通过对目前DWDM光传输系统中广泛应用的三种放大器的比较,我们不难看出,SOA由于其体积小、结构简单、成本低、易于集成,因而发展很快,在技术上已比较成熟。但是,迄今为止,其性能与EDFA相比仍有较大差距。SOA虽然失去了原有放大器领域的作用,但却在波长变换、高速光开关、光复用/解复用领域大放异彩。FRA由于采用分布式放大,因此可以补偿色散补偿器件带来的损耗,同时可以避免非线性效应,FRA能在EDFA所不能放大的波段实现放大,既能在全波长范围内放大光信号,又特别适用于超长距离传输和海底光缆通信等不方便设立中继器的场合,因而倍受欢迎,已成为研发热点,并随着瓦级的泵浦激光器小型化、商用化而进入实用化,成为继EDFA之后的又一颗璀璨明珠。EDFA由于其工作波长恰好与光纤通信比较好窗口(1540nm)相吻合,并且,其技术开发和商品化较成熟,因而是目前较令人满意的光放大器。总之,高增益、大输出功率、低噪声系数是EDFA、SOA和FRA的共同发展方向。光放大器的出现和实用化在光纤通信中引起了一场变革。飞博光电高可靠性光放大器工作原理
光放大器的开发成功及其产业化是光纤通信技术中的一个非常重要的成果,它极大地促进了光复用技术、光孤子通信以及全光网络的发展。顾名思义,光放大器就是放大光信号。在此之前,传送信号的放大都是要实现光电变换及电光变换,即O/E/O变换。有了光放大器后就可直接实现光信号放大。光放大器主要有3种:光纤放大器、拉曼放大器以及半导体光放大器。光纤放大器就是在光纤中掺杂稀土离子(如铒、镨、铥等)作为激光活性物质。每一种掺杂剂的增益带宽是不同的(如图4所示)。掺铒光纤放大器[1]的增益带较宽,覆盖S、C、L频带;掺铥光纤放大器的增益带是S波段;掺镨光纤放大器的增益带在1310nm附近。而喇曼光放大器则是利用喇曼散射效应制作成的光放大器,即大功率的激光注入光纤后,会发生非线性效应喇曼散射。在不断发生散射的过程中,把能量转交给信号光,从而使信号光得到放大。由此不难理解,喇曼放大是一个分布式的放大过程,即沿整个线路逐渐放大的。其工作带宽可以说是很宽的,几乎不受限制。这种光放大器已开始商品化了,不过相当昂贵。半导体光放大器[2](S0A)一般是指行波光放大器,工作原理与半导体激光器相类似。其工作带宽是很宽的但增益幅度稍小一些,制造难度较大。石岩高增益光放大器均价同向泵浦:泵浦光源和输入光信号都从同一个方向注入到掺铒光纤中来。
WDM传输系统中光纤放大器的增益平坦控制技术:为了确保WDM系统的传输质量,WDM系统中使用的光纤放大器除具备有足够的带宽、高输出功率和低噪声系数等特性外,还对增益平坦度控制技术提出了更高的要求。光纤放大器带内的增益平坦度是指在整个可用的增益通带内,比较大增益波长点的增益与较小增益波长点的增益之差。很明显,在WDM系统中增益平坦度越小越好,否则,如果各信道的增益不均,经过多级放大之后,这种增益差值会线性积累,低增益信道信号的SNR恶化,高增益信道的信号也因光纤非线性效应而使信号恶化。
随着因特网技术的迅速发展,要求光纤传输系统的传输容量要不断地扩大,面对传输容量的扩大,目前主要有三种解决途径:(1)增加每个波长的传输速率;(2)减少波长间距;(3)增加总的传输带宽。对于第一种办法,如果速率提高到10Gbit/s将带来新的色散补偿问题,况且现在的电子系统还存在着所谓"电子瓶颈"效应问题。第二种办法如果将信号间距从100GHz降低到50GHz或25GHz将给系统带来四波混频(FWM)等非线性效应,且要求系统采用波长稳定技术。从而研究新的光纤放大器如L波段的EDFA是增加总的传输带宽的一种,它将EDFA工作波长由C波段1530~1560nm扩展到L波段1570~1605nm,使EDFA的放大增益谱扩展了一倍。尽管L波段EDFA的波长覆盖了EDF增益谱的尾部,但仍可与性能先进的C波段EDFA产品相媲美:例如两者的基本结构相类似,大多数C波段EDFA的设计和制造技术仍可应用于L波段EDFA研制;L波段EDFA有较小的辐射和吸收以及较低的平均反转因子,增益波动系数远小于C波段EDFA,所存在的是L波段EDFA的EDF较长带来无源光纤损耗较大,放大噪声稍大等不足。非线性光学放大器分为拉曼 和布里渊光纤放大器。
光纤拉曼放大器:受激拉曼散射(SRS)是光纤中的一种非线性现象,它将一小部分入射光功率转移到频率比其低的斯托克斯波上;如果一个弱信号与一强泵浦光波同时在光纤中传输,并使弱信号波长置于泵浦光的拉曼增益带宽内,弱信号光即可以得到放大,这种基于受激拉曼散射机制的光放大器即称为光纤拉曼放大器(FRA)。近年来光纤拉曼放大器倍受关注,已成为研制开发的热点,它具有许多优点:(1)增益介质为普通传输光纤,与光纤系统具有良好的兼容性;(2)增益波长由泵浦光波长决定,不受其它因素的限制,理论上只要泵浦源的波长适当,就可以放大任意波长的信号光;(3)增益高、串扰小、噪声指数低、频谱范围宽、温度稳定性好。EDFA存在输出功率的控制和不同波长通道的增益均衡问题。飞博光电高可靠性光放大器工作原理
EDFA的优点:成本低,与再生电路相比具有较大的成本优势。飞博光电高可靠性光放大器工作原理
EDFA的工作原理是将外泵浦半导体激光器发射的光耦合进光纤,进而激发铒原子。C波段或者L波段的光信号进入光纤后会激励已被激发的铒原子,使它受激辐射出与入射光波长相同的光子,从而实现光放大。人们已经针对瞬间插入或分离信道等情况,深入研究了这一类放大器的瞬时增益动力学。这其中的功率瞬间变化的持续时间非常重要,因为它能够引起暂时的性能恶化。而瞬间变化的持续时间与掺杂离子数量分布的动力学有关,并且远比离子的松弛时间短。不管怎样,硅基EDFA的瞬间变化持续时间很容易超过1ms。飞博光电高可靠性光放大器工作原理
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