潜力巨大的新型光放大器

发布: 2010-10-21 00:32 | 作者: | 来源: | 字体: 小中大

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　　分布式喇曼放大器也是近期得以广泛研究和应用的新型光放大器方案。由于它在光传输系统扩容和增加传输距离方面具有巨大的优势和潜力，因而被认为是研发新一代高速超长距离DWDM光纤通信骨干网中的核心技术之一。

　　分布式喇曼放大技术

　　分布式喇曼放大基于光纤受激喇曼散射（SRS）效应，一般采用反向泵浦方式，实现方法如下：将高功率连续运转激光从光纤跨段的输出端注入传输光纤，该泵浦光的传输方向与信号光传输方向相反。泵浦激光器的波长比信号光短约100nm。高功率光场泵浦光纤中的组分物质产生虚激发态；电子从这些虚激发态向基态跃迁，从而实现光信号的增益，这里的光放大方式与ED？FA类似。

　　与EDFA放大方式相比，分布式喇曼放大最主要的特点如下：

　　分布式放大。喇曼放大采用传输光纤本身作为放大介质，增益区分布在很长距离（约20km）的传输光纤中。这对降低入纤光功率、减弱光纤非线性效应的危害具有非常积极的作用。

　　低噪声指数。分布式喇曼放大使信号光还远未到达传输光纤输出端处即获得放大，可以降低有效跨段损耗（在G.652光纤上的典型值是5.5dB）。在OSNR演化计算中，上述有效跨段损耗的降低通常被归结为光放大器噪声指数的降低，因此一般称后向泵浦喇曼放大器的等效噪声指数为0dB。这在提高单跨段长度、增加系统OSNR预算和传输距离方面有显著的优势。

　　超宽带光放大。由于喇曼放大的增益波段由泵浦激光器波长所决定，选择合适的泵浦激光器波长，前者的增益范围可覆盖1300nm到1700nm的整个单模光纤低损耗频段，在1550nm波长附近连续增益带宽达100nm，尤其适合于S－band、XL－band等常规EDFA难以放大的波段。

　　在实际应用中，分布式喇曼放大器也有一些要注意的地方。例如，在机站集线器处总是有许多光纤连接器和光纤熔接连接。这些光纤连接会吸收泵浦光功率并产生后向散射，进而劣化信号光的质量。此外，后泵浦喇曼放大所带来的4dB？5dBOSNR改善并不能肯定增加光纤跨段的数目及传输距离，因为光纤跨段的数目更重要的是由光纤非线性效应决定的。

　　除反向泵浦分布式喇曼放大外，还诞生了其它形态的喇曼放大技术。比如，采用前向泵浦和双向泵浦的喇曼放大，可提供更高增益和更低噪声指数，并有同时实现增益和噪声指数平坦的潜力。采用色散补偿光纤（DCF）作为增益介质制成的分立式喇曼放大器，可在对传输链路进行色散补偿的同时，实现对光信号的超宽带集总式放大，并有调节增益斜率的潜力。此外还有采用分布式、分立式喇曼放大器实现的全喇曼传输系统，连续增益带宽达100nm，支持包括S－band、xL－band在内的超宽带传输。

　　同样，这些喇曼放大形态也有一些固有缺点，比如前向泵浦和双向泵浦的喇曼放大有较强的泵浦光相对强度噪声（RIN）转移问题，对喇曼放大器的噪声特性有明显影响。特别是在G.655等色散系数较小的传输光纤中，这种RIN转移问题更为严重，会大大劣化喇曼放大器的噪声指数。分立式喇曼放大器的噪声指数与EDFA相比尚无明显优势，这主要由于：首先，为实现与EDFA相当的增益，分立式喇曼放大器需要很高的泵浦光功率或较长的光纤，缺乏经济效益；其次，DCF中的非线性系数较大，高增益情况下容易引发WDM光信号之间的交叉相位调制效应，造成性能损伤；最后，分立式喇曼放大器的集总增益较大，双程瑞利背向散射（DRBS）噪声也很明显，会劣化光信号的实际OSNR，造成系统性能的损失。DRBS是喇曼放大器增益较大时的主要噪声源，它与信号光同频，不能用常规的OSNR和噪声指数测量方法测试出来。

　　综上所述，分布式喇曼放大技术的最佳应用场合应该是单长跨距系统，或者ULH传输系统中的个别长跨距。此外，喇曼放大技术结合RZ码或色散管理孤子，在40Gbit/s波分系统也会有较明朗的应用前景，因为此时为保证足够的误码率（BER）指标，必须提高单位比特内的平均信号光功率。

　　遥泵及其它放大技术

　　遥泵技术是用于单长跨距传输的专门技术，主要解决单长跨距传输中信号光的OSNR受限问题。在对信号光进行光放大时，光放大器输入端的信号光功率越小，光放大器输出信号光的OS？NR越低，这是光放大器产生ASE噪声的缘故（假设光放大器具有恒定不变的增益和噪声指数值）。因此应尽量避免对低功率信号光进行放大。在单长跨距传输系统中，光纤输出端口处的光功率总是很小的，经光功率放大后，极易造成接收端OSNR受限，因此单长跨距系统一般都采用更高的入纤光功率。由于高入纤光功率极易引发多种光纤非线性效应并造成系统损伤，因此多波长传输的总光功率上限一般在30dBm左右。

　　为进一步解决OSNR受限的问题，可以在光纤链路中间部分对光信号进行预先放大。在传输光纤中的适当位置熔入一段掺铒光纤，并从单长跨距传输系统的端站（发射端或接收端）发送一个高功率泵浦光，经过光纤传输和合波器后注入铒纤并激励铒离子。信号光在铒纤内部获得放大，并显著提高传输光纤的输出光功率。由于泵浦激光器的位置和增益介质（铒纤）不在同一个位置，因此称为“遥泵”。

　　遥泵光源通常采用瓦级的1480nm激光器以克服长距离光纤传输中的损耗问题。根据泵浦光和信号光是否在一根光纤中传输，遥泵又可以分为“旁路”（泵浦光和信号光经由不同光纤传输）和“随路”（两者通过同一光纤传输）两种形态。随路方式中泵浦光还可以对光纤中的信号光进行喇曼放大，从而进一步增加传输距离，更为重要的是可节省传输光纤资源，因此获得了更多应用。

　　遥泵技术还通常综合应用其它新技术，如光纤有效截面管理、二阶喇曼泵浦、两级遥泵增益区等。光纤有效截面管理是在传输光纤输入端采用一段大有效截面的光纤以降低光纤非线性效应和增加入纤光功率，而在存在喇曼放大的光纤路径上采用有效截面较小的传输光纤，实现更大的喇曼增益。二阶喇曼泵浦是在遥泵光源的光路上同时注入另一束高功率短波长激光，其波长比泵浦光短约100nm，使遥泵光源获得喇曼增益，提供更大的泵浦光功率。两级遥泵增益区是指在传输光纤中熔入两段铒纤，并在传输光纤两端同时注入遥泵光源，实现信号光的两次放大。采用遥泵技术，目前在实验室中实现的单长跨距传输距离已经达到420km。

　　总之，遥泵传输技术是在光缆线路中插入掺铒光纤等增益介质以提供光放大，同时在该点不需要供电设施，也无须人员维护，适合用于穿越沙漠、高原、湖泊、海峡等维护、供电不便的地区。不便之处是要在适当的位置切断光纤，将掺铒光纤串联到原光纤中，施工改动的工作量和难度较大。

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