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作者：刘少辉 杨红 钱东
摘要：本文在阐述了DWDM技术的优点、DWDM的扩容带来了相应的器件测试仪表的光源问题的基础上，提出了一种双向泵浦双级双程结构的掺铒光纤ASE光源，并论述了用于测试DWDM设备的宽带光源的实验实现过程，及其更进一步的应用。
1、引言
由于各种新业务的不断涌现，特别是互联网的迅猛发展，光传输由PDH准同步数字系列到SDH同步数字系列，速率由140Mbit/s到2.5G直至10G，传输由原来只是满足语音业务到目前语音与数据同平台处理，因之引起的容量问题成为人们关注的焦点，于是为了解决光纤和容量问题，一种新型设备DWDM（密集波分复用）问世了，DWDM技术极大地提高了系统传输数据的容量，然而近年来不断增长的通信业务对DWDM系统传输容量的要求日益增大，现有的DWDM仍然无法满足迅速发展的网络数据要求。这就使得提高系统的容量成为亟待解决的问题。
传统的扩容方法主要有两种：一是提高单信道的传输率，二是减少信道间隔，增加信道数量。前一种方法会增大色散对系统的影响，从而对系统的色散管理和补偿要求提高，加大了系统的成本。后一种方法会导致非线性效应增强，同时对系统器件的波长稳定性要求更加严格，同样使成本上升。为了解决这些矛盾，人们逐渐将研究思路转向如何充分“发掘”光纤的带宽传输潜力上，利用C-带（传统带，1520-1570nm）以外的L-带（长波长带，1570～1620nm），实现对C+L波段信号同时传输，这样就避免了传统扩容方法所面临的技术难题。可直接在现有的DWDM系统中实现扩容，是一种更直接更根本也更行之有效的方法。而ASE（放大的自发辐射）宽带光源作为DWDM系统测试中最为关键的器件，人们对其带宽也提出了新的要求。
随着C-波段光源的研究越来越趋向成熟并迈向市场化，且由于迅速增长的光通信对带宽的要求，为满足将来人们对通信容量的更大需求，科研人员正在继续开拓L-波段的资源，扩展L-波段光源及相关器件的研究便显得尤为迫切，因此使得C+L段光源便成为研究的焦点。
2、DWDM的优越性及其关键器件
DWDM系统可以充分利用光纤的巨大带宽资源，使一根光纤的传输容量扩大几倍至几十倍。在长途网中，可以根据实际业务量的需要逐步增加波长来实现扩容，十分灵活。
DWDM技术具有如下特点：
（1）超大容量；
（2）对数据率“透明”；
（3）系统升级时能最大限度地保护已有投资；
（4）高度的组网灵活性、经济性和可靠性；
（5）可兼容全光交换。可以预见，在未来可望实现的全光网络中，各种电信业务的上/下、交叉连接等都是在光上通过对光信号波长的改变和调整来实现的。因此，DWDM技术将是实现全光网的关键技术之一，而且DWDM系统能与未来的全光网兼容，将来可能会在已经建成的DWDM系统的基础上实现透明的、具有高度生存性的全光网络。
DWDM的关键器件有：光源，掺铒光纤放大器和DWDM器件。本文作者研究一种新型C+L波段宽带ASE光源是作为关键器件的测试用光源。
3、C+L波段宽带ASE光源的实验及结果
通过大量检索及理论设计，在分析比对多种现在流行的方案的基础上，提出了自己切实可行的设计方案。通过软件仿真实验，在分析了光源结构、抽运功率及光纤浓度、反射镜参数对光纤输出性能的影响的基础上，设计了一种基于光纤环行镜的双向泵浦双级双程结构光源，实验原理如图1所示：
图1 C+L波段宽带ASE光源的实验原理图
如上图所示，试验采用两级浓度不同的掺铒光纤（EDF）作为增益介质，并通过优化选择合适的长度；
采用3dB耦合器制作的光纤环行镜（FLR）作为反射镜，光纤环行镜的使用，不仅提高了抽运源利用效率，且改善光源的平坦度；
采用980nm的泵浦源（LD）双向分别泵浦，其优点在于提高输出光源的稳定性，采用反向输出，避免了超荧光与剩余980nm泵浦光的混合输出。通过两级抽运光功率的反复调整来调整输出光谱，使其输出更平坦；
采用厦门安特光电子技术有限公司生产的单模光纤波分复用器--980/1590nm的WDM将980nm的泵浦光耦合入掺铒光纤，提高耦合效率；
采用的光隔离器ISO的工作波长为1585±10nm，光隔离器的应用主要有以下优点：
（1）要产生L波段的光源，必须增加掺铒光纤长度，然而，随光纤长度的增加，瑞利散射也增强，但光纤长度减小，相应的增益也就减弱，因此实验采用两级结构，在两级之间加上ISO，有效提高输出功率；
（2）由于宽带ASE光源产生的非相干光无方向性，因此会受到反射的泵浦光的影响，从而引起功率的不稳定，致使噪声增加。为此，在两级掺铒光纤之间以及输出端放置与偏振无关的光隔离器，防止光纤端面反射对其性能造成影响，消除出射光中的泵浦光。
（3）在第一级和第二级之间加入光隔离器不仅有以上两种优点，而且可以使第一级的ASE输出的光谱不受第二级的影响。第二级在放大第一级输出光的同时产生短波长范围的ASE（类似于单程前向输出结构光源）。调整第二级的泵浦功率和掺铒光纤的长度，使得长波长和短波长两部分光的幅度相当时，即可获得大功率的宽带光源。验证了第二级短的低浓度掺杂铒光纤是用以调节并改善整个输出光谱谱形的作用。另外，种子源输出功率的大小影响超荧光输出光谱的稳定性，较大功率的种子源对激光的产生具有抑制作用。
实验中，通过反复仔细调节980nmLD1和980nmLD2的功率，使得输出的C波段光和L波段光得以较好的匹配，实现了C+L波段的ASE同时较高功率的输出。输出端采用AnritsuMS9710B光谱分析仪测量该ASE光源的输出光谱（工作范围为600～1750nm，分辨率为0.1 nm）。我们观测到的波形为C+L波段的ASE，此时，第Ⅰ级LD输出功率为60mW，第Ⅱ级LD输出功率为70mW，输出波形如图2所示：
图2 C+L波段ASE光谱图
获得了总功率达7.06dBm的覆盖C+L波段的ASE光输出，平均波长为1565.39nm，在未采用任何外加滤波器的情况下，其全宽半高FWHM值为55.706nm，3dB带宽为63.7nm,平坦区域达66.82nm（从1533.80nm至1600.62nm）。考验两个小时波形没有变化，初步证明其输出是稳定的。
实验中由于采用了光纤和光纤器件直接熔接方案，从而实现了该光源的全光纤化。
4、新型光源的实用价值
目前应用于DWDM系统的光源是半导体激光器LD。DWDM系统的工作波长较为密集，一般波长间隔为几个纳米到零点几个纳米，这就要求激光器工作在一个标准波长上，并且具有很好的稳定性；另一方面，DWDM系统的无电再生中继长度从单个SDH系统传输50-60km增加到500～600km，在延长传输系统的色散受限距离的同时，为了克服光纤的非线性效应，如受激布里渊散射效应（SBS）、受激拉曼散射效应（SRS）、自相位调制效应（SPM）、交叉相位调制效应（XPM）、调制的不稳定性以及四波混频（FWM）效应等，要求DWDM系统的光源要使用技术更为先进、性能更为优越的激光器。总之，DWDM系统的光源的两个突出的特点是：比较大的色散容纳值和标准而稳定的波长。
本文中的C+L波段平坦宽带ASE光源除了可应用于密集波分复用（DWDM）光纤通信系统中的测试光源中，它还有一个更进一步的实际应用，那就是通过梳状滤波器滤波之后，形成许多造价低廉，标准而稳定的光源。该光源可很好的满足上述要求，尤其突出的是该宽带光源相干性很低，可以容纳比较大的色散值。关于梳状滤波器的实际还有待于进一步的设计研究。
