摻鉺光纖放大�作為新一�光通信系統(tǒng)的關(guān)鍵部�,具有增益高、輸出功率大、工作光�(xué)帶寬較寬、與偏振無關(guān)、噪聲指�(shù)較低、放大特性與系統(tǒng)比特率和�(shù)�(jù)碼型無關(guān)等優(yōu)�(diǎn)。它是大容量DWDM 系統(tǒng)中必不可少的�(guān)鍵部件�
在DWDM 系統(tǒng)�,復(fù)用的光通道�(shù)越來越多,需要串接的光放大器�(shù)目也� 來越�,因而要求單�(gè)光放大器占據(jù)的譜寬也越來越寬� 然�,普通的以石英光纖為基礎(chǔ)的摻鉺光纖放大器的增益平坦區(qū)很窄,僅� 1549nm �1561nm 之間,大�12nm 的范�,在1530nm �1542nm 之間 的增益起伏很�,可高達(dá)8dB 左右。這樣,當(dāng)DWDM 系統(tǒng)的通道安排超出� 益平坦區(qū)�(shí),在1540nm 附近的通道�(huì)遭受�(yán)重的信噪比劣�,無法保證正 常的信號輸出�
為了解決上述問題,更好地適應(yīng)DWDM 系統(tǒng)的發(fā)�,人們開�(fā)出以摻鋁的硅 光纖為基�(chǔ)的增益平坦型EDFA 放大�,大大地改善了EDFA 的工作波長帶 �,平抑了增益的波�(dòng)。目前的成熟技�(shù)已經(jīng)能夠做到1dB 增益平坦區(qū)幾乎 �(kuò)展到整�(gè)鉺通帶�1525nm�1560nm),基本解決了普通EDFA 的增益不 平坦問題。未摻鋁的EDFA 和摻鋁的EDFA 的增益曲線對比如�1所示�
�1 EDFA 增益曲線平坦性的改�(jìn)
技�(shù)�,將EDFA 光放大器增益曲線�1525nm�1540nm 范圍稱做�(lán)帶區(qū),將1540nm�1565nm 范圍稱作紅帶區(qū),一般來說,�(dāng)傳輸?shù)娜萘啃∮?0Gbit/s�(shí),優(yōu)先使用紅帶區(qū)。EDFA 增益不平坦和平坦性能比較如圖2所��
�2 EDFA 增益平坦示意�
EDFA 的增益鎖定是一�(gè)重要問題,因?yàn)閃DM 系統(tǒng)是一�(gè)多波長的工作� �(tǒng),當(dāng)某些波長通道丟失�(shí),由于增益競爭,其能量會(huì)�(zhuǎn)移到那些未丟失的 通道上,使其它波長通道的功率變�。在接收�,由于電平的突然提高可能 引起誤碼,而且在極限情況下,如�8 路波長通道中的7 路丟失時(shí),所有的 功率都集中到所剩的一�(gè)通道�,功率可能會(huì)�(dá)�17dBm 左右,這將帶來�(qiáng) 烈的非線性或接收�(jī)接收功率過載,產(chǎn)生大量誤�。因此需要對EDFA 的增 益�(jìn)行鎖定,使單�(gè)通道的增益不至于�?yàn)榭偼ǖ�?shù)量的變化而變��
EDFA 的增益鎖定有許多種技�(shù),典型的有控制泵浦光源增益的方法。EDFA �(nèi)部的�(jiān)測電路通過�(jiān)測輸入和輸出功率的比值來控制泵浦源的輸出,當(dāng)� 入的某些波長通道丟失�(shí),輸入功率會(huì)減小,輸出功率和輸入功率的比值會(huì) 增加,通過反饋電路,降低泵浦源的輸出功�,保持EDFA 增益(輸�/輸入� 不變,從而使EDFA 的總輸出功率減少,保持輸出信號電平的�(wěn)�。如圖所��
� 控制泵浦光源增益鎖定技�(shù)
另外還有飽和波長的方法。在�(fā)送端,除�8 路工作波長外,系�(tǒng)還發(fā)送另 一�(gè)波長作為飽和波長,在正常情況下,該波長的輸出功率很小,當(dāng)線路� 某些通道丟失�(shí),飽和波長的輸出功率�(huì)自動(dòng)增加,用以補(bǔ)償丟失的各波� 通道的能�,從而保持EDFA 輸出功率和增益保持恒定,�(dāng)線路的多波長信號恢復(fù)�(shí),飽和波長的輸出功率�(huì)相應(yīng)減少,這種方法直接控制飽和波長激 光器的輸�,響�(yīng)速度較控制泵浦源要快一��
EDFA 解決了DWDM系統(tǒng)中的線路損耗問題,但同�(shí)也帶來了一些新的問�� 仍有待�(jìn)一步研究解決�
非線性問�
雖然EDFA 的采用提高了光功�,但是這�(gè)光功率并非越大越�。當(dāng)光功� 大到一定程度時(shí),光纖將�(chǎn)生非線性效�(yīng)(包括受激拉曼散射和受激布里� 散射等),尤其是受激布里淵散射(SBS)受EDFA 的影響更�,非線性效 �(yīng)�(huì)極大地限制EDFA 的放大性能和長距離無中繼傳�?shù)�?shí)�(xiàn)�
光浪涌問�
由于EDFA 的動(dòng)�(tài)增益變化較慢,在輸入信號功率跳變的瞬�,將�(chǎn)生光� 涌,即輸出光功率出現(xiàn)尖峰,尤其是�(dāng)EDFA 級聯(lián)�(shí),光浪涌�(xiàn)象更為明�� 峰值光功率可以�(dá)到幾�,有可能造成�/電變換器和光連接器端面的損壞�
色散問題
采用EDFA 以后,因衰減限制無中繼長距離傳輸?shù)膯栴}雖然得以解決,但� 著距離的增加,總光纖色散也隨之增�,原來的功率受限系統(tǒng)變成了色散受 限系�(tǒng)�
光信噪比(OSNR)問� EDFA �(huì)在幾十納米寬的光譜區(qū)�(nèi)�(chǎn)生所謂放大的自發(fā)輻射(ASE�,與ASE 有關(guān)的差拍噪聲會(huì)引起接收端OSNR 劣化。這種差拍噪聲隨級�(lián)光放大器�(shù) 目的增加而線性增�,因此,誤碼率隨光放大器�(shù)目的增加而劣�。此�� 噪聲是隨放大器的增益幅度以指�(shù)形式積累��
為了�(shí)�(xiàn)光功率放大的目的,將一些光無源器件、泵浦源和摻鉺光纖以特定 的光�(xué)�(jié)�(gòu)組合在一�,就�(gòu)成了EDFA 光放大器。圖是一種典型的� 泵浦源的摻鉺光纖放大器光�(xué)�(jié)�(gòu)�
� EDFA 光放大器�(nèi)部典型光路圖
如圖所示,輸入信號光和泵浦激光器�(fā)出的泵浦光經(jīng)過WDM 器件合波 后�(jìn)入摻鉺光纖EDF,其中兩只泵浦激光器�(gòu)成兩級泵浦,EDF 在泵浦光� 激�(lì)下可以產(chǎn)生放大作�,從而也就實(shí)�(xiàn)了放大光信號的功能�