光放大器有
半導體光放大器
和
光纖放大器
兩種型別。
半導體光放大器的優點是：
小型化，容易與其他半導體器件整合
半導體光放大器的缺點是：
效能與光偏振方向有關，器件與光纖的耦合損耗大。
光纖放大器的效能與光偏振方向無關，器件與光纖的耦合損耗很小， 因而得到廣泛應用。
光纖放大
器的實質是：
把工作物質製作成光纖形狀的固體鐳射器，所以也稱為
光纖鐳射器。
20世紀80年代末期，波長為1。55 μm的
摻鉺(Er)光纖放大器(EDFA： ErbiumDoped Fiber Amplifier)
研製成功並投入實用，把光纖通訊技術水平推向一個新高度，成為光纖通訊發展史上一個重要的里程碑。
從圖（a）可以看到，在
摻鉺光纖(EDF)
中，鉺離子（Er3+）有三個能級：
•
能級1代表
基態
， 能量最低
•
能級2是
亞穩態
，處於中間能級
•
能級3代表
激發態
，能量最高
當
泵浦
（
Pump
， 抽運）光的光子能量等於能級3和能級1的能量差時，鉺離子吸收泵浦光從基態躍遷到
激發態
（1→3）。
但是
激發態
是不穩定的，Er3+很快返回到能級2。
如果輸入的訊號光的光子能量等於能級2和能級1的能量差，則處於能級2的Er3+將躍遷到
基態
（2→1），產生
受激輻射光
，因而訊號光得到放大。
但是
激發態
是不穩定的，Er3+很快返回到能級2。
如果輸入的訊號光的光子能量等於能級2和能級1的能量差，則處於能級2的Er3+將躍遷到基態（2→1），產生
受激輻射光
，因而訊號光得到放大。
由此可見，
這種放大是由於泵浦光的能量轉換為訊號光的結果。
為提高放大器增益， 應提高對泵浦光的吸收，使
基態
Er3+儘可能躍遷到
激發態
，圖（b）示出
EDFA增益
和
吸收頻譜
。
圖（a）示出
輸出訊號光功率
和
輸入泵浦光功率
的關係， 泵浦光功率轉換為訊號光功率的效率很高，達到92。6%。當泵浦光功率為60 mW時，吸收效率［（訊號輸入光功率-訊號輸出光功率）/泵浦光功率］為88%。
圖（b）是小訊號條件下增益和泵浦光功率的關係，當泵浦光功率小於6mW時，增益係數為6。3dB/mW。
圖 （a）為光纖放大器構成原理圖，圖 （b）為實用光纖放大器構成方框圖。
摻鉺光纖(EDF)
和
高功率泵浦光源
是關鍵器件，把泵浦光與訊號光耦合在一起的波分複用器和置於兩端防止光反射的光隔離器也是不可缺少的。
設計高增益摻鉺光纖(EDF)是實現光纖放大器的技術關鍵，
EDF的增益取決於Er3+的濃度、光纖長度和直徑以及泵浦光功率等多種因素，通常由實驗獲得最佳增益。
對泵浦光源的基本要求是大功率和長壽命。
波長為1480 μm的InGaAsP多量子阱（MQW）鐳射器， 輸出光功率高達100 mW， 泵浦光轉換為訊號光效率在6 dB/mW以上。
波長為980 nm的泵浦光轉換效率更高，達10 dB/mW， 而且噪聲較低，是未來發展的方向。
•
對波分複用器的基本要求是：
插入損耗小，熔拉雙錐光纖耦合器型和干涉濾波型波分複用器最適用。
•
光隔離器的作用是:
防止光反射，保證系統穩定工作和減小噪聲
•
對光隔離器的的基本要求是：
插入損耗小，反射損耗大。
上圖是EDFA商品的特性曲線，圖中顯示出增益、 噪聲指數和輸出訊號光功率與輸入訊號光功率的關係。
在泵浦光功率一定的條件下，當輸入訊號光功率較小時，放大器增益不隨輸入訊號光功率而變化，基本上保持不變
。
當訊號光功率增加到一定值（一般為-20 dBm）後，增益開始隨訊號光功率的增加而下降， 因此出現輸出訊號光功率達到飽和的現。
EDFA
的主要優點有：
工作波長正好落在光纖通訊最佳波段
（1500～1600 nm）； 其主體是一段光纖（EDF），與傳輸光纖的耦合損耗很小， 可達0。1 dB。
增益高
，約為30～40 dB； 飽和輸出光功率大， 約為10～15 dBm； 增益特性與光偏振狀態無關。
噪聲指數小
， 一般為4～7 dB； 用於多通道傳輸時， 隔離度大，無串擾，適用於波分複用系統。
頻頻寬
，在1550 nm視窗，頻頻寬度為20～40 nm， 可進行多通道傳輸，有利於增加傳輸容量。
如果加上1310 nm
摻鐠光纖放大器(PDFA)
，頻帶可以增加一倍。
所以
“波分複用+光纖放大器”被認為是充分利用光纖頻寬增加傳輸容量最有效的方法。
1550 nm EDFA在各種光纖通訊系統中得到廣泛應用，並取得了良好效果。
已經介紹過的副載波CATV系統，WDM或OFDM系統，相干光系統以及光孤子通訊系統，都應用了EDFA，並大幅度增加了傳輸距離。
EDFA的應用， 歸納起來可以分為三種形式
中繼放大器
（LA：Line Amplifier）在光纖線路上每隔一定的距離設定一個光纖放大器，以延長幹線網的傳輸距離）
•
前置放大器
（PA：Preamplifier） 置於光接收機的前面，放大非常微弱的光訊號，以改善接收靈敏度。作為前置放大器，對噪聲要求非常苛刻。
•
後置放大器
（BA： Booster Amplifier） 置於光接收機的後面，以提高發射機功率。對後置放大器噪聲要求不高，而飽和輸出光功率是主要引數。
