DWDM密集波分复用系统光放大器研究

3．光纤拉曼放大器（FRA）

EDFA的出现确实极大的促进了现代光通信系统的发展。但是随着现代光网络进一步发展，一方面EDFA已经不能满足现有系统对超大容量的要求，另一方面EDFA也会带来光信号信噪比的不断恶化而不能满足超长距离传输的要求。为此，必须要提出一种既要满足超宽带宽要求，又能满足超低噪声要求的新型光放大器。

光纤拉曼放大器（FRA）由于其自身固有的全波段可放大、噪声指数小等特性，成为了新一代放大器的首选。FRA是基于受激拉曼散射(SRS)机制的光放大器，此光放大技术是在近年来大功率半导体激光器研制成功后才真正走向实用的。在许多非线性介质中，SRS是非线性光学中一个很重要的非线性效应，它将一小部分入射功率由一光束转移到频率比其低的斯托克斯波上；如果一个弱信号与一个强泵浦光波同时在光纤中传输，并且弱信号波长位于泵浦光波的拉曼增益谱带宽之内，则此弱信号可被该光纤放大。

FRA可分为分立式FRA和分布式FRA，前者所用的光纤增益介质比较短，一般在10km以内，对泵浦功率要求很高，一般在几到十几瓦，可产生40dB以上的高增益，用来对信号光进行集中放大，主要用于EDFA无法放大的波段；后者所用的光纤比较长，一般为几十公里，泵源功率可降到几百毫瓦，主要辅助EDFA用于DWDM通信系统性能的提高，抑制非线性效应，降低信号的入射功率，提高信噪比，进行在线放大。由于FRA增益波长由泵浦光波长决定，不受其它因素限制，因此可为任何波长提供增益，这使得FRA可以在EDFA所不能放大的波段实现放大，并可在1292～1660nm光谱范围内进行光放大，使用多个泵源还可得到比EDFA宽得多的增益带宽(后者由于能级跃迁机制所限，增益带宽只有80nm)，这对于开发光纤的整个低损耗区1270～1670nm具有无可替代的作用。

FRA具有带宽宽、增益高、噪声低、串扰小、温度稳定性好等特点，因此与常规EDFA混合使用时，可大大降低系统的噪声系数，增加传输距离；FRA的增益介质为光纤，因此与光纤系统有良好的兼容性，可制成分立式或分布式放大器，分布式FRA具有在线放大、延长传输距离、实现长距离无中继传输和远程泵浦的功能，尤其是适用于海底光缆通信等不方便设立中继器的场合；由于放大是沿着光纤分布作用而不是集中作用，所以输入光纤的光功率大为减少，从而非线性效应，尤其是四波混频效应大大减少，因此适用于大容量DWDM系统。FRA不足之处在于需要特大功率的泵浦激光器，且一个泵浦的FRA增益带宽较窄。

在拉曼放大器的实际应用中，通常是采用拉曼放大器同EDFA混和使用的策略。这种混合放大策略在DWDM超长传输系统中获得了广泛的使用。EDFA作为光功率放大器和光前置放大器，而EDFA和拉曼的混合放大器作为光线路放大器。

四．光放大器的发展方向

1．SOA的发展方向

通过改变SOA的偏置电流，既可以吸收也可以放大，而且高达50ｄＢ的消光比及快速的响应时间(ｎｓ量级)，从而允许将SOA用作光开关。。作为集总式放大器，SOA可以与分布式的FRA混合使用，JDSU的工程师采用SOA+FRA和SOA+FRA实现40ｎｍ的放大带宽，40信道100ｋｍ的传输，效果良好。

2．EDFA的发展方向

EDFA从C波段( conventional band )1530～1560nm(常规的ED-FA)向L波段(long wavelength band)1570～1605nm发展，可采用掺铒氟化物光纤放大器(EDFFA)，带宽可达75nm；采用碲化物EDFA，带宽可达76nm；采用增益位移掺铒光纤放大器(GS-EDFA)，通过控制掺铒光纤的铒粒子数反转程度，可在1570～1600nm波段实现放大，它与普通的EDFA组合，可得到带宽约80nm的宽带放大器；采用覆盖C波段和L波段的超宽带光放大器(UWOA)，可用带宽80nm，能在单根光纤上放大100多路波长信道；采用常规EDFA和扩带光纤放大器(EBFA)组成的基于掺铒光纤的双带光纤放大器(DBFA)，工作波长为1528～1610nm；将局部平坦的EDFA与光纤拉曼放大器串联使用，可获得带宽高于100nm的超宽带增益平坦放大器；EDFA应具有动态增益平坦特性的小型化、集成化方向发展。

EDFA是目前及未来一段时间放大器的主要选择，在骨干网和城域网/接入网中发挥着关键性作用。但EDFA级联噪声大以及带宽受限，它与DRA混合使用，在长距离、大容量传输中是当前的一种优秀方案。FRA:宽带、低噪声、抑制非线性、提高传输距离，进行色散补偿等，必将成为下一代光放大器的主流。城域网/接入网中光放大器目前具有竞争力的技术为Mini EDFA、EDWA和SOA技术，这种低价放大器正在标准化。随城域网建设的兴起，光放大器在低价领域必有一番作为。

3．FRA的发展方向