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光ファイバー通信では、光ファイバーで伝送される可視光または赤外線（IR）ビームは、物質を通過する際に減衰します。そこで、伝送中に発生する情報の減衰を補うために光ファイバー増幅器が使用されます。
光増幅器は、信号が弱いシステムにおいて、特定の場所に挿入され、光信号を増幅します。この増幅により、残りのケーブル長を通じて信号を正常に伝送できるようになります。大規模ネットワークでは、ネットワークリンク全体にわたって、多数の光ファイバ増幅器が連続して配置されます。
一般的な光ファイバ増幅器には、エルビウム添加光ファイバ増幅器（EDFA光増幅器）、ラマン光ファイバ増幅器、シリコン光増幅器（SOA）などがあります。エルビウム添加光ファイバ増幅器は、WDM光ファイバシステムにおける信号増幅に使用される主要な光ファイバ増幅器です。ご存知のように、光ファイバ通信システムの容量を増大させるのはWDMであり、WDM伝送を可能にするのはエルビウム添加光ファイバ増幅器です。光ファイバ増幅器は、DWDM EDFA増幅器と呼ばれる高密度波長分割多重（DWDM）をサポートするために開発され、光ファイバがサポートする他の波長帯域にも拡張されます。
光信号を増幅するために使用できる物理的なメカニズムはいくつかあり、それらは主要な光増幅器の種類に対応しています。ドープ光ファイバ増幅器とバルクレーザーでは、増幅器の利得媒体における誘導放出によって入射光が増幅されます。半導体光増幅器（SOA）では、電子と正孔の再結合が起こります。ラマン増幅器では、利得媒体の格子中のフォノンによる入射光のラマン散乱によって、入射光子とコヒーレントな光子が生成されます。パラメトリック増幅器はパラメトリック増幅を利用します。
光が物質を透過する際、光の一部はランダムな方向に散乱します。散乱光のごく一部は、入射ビームの周波数から、物質の散乱系の振動周波数に等しい量だけ離れた周波数を持ちます。ラマン光ファイバー増幅器は、この小さな散乱範囲内で機能します。最初のビームが十分に強く単色である場合、閾値に達すると、ラマン周波数の光が増幅され、強く増強され、一般的に誘導放出の特性を示します。これは誘導ラマン効果またはコヒーレントラマン効果と呼ばれます。
EFDA光ファイバー増幅器は、エルビウム（希土類イオン）をドーパントとして光ファイバーコア材料に添加することで機能します。添加量は通常数百ppmです。この光ファイバーは、エルビウムのレーザー発振波長である2～9ミクロンにおいて高い透明性を示します。レーザーダイオードによって励起されると、光利得が生じ、増幅が起こります。
シリコンまたは半導体光増幅器は、基本的なレーザーと同様の仕組みで動作します。構造はほぼ同じで、特別に設計された2枚の半導体材料の板が重ねられ、その間に別の材料が「活性層」を形成しています。デバイスに電流を流すことで電子が励起され、その後、電子は非励起状態の基底状態に戻り、光子を放出します。入射光信号は、その波長で光を放出します。
光ファイバー中継器も減衰した信号を再増幅できますが、特定の波長でしか機能しないため、WDMシステムには適していません。そのため、光ファイバー増幅器は通信システムにおいてより重要な役割を果たします。
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