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光放大器
閱讀�19293時間�2010-10-08 09:58:22

  光放大器就是放大光信號。在此之�,傳送信號的放大都是要實�(xiàn)光電變換及電光變�,即O/E/O變換。有了光放大器后就可直接實現(xiàn)光信號放�。光放大器的開發(fā)成功及其�(chǎn)�(yè)化是光纖通信技�(shù)中的一個非常重要的成果,它大大地促�(jìn)了光�(fù)用技�(shù)�光孤子通信以及�光網(wǎng)�(luò)的發(fā)��

分類

  �(xiàn)在主要有兩種類型的光放大器:半導(dǎo)體光放大器(SOA)和光纖放大器(OFA�。半�(dǎo)體光放大器利用半�(dǎo)體材料固有的受激輻射放大�(jī)制,實現(xiàn)光放�,其原理和結(jié)�(gòu)與半�(dǎo)體激光器相似。光纖放大器與半�(dǎo)體放大器不同,光纖放大器的活性介�(zhì)(或稱增益介�(zhì))是一段特殊的光纖或傳輸光�,并且和泵浦激光器相連;�(dāng)信號光通過這一段光纖時,信號光被放大。光纖放大器又可以分為摻稀土離子光纖放大器(Rare Earth Ion Doped Fiber Amplifier)和非線性光纖放大器。像半導(dǎo)體放大器一�,摻稀土離子光纖放大器的工作原理也是受激輻射;而非線性光纖放大器是利用光纖的非線性效�(yīng)放大光信�。實用化的光纖放大器有摻鉺光纖放大器(EDFA)和拉曼光纖放大器(Raman Fiber Amplifier)�

  光放大器是一個模擬器�,所以它的性能參數(shù)都是模擬參數(shù)�

  增益(Gain)增益是輸出光功率與輸入光功率之�,也就是�

  增益=POUT/PIN

  其中POUT和PIN分別是輸出光功率和輸入光功率,功率的單位為瓦�;通常我們用分貝(dB)為單位來表示增益,也就是:增益(dB)=10lg(POUT/PIN�

  噪聲指數(shù)(NF)光放大器的噪聲指數(shù)(NF,Noise Figure)的定義式為光放大器輸入輸出端口的信噪比(SNR,Signal to Noise Ratio)的比值:

  增益帶寬

  所謂增益帶寬是指光放大器有效的頻率(或波長)范�,通常指增益從值下�3dB�,對�(yīng)的波長范�,如1.3.3中λa、λb之間。增益帶寬的單位是納米(nm�。對于WDM系統(tǒng),所有光波長通道都要得到放大,因此,光放大器必須具有足夠?qū)挼脑鲆鎺挕?/FONT>

  飽和輸出功率

  光放大器的輸入光功率范圍有一定的要求,當(dāng)輸入光功率大于某一閾值時,就會出�(xiàn)增益飽和;增益飽和是指輸出功率不再隨輸入功率增加而增加或增加很小。根�(jù)ITU-T的建�,當(dāng)增益比正常情況低3dB時的輸出光功率稱為飽和輸出功率,其單位通常用dBm表示�

集成超快速光交換�(jī)�

  成了交換器件�,可以實�(xiàn)不停�(jī)維護(hù)和其他一些應(yīng)��

  光放大器(OA),特別是摻鉺光纖放大�(EDFA),是光網(wǎng)�(luò)中最普通的器件。而且OA與DWDM技�(shù)�(jié)合使用后,可以在超長途和長途陸地網(wǎng)�(luò)中實�(xiàn)高容量傳�。在這些�(wǎng)�(luò)中,OA的主要作用就是:�(bǔ)償信號在光纖中傳輸時的損��

  另外,OA在城域網(wǎng)中起到的作用也十分關(guān)�。因為城域網(wǎng)中的傳輸距離雖然縮短了,但是由于使用了光分插�(fù)用器(OADM)以及其他的光�(wǎng)�(luò)單元,所以還是需要OA來補(bǔ)償他們帶來的插入損耗�

  因此,對光放大器的需求激�(fā)了人們來開發(fā)不同類型的OA。OA若以摻雜�(如鉺元素)和玻璃基�(zhì)(如硅元素)來劃�,主要分為基于光纖和基于波導(dǎo)兩種。實際上,要�(shè)計一種OA必須考慮它的類型和它的應(yīng)用范圍。例�,適用于長途的EDFA和EDFA/Raman混合放大�,就與半�(dǎo)體光放大器和用于城域�(wǎng)的緊湊型EDFA大為不同�

  �(xiàn)在,人們正�(jìn)行大量的工作,評估在通信�(wǎng)中引入新的光交換技�(shù)的好�。在提高交換速度的同時,向光交換元件中加入一些新的功�,例如可變光衰減和光多播,就能夠帶來多項好處。在OA中加入新型光交換器件也可以增加很多用��

  一般來�,長途EDFA線路放大器的�(jié)�(gòu)是OA的共同參考結(jié)�(gòu)。這種�(jié)�(gòu)適用于多種類型的放大�,而且�(shè)計理念可以很容易地適用于不同的放大器。這種�(jié)�(gòu)的基�(chǔ)是兩級放大。因�,經(jīng)過兩級放大后,放大器的噪聲較低,增益較高�

  在兩級增益介�(zhì)中間加入不同的元件或者子系統(tǒng),還可以為放大器添加一些額外功�。例�,加入可變光衰減�(VOA)可以提高放大器的動態(tài)范圍;加入色散補(bǔ)償光�,可以以最小的光信噪比(OSNR)損失高效地管理色散的分布;加入OADM就可以在放大器節(jié)點分插業(yè)�(wù)��

  提高放大器的可靠�

  由于光放大器是光�(wǎng)�(luò)中最普遍的器�,所�,他們對故障的適�(yīng)和恢�(fù)能力在很大程度上會影響到�(wǎng)�(luò)的可靠性。通常,DWDM鏈路中某一個放大器的故障會�(dǎo)致多個信道需要實行保�(hù)倒換,因為這條鏈路上的光纖需要重新選路。所�,提高OA對嚴(yán)重故障的恢復(fù)能力是非常重要的。對于一些不太嚴(yán)重的故障,它們只會惡化傳輸性能,但不會使整個鏈路癱�,這時必須一方面維修光放大器,一方面還要保證�(yè)�(wù)的傳�。引入下一代具有可變衰減功能的超快速交換機(jī)�,就可以提高放大器對�(yán)重故障的恢復(fù)能力,同時還能在�(yè)�(wù)�(yùn)行過程中�(jìn)行系�(tǒng)維護(hù)�

  �(yùn)營商們之所以十分希望對放大器�(jìn)行業(yè)�(wù)�(yùn)行過程中的預(yù)防式維護(hù),是因為�(yùn)行高速長途網(wǎng)�(luò)的經(jīng)�(jì)利益非常巨大。即便在近期價格下跌的情況下,一�200Gbit/s的網(wǎng)�(luò)鏈路,也能夠每小時輕松收�10,000-20,000美元。因此,如果能不中斷任何�(wǎng)�(luò)單元而實�(xiàn)�(wǎng)�(luò)維護(hù),那么運(yùn)營商們不僅能獲得源源不斷的收�,而且也避免了因違反服�(wù)品質(zhì)�(xié)�(SLA)而造成的損��

  �(dāng)OA�(fā)生了不是很嚴(yán)重的故障�,必須能夠在維持正常�(yè)�(wù)的情況下修復(fù)OA。要解決這個問題可以使用旁路技�(shù)繞過出故障的放大�(或者子系統(tǒng)),用一個后備系�(tǒng)來重新路�,從而在不影響鏈路傳�?shù)那闆r下�(jìn)行放大器的維�(hù)�

  �1描述的是一個超快速交換機(jī)如何用于旁路操作�。若一個交換機(jī)的交換時間小�500ns,用它就可以在只中斷傳輸500ns的情況下完成旁路操作。由于中斷的時間足夠�,所以避免了放大器瞬間離開鏈�。然而在鏈路的終點,接收器中的鎖相環(huán)還是會受到影�,不過由于鎖相環(huán)很快會重新鎖�,所以亦不會引起保護(hù)倒換。此�,圖1所示的配置方法只能適用于一部分OA�

  �1用一個超快速交換元件旁路故障放大器,或者用它在不到500ns時間�(nèi)實現(xiàn)其他的維�(hù)�

  �2在這個子系統(tǒng)的旁路結(jié)�(gòu)中,后備系統(tǒng)�(bǔ)償了5[%]分流引起的OSNR下降。而且使用隔離器可以避免反射光放大以及諧振效應(yīng)�

  如圖2所�,下一代的某些交換�(jī)具備多播功能,那么利用這種功能將光分流器接入到系統(tǒng)中就不會帶來附加損�。在這種�(shè)計里,由�5[%]的分流器要被用作測試接口,這樣會降低OSNR,所以后備系�(tǒng)必須對此�(jìn)行補(bǔ)償。而且,為了避免放大反射光以及諧振效應(yīng),還需要使用隔離器。裝有光電管的分流耦合器通常被用來監(jiān)測輸�、輸出和反射光功率。測量值可以用來調(diào)節(jié)泵浦激光器的功�,如果輸出端光纖折斷了或者沒有連接,則可以自動�(guān)閉泵浦激光器�

  �(yè)�(wù)�(yùn)行中的泵浦源替換

  OA中的泵浦激光器通常都是高功率的激光器。而這些高功率有源器件的使用壽命往往不長,一般只有幾個月。那么單個光泵浦源發(fā)生故障就有可能使放大器無法工�。所�,一些新型的放大器都會配備一個或多個后備泵浦激光器。這樣,如果一個泵浦源不能工作,就不會引發(fā)放大器的�(yán)重故��

  �3在一個可替換泵浦源的�(jié)�(gòu)中,將一�2×1的交換機(jī)用作合路�(類似�3dB耦合�)或交換機(jī),就可以從鏈路中隔離故障泵浦��

  �3所示是一種參考結(jié)�(gòu)。這種�(jié)�(gòu)可以在不影響OA工作的情況下替換泵浦�。它的設(shè)計原理就是用光交換機(jī)的交換和反向多播功能,從增益介質(zhì)中隔離故障泵浦源。具體地�,就是用一個光交換�(jī)將兩個泵浦源和增益介�(zhì)連接起來,交換機(jī)通過反向多播將兩個泵浦源�(fā)出的光合并在一�。于是,一旦某個泵浦源出故障,交換�(jī)就只把另一個泵浦源連到增益介質(zhì)�。因為反向多播本身就對每個泵浦源�3dB的損耗,所以如果只連接一個泵浦源,輸出功率也是保持不變的。但在交換時�(小于500ns)�,OA�(nèi)會有一次比較小的瞬時變化。不過可以用一個延時計時器抑制該變�,這樣�(wǎng)�(luò)就不會受其影響了。,由于故障泵浦源沒有再連接到增益介�(zhì)�,所以維修泵浦源時不會影響鏈��

  升級放大器的功能

  因為放大器的節(jié)點是傳輸�(wǎng)中最為普通的節(jié)�,所以放大器如果可以適應(yīng)�(wǎng)�(luò)�(yè)�(wù)形式的變化,這對服務(wù)提供商就非常有利�。在安裝了放大器后,服務(wù)提供商也許希望能從同一節(jié)點分插業(yè)�(wù)�。他們也許還需要向放大器中添加色散�(bǔ)償功�,或者改變放大倍數(shù)。針對這些需�,如果在OA中集成具有可變衰減和多播功能的超快速交換機(jī),即便是工作�(huán)境發(fā)生變�,OA也能適應(yīng)未來�(wǎng)�(luò)�(fā)展的需��

  �

  使用了交換機(jī)的多播功能后,就可以在OA中加入可變的分流器而不引入附加損失(a)。交換機(jī)的快速可變光衰減功能可以改變放大器的增益。使用了交換元件后,還可以根�(jù)需要為鏈路加入色散�(bǔ)償功�(b)。超快速交換元件還能夠引入光分插復(fù)用器,并且對�(xiàn)有信道產(chǎn)生的影響很小(c)�

  �4a描述的就是可以向OA增加功能的一般結(jié)�(gòu)。這種�(jié)�(gòu)�,放大器里集成了一個超快速交換機(jī),從而能�(yīng)用于很多方面。圖4b所示的是如何在放大器的節(jié)點內(nèi)實現(xiàn)色散�(bǔ)償。圖4c所示的是引入可重配置的OADM(ROADM)后的情況。某些情況下,可以在不中斷網(wǎng)�(luò)�(yùn)�、并給網(wǎng)�(luò)帶來最小影響的前提下為OA增加新的功能,例如從放大器節(jié)點升級到ROADM�

  還有一點值得討論的是EDFA(由一根纖芯摻鉺的光纖�(gòu)�)的增益動力學(xué)。EDFA的工作原理是將外泵浦半導(dǎo)體激光器�(fā)射的光耦合�(jìn)光纖,�(jìn)而激�(fā)鉺原�。C波段或者L波段的光信號�(jìn)入光纖后會激勵已被激�(fā)的鉺原子,使它受激輻射出與入射光波長相同的光子,從而實�(xiàn)光放�。人們已�(jīng)針對瞬間插入或分離信道等情況,深入研究了這一類放大器的瞬時增益動力學(xué)。這其中功率瞬間變化的持續(xù)時間非常重要,因為它能夠引起暫時的性能惡化。而瞬間變化的持續(xù)時間與摻雜離子數(shù)量分布的動力�(xué)有關(guān),并且遠(yuǎn)比離子的松弛時間�。不管怎樣,硅基EDFA的瞬間變化持�(xù)時間很容易超�1ms�

  有一點需要強(qiáng)�(diào),那就是OSNR和誤碼率(BER)會隨增益瞬間變化而變�。這種情況在分插業(yè)�(wù)流時是很難避免的。尤其是在突然插入信道時,信道功率會出現(xiàn)突然降低,這時BER(OSNR�)。BER有時甚至?xí)^10-7,這在�(tǒng)計上是不可接受的,而且持續(xù)時間可達(dá)10µs量級。要解決這個問�,用一個集成了可變光衰減功能的超快速交換機(jī)就可以實�(xiàn)亞微秒級瞬間變化,也就可以避免BER/OSNR的變化了。對放大器而言,這樣可以既不影響�(wǎng)�(luò)性能,又抑制了增益瞬間變��

  交換器件帶來的優(yōu)�

  OA中的超快交換技�(shù)提高了OA對故障的適應(yīng)、恢�(fù)能力,使維護(hù)更方�,還增添了新功能。另�,這些交換動作可以在放大器系統(tǒng)�(nèi)部完成,給運(yùn)行中的通信鏈路帶來的負(fù)面影響也最��,用超快速光交換�(jī)比用裝有光電探測管的分流耦合器好,因為超快速光交換�(jī)支持集成的多播和可變光衰減功能,所以便于監(jiān)控和快速調(diào)節(jié)�

光纖放大器技�(shù)

  光纖放大器不但可對光信號�(jìn)行直接放�,同時還具有實時、高增益、寬�、在線、低噪聲、低損耗的全光放大功能,是新一代光纖通信系統(tǒng)中必不可少的�(guān)鍵器�;由于這項技�(shù)不僅解決了衰減對光網(wǎng)�(luò)傳輸速率與距離的限制,更重要的是它開�(chuàng)�1550nm頻段的波分復(fù)用,從而將使超高�、超大容�、超長距離的波分�(fù)用(WDM�、密集波分復(fù)用(DWDM�、全光傳�、光孤子傳輸?shù)瘸蔀楝F(xiàn)�,是光纖通信�(fā)展史上的一個劃時代的里程碑。在目前實用化的光纖放大器中主要有摻鉺光纖放大器(EDFA�、半�(dǎo)體光放大器(SOA)和光纖拉曼放大器(FRA)等,其中摻鉺光纖放大器以其�(yōu)越的性能�(xiàn)已廣泛應(yīng)用于長距�、大容量、高速率的光纖通信系統(tǒng)、接入網(wǎng)、光纖CATV�(wǎng)、軍用系�(tǒng)(雷�(dá)多路�(shù)�(jù)�(fù)接、數(shù)�(jù)傳輸、制�(dǎo)等)等領(lǐng)�,作為功率放大器、中繼放大器和前置放大器�

  光纖放大器一般都由增益介�(zhì)、泵浦光和輸入輸出耦合�(jié)�(gòu)組成。目前光纖放大器主要有摻鉺光纖放大器、半�(dǎo)體光放大器和光纖拉曼放大器三�,根�(jù)其在光纖�(wǎng)�(luò)中的�(yīng)�,光纖放大器主要有三種不同的用途:在發(fā)射機(jī)�(cè)用作功率放大器以提高�(fā)射機(jī)的功�;在接收�(jī)之前作光�(yù)放大器以極大地提高光接收�(jī)的靈敏度;在光纖傳輸線路中作中繼放大器以�(bǔ)償光纖傳輸損�,延長傳輸距��

  摻鉺光纖放大�

  摻鉺光纖放大器是利用摻鉺光纖這一活性介�(zhì),當(dāng)泵浦光輸入到EDF中時,就可以將大部分處于基態(tài)的Er3+抽運(yùn)到激�(fā)�(tài)�,處于激�(fā)�(tài)的Er3+又迅速無輻射地轉(zhuǎn)移到亞穩(wěn)�(tài)上,由于Er3+在亞�(wěn)�(tài)上的平均停留時間�10ms,因此很容易在亞�(wěn)�(tài)與基�(tài)之間形成粒子�(shù)反轉(zhuǎn),此時,信號光子通過摻鉺光纖,在受激輻射效應(yīng)作用下產(chǎn)生大量與自身完全相同的光�,使信號光子迅速增多,這樣在輸出端就可以得到被不斷放大的光信號。自80年代末至90年代初研制成摻鉺光纖放大器(EDFA),并開始應(yīng)用于1.55mm頻段的光纖通信系統(tǒng)以來,推動了光纖通信向全光傳輸方向發(fā)�,且目前EDFA的技�(shù)開發(fā)和商品化最成熟;應(yīng)用廣泛的C波段EDFA通常工作�1530~1565nm光纖損耗的窗口,具有輸出功率大、增益高、與偏振無關(guān)、噪聲指�(shù)�、放大特性與系統(tǒng)比特率和�(shù)�(jù)格式無關(guān),且同時放大多路波長信號等一系列的特性,在長途光通信系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)�。其不足是C-Band EDFA的增益帶寬只�35nm,僅覆蓋石英單模光纖低損耗窗口的一部分,制約了光纖固有能夠容納的波長信道數(shù);然而隨著因特網(wǎng)技�(shù)的迅速發(fā)展,要求光纖傳輸系統(tǒng)的傳輸容量要不斷地擴(kuò)大,面對傳輸容量的擴(kuò)�,目前主要有三種解決途徑:(1)增加每個波長的傳輸速率;(2)減少波長間�;(3)增加總的傳輸帶寬。對于種辦法,如果速率提高�10Gbit/s將帶來新的色散補(bǔ)償問�,況且現(xiàn)在的電子系統(tǒng)還存在著所�"電子瓶頸"效應(yīng)問題。第二種辦法如果將信號間距從100GHz降低�50GHz�25GHz將給系統(tǒng)帶來四波混頻(FWM)等非線性效�(yīng),且要求系統(tǒng)采用波長�(wěn)定技�(shù)。從而研究新的光纖放大器如L波段的EDFA是增加總的傳輸帶寬的一種,它將EDFA工作波長由C波段1530~1560nm�(kuò)展到L波段1570~1605nm,使EDFA的放大增益譜�(kuò)展了一�。盡管L波段EDFA的波長覆蓋了EDF增益譜的尾部,但仍可與性能先�(jìn)的C波段EDFA�(chǎn)品相媲美:例如兩者的基本�(jié)�(gòu)相類�,大多數(shù)C波段EDFA的設(shè)計和制造技�(shù)仍可�(yīng)用于L波段EDFA研制;L波段EDFA有較小的輻射和吸收以及較低的平均反轉(zhuǎn)因子,增益波動系�(shù)�(yuǎn)小于C波段EDFA,所存在的是L波段EDFA的EDF較長帶來無源光纖損耗較大,放大噪聲稍大等不��

  半導(dǎo)體光放大�

  半導(dǎo)體光放大器(SOA)是采用通信用激光器相類似的工藝制作而成的一種行波放大器,當(dāng)偏置電流低于振蕩閾值時,激光二極管就能對輸入相干光實現(xiàn)光放大作�。由于半�(dǎo)體放大器具有體積�、結(jié)�(gòu)較為簡單、功耗低、壽命長、易于同其它光器件和電路集成、適合批量生�(chǎn)、成本低,可實現(xiàn)增益兼開�(guān)功能等特�,在全光波長變換、光交換、譜反轉(zhuǎn)、時鐘提�、解�(fù)用中的應(yīng)用受到了廣泛的重視,特別是目前應(yīng)變量子阱材料的半�(dǎo)體光放大器的研制成功,已引起人們對SOA的廣泛研究興�。國�(nèi)武郵院與華中科技大學(xué)合作成功地研制開�(fā)了在光網(wǎng)�(luò)中的�(guān)鍵器�--半導(dǎo)體光放大器,并很快實�(xiàn)了產(chǎn)品化,成為繼Alcatel公司之后能夠批量供應(yīng)國際市場�(yīng)用于光開�(guān)的半�(dǎo)體光放大器的供貨�,這標(biāo)志著我國自行研制的應(yīng)變量子阱器件邁出了商品化生產(chǎn)的關(guān)鍵一步。但半導(dǎo)體光放大器與摻鉺光纖放大器相比存在著噪聲�、功率較�、對�?dāng)_和偏振敏�、與光纖耦合時損耗大,工作穩(wěn)定性較差等缺陷,迄今為�,其性能與摻鉺光纖放大器仍有較大的差�。又由于半導(dǎo)體光放大器覆蓋了1300~1600nm波段,既可用�1300nm窗口的光放大器,也可以用�1550nm窗口的光放大�,且在DWDM多波長光纖通信系統(tǒng)�,無需增益鎖定,那么它不僅可作為光放大器一種有益的選擇方案,而且還可以促�1310nm窗口DWDM系統(tǒng)的實�(xiàn)�

  光纖拉曼放大�

  受激拉曼散射(SRS)是光纖中的一種非線性現(xiàn)�,它將一小部分入射光功率�(zhuǎn)移到頻率比其低的斯托克斯波上;如果一個弱信號與一�(qiáng)泵浦光波同時在光纖中傳輸,并使弱信號波長置于泵浦光的拉曼增益帶寬�(nèi),弱信號光即可以得到放大,這種基于受激拉曼散射�(jī)制的光放大器即稱為光纖拉曼放大器(FRA�。近年來光纖拉曼放大器倍受�(guān)�,已成為研制開發(fā)的熱�,它具有許多�(yōu)點:�1)增益介�(zhì)為普通傳輸光�,與光纖系統(tǒng)具有良好的兼容�;(2)增益波長由泵浦光波長決�,不受其它因素的限制,理論上只要泵浦源的波長適當(dāng),就可以放大任意波長的信號光;(3)增益高、串?dāng)_�、噪聲指�(shù)低、頻譜范圍寬、溫度穩(wěn)定性好�

  正因為光纖拉曼放大器有這么多的�(yōu)�,它可以放大摻鉺光纖放大器所不能放大的波�,并可在1292~1660nm光譜范圍�(nèi)�(jìn)行光放大,獲得比EDFA寬得多的增益帶寬;再次增益介�(zhì)為普通光纖,可制作分立式或分布式FRA,分布式光纖拉曼放大器可以對信號光�(jìn)行在線放�,增加光放大的傳輸距離,�(yīng)用于40Gbit/s的高速光�(wǎng)�(luò)�,也特別適用于海底光纜通信系統(tǒng),而且因為放大是沿著光纖分布而不是集中作�,所以輸入光纖的光功率大為減�,從而非線性效�(yīng)尤其是四波混頻效�(yīng)大大減少,這對于大容量DWDM系統(tǒng)是十分適用的。FRA是EDFA的補(bǔ)充,而不是代�,兩者結(jié)合起來可獲得大于100nm增益平坦寬帶,這就是采用分布式光纖拉曼放大器的好處�

  但光纖拉曼放大器有一個主要的缺點就是需要特大功率的泵浦激光器,解決這個問題的主要途徑有:一是研究降低閾值功率的泵浦激光器,使得普通的大功率半�(dǎo)體激光器能作為拉曼泵浦使�;其二是提高獲得更大輸出功率泵浦激光器的研制水平;其三是將多個泵浦源激光器的波長采用列�、單片組合的方法�(fù)用在一起,獲得一個大功率輸出的泵浦激光器,此種方法不但可提供一個寬帶的增益譜,而且還可以通過�(diào)節(jié)單個激光器的功率來�(diào)整增益斜��

  WDM傳輸系統(tǒng)中光纖放大器的增益平坦控制技�(shù)

  為了確保WDM系統(tǒng)的傳輸質(zhì)量,WDM系統(tǒng)中使用的光纖放大器除具備有足夠的帶寬、高輸出功率和低噪聲系數(shù)等特性外,還對增益平坦度控制技�(shù)提出了更高的要求。光纖放大器帶內(nèi)的增益平坦度是指在整個可用的增益通帶�(nèi),增益波長點的增益與最小增益波長點的增益之�。很明顯,在WDM系統(tǒng)中增益平坦度越小越好,否則,如果各信道的增益不均,經(jīng)過多級放大之后,這種增益差值會線性積累,低增益信道信號的SNR惡化,高增益信道的信號也因光纖非線性效�(yīng)而使信號惡化,因此,要使各信道上的增益偏差處于允許范圍內(nèi),放大器的增益就必須平坦,而使光纖放大器增益平坦技�(shù)大體有兩種途徑:其一�"增益均衡技�(shù)";其二是"光纖技�(shù)"�"增益均衡技�(shù)"是利用損耗特性與放大器的增益波長特性相反的增益均衡器來抵消增益的不均勻性,這種技�(shù)的關(guān)鍵在于放大器的增益曲線和均衡器的損耗特性精密吻�,使綜合特性平坦;�(xiàn)階段實用化的固定式增益平坦控制技�(shù)主要有光纖光柵技�(shù)和介�(zhì)多層薄膜濾波器技�(shù)�。但隨著多通道�>80Ch�、高速率�>40Gbit/s�、長距離光纖傳輸系統(tǒng)的發(fā)�,對光纖放大器的增益平坦控制技�(shù)提出了更高的要求,這就需要研制動�(tài)增益可調(diào)的增益平坦濾波器,這種可調(diào)諧增益動�(tài)濾波器技�(shù)主要有:法拉第旋�(zhuǎn)體型增益可調(diào)濾波器技�(shù)、波�(dǎo)馬赫-曾德型增益可�(diào)型濾波器技�(shù)、陣列波�(dǎo)型動�(tài)增益可調(diào)濾波器技�(shù)和聲光型動態(tài)增益可調(diào)濾波器技�(shù)�。至�"光纖技�(shù)"�(xiàn)階段主要是在�(jìn)一步研究摻鉺光纖特性的基礎(chǔ)�,改變光纖材料或利用不同光纖的組合來改變EDF的特性,從而來改變EDFA的增益平坦�,主要有摻鋁的EDFA、摻氟化物EDFA、摻碲化物EDFA、混合型EDFA和多纖心EDFA等技�(shù)�

  光纖放大器的主要�(yīng)用和市場

  近年�,隨著信息和通信技�(shù)的飛速發(fā)�,光纖放大器的研究和�(fā)展又�(jìn)一步擴(kuò)大了增益帶寬,將光纖通信系統(tǒng)推向了高速率、大容量、長距離方向�(fā)�。由于光纖放大器的獨特性能,在DWDM傳輸系統(tǒng)、光纖CATV和光纖接入網(wǎng)中有著廣泛的�(yīng)用。密集波分復(fù)用系�(tǒng)在光纖傳輸系�(tǒng)中已成為技�(shù)主流,作為DWDM系統(tǒng)核心器件之一的光纖放大器在其�(yīng)用中將得到迅速發(fā)�,這主要是由于光纖放大器有足夠的增益帶�,它與WDM技�(shù)相結(jié)合可迅速簡便地�(kuò)大現(xiàn)有光纜系�(tǒng)的通信容量,延長中繼距�。在光纖接入�(wǎng)�,盡管用戶系�(tǒng)的距離較�,但用戶�(wǎng)的分支太�,需要用光纖放大器來提高光信號的功率以補(bǔ)償光分配器造成的光損耗和提高用戶的數(shù)�,降低用戶網(wǎng)的建�(shè)成本。在光纖CATV系統(tǒng)�,隨著其�(guī)模的不斷�(kuò)大,其鏈路的傳輸距離不斷增長,光路的傳輸損耗也不斷增加,將光纖放大器應(yīng)用在光纖CATV系統(tǒng)中不但可提高光功�,補(bǔ)償鏈路的損�,增加光用戶終端,而且簡化了系�(tǒng)�(jié)�(gòu),降低了系統(tǒng)成本,加快了光纖CATV的發(fā)展。最�,美國CIBC World Market 公司的相�(guān)人士對摻鉺光纖放大器(EDFA)、光纖拉曼放大器(FRA�、半�(dǎo)體光放大器(SOA)這三類光放大器的市場狀況分別�(jìn)行了分析:EDFA�1994年開始商用,�(xiàn)已成為DWDM系統(tǒng)的關(guān)鍵器�,且市場正在快速增�,其中Corning、Lucent和JDS Uniphase等許多公司都參與了這一市場的競�,預(yù)計全球EDFA市場將從1999年的13億美元增長到2004年的96億美�,銷售量將以年均43[%]的速度遞增;光纖拉曼放大器近年來備受人們關(guān)�,已成為開發(fā)的熱�,盡管預(yù)計最近一兩年�(nèi)光纖拉曼放大器還不會在陸地光纜系�(tǒng)中廣泛應(yīng)�,但其市場規(guī)模仍將從1999年的�330萬美元猛增到2004年的7.5億美�;而半�(dǎo)體光放大器(SOA)自�(yīng)變量子阱材料的SOA研制成功以來,其研制速度和應(yīng)用開�(fā)明顯加快,且SOA市場可望�2001年開始起�,此后會迅速擴(kuò)��2004年將�(dá)�2億美元的�(guī)��

  光纖放大器的�(fā)展方�

  由于超高速率、大容量、長距離光纖通信系統(tǒng)的發(fā)展,對作為光纖通信�(lǐng)域的�(guān)鍵器件——光纖放大器在功�、帶寬和增益平坦方面提出了新的要�,因�,在未來的光纖通信�(wǎng)�(luò)�,光纖放大器的發(fā)展方向主要有以下幾個方面:

  (1)EDFA從C-Band向L-Band�(fā)��

  (2)寬頻�、大功率的光纖拉曼放大器�

  (3)將局部平坦的EDFA與光纖拉曼放大器�(jìn)行串�(lián)使用,獲得超寬帶的平坦增益放大器�

  (4)�(fā)展應(yīng)變補(bǔ)�?shù)臒o偏振、單片集成、光橫向連接的半�(dǎo)體光放大器光開關(guān)�

  (5)研發(fā)具有動態(tài)增益平坦技�(shù)的光纖放大器�

  (6)小型�、集成化光纖放大器�

  隨著新材�、新技�(shù)的不斷突�,光纖放大器�1292~1660nm波長范圍�(nèi)獲得帶寬�300nm超寬帶將不是夢想,Tbit/s DWDM光網(wǎng)�(luò)傳輸系統(tǒng)將一定會實現(xiàn)�