビウムファイバー内で同じ方向（同方向ポンピング）、反対方向（逆方向ポンピング）、または両方向（双方向ポンピング）に伝搬することができる。信号光とポンプ光がエルビウムファイバーに同時に注入されると、ポンプ光の作用によりエルビウムイオンは高エネルギー準位に励起され（図1（b）、3準位系）、準安定エネルギー準位に急速に崩壊します。入射信号光の作用により基底状態に戻る際に、信号光に対応する光子を放出し、信号が増幅されます。図1（c）は、広帯域（最大20～40nm）で、それぞれ1530nmと1550nmに対応する2つのピークを持つ増幅自発放出（ASE）スペクトルです。
EDFAの主な利点は、高利得、広い帯域幅、高出力、高ポンプ効率、低挿入損失、および偏光状態に対する非感受性である。
2．光ファイバー増幅器の問題点
光増幅器（特にEDFA）は多くの優れた利点を持つものの、理想的な増幅器ではない。信号のSN比を低下させる付加的なノイズに加えて、以下のような他の欠点も存在する。
・アンプの帯域幅内におけるゲインスペクトルの不均一性は、マルチチャンネル増幅性能に影響を与える。
光増幅器をカスケード接続すると、ASEノイズ、ファイバー分散、非線形効果の影響が蓄積されます。
これらの問題は、アプリケーションおよびシステム設計において考慮されなければならない。
3. 光ファイバー通信システムにおける光増幅器の応用
光ファイバー通信システムでは、光ファイバー増幅器送信機のパワーブーストアンプとして送信電力を増加させるだけでなく、受信機のプリアンプとして受信感度を向上させるためにも使用でき、また、従来の光電光リピーターを置き換えて伝送距離を延長し、オールオプティカル通信を実現することもできます。
光ファイバー通信システムにおいて、伝送距離を制限する主な要因は、光ファイバーの損失と分散です。狭帯域光源を使用したり、ゼロ分散波長付近で動作させたりすることで、ファイバー分散の影響は小さくなります。このシステムでは、各中継局で完全な信号タイミング再生（3R中継）を行う必要はなく、光増幅器で光信号を直接増幅するだけで十分です（1R中継）。光増幅器は、長距離幹線システムだけでなく、光ファイバー分配ネットワーク、特にWDMシステムにおいて、複数のチャネルを同時に増幅するために使用できます。
1) 幹線光ファイバー通信システムにおける光増幅器の応用
図2は、幹線光ファイバー通信システムにおける光増幅器の応用例の概略図である。(a) 図は、光増幅器が送信機のパワーブースト増幅器および受信機のプリアンプとして使用され、非中継距離が2倍になることを示している。例えば、EDFAを採用すると、システム伝送は 1.8Gb/s の距離は 120km から 250km に増加し、400km に達することもあります。図 2 (b)-(d) は、マルチリレー システムにおける光増幅器の応用です。図 (b) は従来の 3R リレー モードです。図 (c) は 3R リピーターと光増幅器の混合リレー モードです。図 2 (d) は全光リレー モードです。全光通信システムでは、タイミング回路や再生回路が含まれていないため、ビット透過性があり、「電子ボトルウィスカー」の制限がありません。両端の送受信機器を交換するだけで、低レートから高レートへのアップグレードが容易になり、光増幅器を交換する必要はありません。
2) 光ファイバー配線網における光増幅器の応用
光増幅器（特にEDFA）の高出力の利点は、ブロードバンド配信ネットワーク（例えば、CATVネットワーク）。従来のCATVネットワークは同軸ケーブルを採用しており、数百メートルごとに増幅する必要があり、ネットワークのサービス半径は約7kmです。光増幅器を使用する光ファイバーCATVネットワークは、分散ユーザー数を大幅に増やすだけでなく、ネットワークパスを大幅に拡張できます。最近の開発では、光ファイバー/ハイブリッド（HFC）の分散が両方の強みを活かし、高い競争力を持っていることが示されています。
図4は、35チャンネルのテレビ放送をAM-VSB変調する光ファイバー分配ネットワークの例です。送信機の光源は波長1550nm、出力3.3dBmのDFB-LDです。電力分配増幅器として4レベルEDFAを使用し、入力電力は約-6dBm、出力電力は約13dBmです。光受信感度は-9.2dBmです。4レベルの分配後、総ユーザー数は420万人に達し、ネットワーク経路は数十キロメートルを超えています。テストの加重信号対雑音比は45dB以上であり、EDFAはCSOの低下を引き起こしませんでした。
投稿日時：2023年4月23日